基于约束编程的飞机排班问题研究

飞机排班是航空运输生产计划的重要环节,对航空公司的正常运营和整体效益有着决定性影响.飞机排班通常构建为大规模整数规划问题,是航空运筹学研究的重要课题,构建的模型属于严重退化的NP Hard问题.本文把飞机排班问题构建为多商品网络流模型,并应用列生成算法求解;在列生成子问题中,引入约束编程系统实现快速求解航班连线（航班串）并计算各航班串简约成本,动态选择列集并与限制主问题进行迭代.最后,利用国内某航空公司干线航班网络实际数据验证模型和算法的有效性,并与航空公司实际排班进行比较研究.     

道路交通安全措施研究

针对道路交通安全越来越受到社会广泛关注,但是目前国内道路交通安全预防措施和方法研究却仍处于起步阶段的现实,通过对道路交通安全事故调查及其现状分析,并借鉴发达国家相关经验,阐述了如何逐步形成一整体套系统性的定性和定量分析方法,从而采用有效的道路交通安全预防和应对措施改善道路交通安全。     

弯道水流二维数值模拟及岸线整治的水动力分析方法研究

文章采用边界拟合坐标变换技术,克服了河道岸线蜿蜒曲折引起的计算困难,分析对比不同形式控制函数对所生成计算网格质量的影响,提出了一种简单易行的计算变换后网格地形的插值方法。建立了边界拟合坐标系下平面二维水流数学模型,对河北省境内的黎河西梁子河段水流情况进行模拟,计算结果与实测水位、流速资料吻合较好。根据二维恒定流动量方程,提出弯道岸线冲击力、剪切力的计算方法,以此为理论基础,计算了黎河西梁子河段岸线应力沿程分布。     

航班放行公平性测量指标分析与建立

航班放行公平性是衡量民航可持续运作的重要性能指标.但与航班运行效率相比,对航班放行的公平性研究较少.为了更加直观地衡量航班放行延误的差异程度,以航空公司航班放行的公平值为研究对象,先界定航班放行公平性概念;在此基础上,结合归一化算法,首次建立了衡量航班放行公平水平的归一化指标.以首都国际机场为例,按航班放行的离港口划分4个放行方向,计算并分析4个放行方向上分别对各航空公司航班放行的公平性值.结果显示,4个方向上航班放行公平值均满足正态分布;航班放行平均公平值越高的方向,分布越不稳定.经调研验证,由该指标计算的公平值与实际运行值相符.     

终端区进离场资源分配优化模型

为提高终端区运行效率和减小航班延误, 考虑了空域容量和安全间隔等约束, 以最小化航班总燃油消耗、均衡进场点等待时间和最小化航班总延误为优化目标, 建立了终端区空域进离场资源分配优化模型, 设计了带精英策略的非支配排序遗传算法, 使用上海终端区实际运行数据进行实例验证。计算结果表明: 当SASAN进场节点容量下降时, 与先到先服务策略相比, 进场点分配策略下总燃油消耗由462 282.7 kg降为337 752.9 kg, 减少了26.9%, HC、CO、NO_x排放量分别由492.6、3 815.7、16 570.6 kg降为429.2、3 352.1、14 129.1 kg, 进场点总等待时间减少了93.5%, 所有航班平均延误降为104 s, 94.6%的航班的延误在600 s以内, 因此, 优化模型能有效解决终端区交通需求不均衡或节点容量下降导致的延误, 提高终端区运行效率。     

基于行程多路径的航空公司航班频率优化

将航空运输网络抽象为多层级网络结构, 构建了确定航空公司某一城市对某条路径航班频率的两阶段规划模型: 第一阶段从旅客选择行为的角度, 考虑旅客对旅行时间、过站时间、计划延误时间、票价等因素的价值感知, 构建旅客旅行负效用函数, 进而基于多项式Logit模型构建计算旅客选择某个航空公司某个城市对某条路径概率的旅客路径选择模型; 第二阶段从航空公司的角度, 以总收益最大化为目标函数, 基于行程多路径, 并考虑航空公司总运力限制, 尽可能地让每条路径的运力供给等于需求, 构建了确定路径航班频率的线性规划模型; 提出了求解两阶段模型的迭代算法。研究结果表明: 提出的算法能够在8次迭代之后达到收敛, 可以在较短的时间内得到最优解; 随着算法的收敛, 构建的两阶段规划模型在航线存在市场竞争且整体运力不足的情况下优先将运力安排到收益最高的航线上, 提升航空公司整体收益; 对于包含多个航节的航线, 构建的两阶段模型更能体现旅客选择行为在航班频率配置中发挥的作用; 对于包含一个航节的航线, 需求随航班频率的变动幅度较小, 随着迭代次数的增加, 需求航班频率弹性系数逐渐变小, 对于包含多个航节的航线, 在航线总需求一定的情况下, 需求随航班频率的变动幅度较大, 由于市场竞争存在航班频率不变需求骤减的情形。可见, 所提出的模型和算法能够有效提升航空公司收益。     

改造地功能的水库岸坡防护技术研究与实践

遵循"填土造地"与"岸坡防护"有机结合的原则,探索考虑造地功能的水库岸坡防护技术,对于美化、完善城市功能、适当增加城市用地,具有重要的现实意义。以三峡库区巫山宁江岛综合整治工程为例,提出了考虑造地功能的水库岸坡防护技术,为"基础处理及抛石护脚+堆石坝+碾压回填土+坡面防护+重力式挡土墙",进行了不同工况的稳定性分析,发现将"自重+库水位从175~145 m降落"工况作为防护工程控制工况是合理的;详细论述了防护工程设计方案的分项设计;探讨了此类工程建设中填土压实质量控制问题,指出边坡表层3 m左右区域通常是欠压实区,在水位降落期间存在局部滑塌、坍塌破坏的安全隐患,提出了护坡结构及马道开裂的注浆处治思路。     

采用内点约束的最优冲突解脱方法

在自由飞行中, 为了保证任何两架飞机之间的距离不能小于给定的安全间隔, 采用内点约束条件和最优控制中的庞特里亚金极小值原理, 研究了自由飞行中飞机的控制向量受约束时的平面冲突解脱问题, 考虑了只改变速度大小和只改变速度方向的解脱策略。不同的策略具有不同的控制变量, 各变量有不同的约束范围。采用极小值原理解得最优控制变量, 并由内点约束条件获得解脱开始时间、约束时间及控制变量转换时间。计算结果表明改变速度大小策略的协作解脱耗费是单机解脱的1/10, 而改变速度方向的策略在两机夹角过小时单机解脱耗费为协作解脱的1/3。     

全球疫情下的航空安全前沿问题与研究趋势

安全是决定交通运输系统竞争力与可持续发展的关键因素。新冠疫情对全球航空运输业带来了巨大的冲击, 全球航空运输安全形势严峻, 疫情危机下运行安全与运行新模式, 受到业界与学术界的广泛重视。在分析航空运输安全形势的基础上, 围绕航空安全的研究前沿, 综述了飞行疲劳检测、安全数据分析、单一飞行员驾驶(SPO)安全性等3个研究热点, 根据现有安全研究中存在的问题, 指出跨指标疲劳快速测量技术、基于安全Ⅱ与多源多维数据融合的数据分析技术、SPO系统可靠性与验证性研究是航空安全领域的研究趋势。     

一种基于机载数据的民用航空器飞行阶段划分方法

为有效解决民用航空器的机载快速存取记录器(QAR)航迹数据中飞行阶段出现错误划分的情况,通过航空器气动构型和垂直运动态势变化提出了飞行阶段重新划分方法,具体分为4个步骤：数据预处理、垂直运动态势划分、飞行状态特征模型构建和飞行阶段重新划分;使用基于DBSCAN的局部遍历聚类方法对气压高度变化趋势进行聚类分析,划分垂直运动态势,并通过设置有效态势最短持续时间解决气压高度的局部抖动问题;考虑不同机型在不同飞行阶段时的襟翼位置和操纵各不相同,场面滑行时的场压抖动以及空速表在低速滑行时数值不准确等因素,根据航空器襟翼位置开关、起落架位置、地速和垂直态势等状态参数建立适合所有机型的飞行状态特征模型,并对QAR航迹划分飞行状态特征段;建立各飞行阶段与飞行状态特征的关系模型,结合起落架空地逻辑将所有飞行状态特征段识别为对应的飞行阶段。以3个典型的样本航班为例,计算结果表明：航班包含复飞在内的所有飞行阶段均被有效识别和划分,并与航空器飞行时的襟翼和起落架状态保持一致, 原QAR数据中的飞行阶段错误划分问题得到有效解决;对272 268个航班的QAR航迹进行了飞行阶段重新划分,成功率为99.7%,起飞、初始爬升、进近和着陆等非光洁构型飞行阶段的平均历时分别为0.6、1.9、6.1和4.0 min,平均距地高度分别为54、3 680、6 030和2 500 ft,符合航班实际运行规律。可见,所建立的飞行阶段重新划分方法可适用于大批量航班,为民用航空器的飞行阶段特征分析提供技术支撑。