航班时刻资源优化配置与延误水平评估

针对中国大型机场由于航班时刻资源受限造成的航班延误问题,在评估机场容量的基础上,建立了降低机场航班延误水平的航班时刻分配模型。在满足机场容量限制,考虑航班连续性和中转旅客需求的约束下,应用改进的吱呀轮优化算法寻求航班调整总量最小的分配方案。以北京首都国际机场的航班时刻资源配置为例进行优化,并应用SIMMOD软件对模型设计算法,验证航班时刻优化模型的有效性。优化结果显示:北京首都国际机场的进离港延误水平都降低了26%以上,放行正常率提高了20%。     

珠三角机场群航班时刻优化研究

在降低航班延误的前提下,为了减少现有航班时刻表调整对航空公司运营造成的影响,建立了机场群航班时刻优化及动态排队模型,并设计了改进的迭代寻优算法,以珠三角机场群为例对模型算法进行了验证。研究结果表明:在不消除航班、飞机中转和旅客中转的情况下,珠三角机场群总航班调整量为615,最大调整量为33;并使广州白云机场和珠海金湾机场离港延误峰值分别降低20%和30%,深圳宝安机场进港峰值降低20%。因此,在能力扩张和运营效率提高不可行的机场,中短期内通过实施机场群航班时间表优化,可以缓解区域机场群的拥堵和延误问题。     

考虑机场、航空公司与空管需求的机场群离场航班时刻优化

随着我国航空流量的不断增加,机场群内航班延误时间长、延误架次多、机场时刻紧张等问题逐渐暴露,这些问题主要是航班时刻设置不合理所导致。为解决这些问题,需要对机场群内航班时刻进行优化。本文通过从机场、航空公司、空管三个角度综合考虑,分别以延误时间、航空公司航班时刻调整总方差、管制员总调整量作为优化目标,建立了机场群航班时刻优化模型,并使用权重线性递减的粒子群优化算法实现对模型的求解。以京津冀机场群为例进行分析,使用Matlab对模型进行寻优。结果表明优化后机场群内总延误时间由77 580分钟至46 260分钟,航空公司航班时刻调整总方差由447.076减少至63.141,管制员总调整量由467 次减少至253 次,三个目标均得到了优化。可见该模型权衡了机场、航空公司与空管之间的公平性,为机场群航班时刻的优化提供了理论参考。     

面向实际运行的战略航班时刻优化技术

为了对航班时刻进行科学合理的配置,以机位、跑道和走廊口构成的系统为研究对象,考虑航班在系统内的实际运行情况,通过滑行时间和飞行时间在各关键资源节点之间建立连接.以满足关键资源节点的容流匹配为前提,建立了面向实际运行的航班时刻优化模型.以5 min为步长的滑动时间窗,设计了面向精确解的高效最优化算法并使用MATLAB工具箱编程求解.对浦东机场班期时刻表进行实例优化,并应用AirTop软件进行仿真验证.研究结果表明,优化后平均离场延误降低了3.2 min,高峰离场延误降低了23 min,放行正常率提高了11.04％,证明了该模型和算法的有效性,可以为大型机场缓解延误、保障运行效率提供航班时刻配置方案的理论支持.     

基于非合作博弈的航班时刻优化研究

在进行航班时刻优化时,为解决不同目标之间相互影响,相互制约,存在冲突的问题,提出基于零和博弈的航班时刻优化模型。首先,从零和博弈的角度,给出一种线性加权法,得出纳什均衡状态下各个目标的最佳权重系数;然后将该系数应用到航班时刻优化的多目标问题中,构建航班时刻优化模型;最后通过萤火虫算法(firefly algorithm,FA)进行求解。本文把航班延误总时间和航班调整总量作为目标,以杭州萧山国际机场为例进行验证,最终结果表明,该模型在减少航班总延误的同时,又有效减少了航班总调整量,提升了整体优化的效益。     

基于易感者-染病者-易感者的时变机场网络延误传播模型

为宏观角度分析机场网络延误传播机理,基于复杂网络易感者-染病者-易感者(susceptible-infective-susceptible, SIS)传染病模型建立了延误传播模型。从机场网络延误传播的时变性和与SIS传染病模型的相似性入手,以机场为节点,定义了其在机场网络延误传播过程里存在的不同状态,依据节点状态间的转变机理,建立机场网络延误传播动力学模型,并根据航班时刻规划航班流运输路径。以全国153个机场为例,采集航班延误数据,进行模型仿真并分析实验参数。结果表明:机场网络延误节点的延误影响范围有限,且网络对延误的传播能力具有一定的抑制性,很少出现全网的崩溃现象;该模型具有有效性和实用性,可以较好地仿真实际延误的传播过程。     

多元受限地面等待策略建模与分析

为了缓解航班大批量延误问题,综合考虑了恶劣天气下对航路扇区容量和目的机场容量约束,建立了以最小化延误总成本的多机场地面等待策略模型,并对航班延误成本进行了系统的研究分析,着重考虑了延误对航空公司的经济影响,指出延误成本与延误时间的指数型增长关系和连程航班的延误累积效应.利用CPLEX优化软件对多机场地面等待模型进行精确求解,根据目的机场接收率的动态变化以及不同航班单位时间延迟费用的不同,对航班的地面延误时间优化.仿真验证了其可行性,算法可求出符合各容量约束条件的满意实时解.     

基于物元二次可拓多机场起飞延误关联性分析及预测

为及时掌控多个机场之间的航班延误程度,研究物元可拓方法在机场航班起飞延误关联性中的应用。通过建立分时段航班起飞延误的物元模型,运用物元可拓方法,对多个机场的航班起飞延误情况进行分析。根据机场间航班起飞延误的关联度计算结果,选取关联性较大的机场,对目标机场的航班起飞延误程度进行预测;并通过实例验证了该方法的可行性。算例表明:所提出的方法能够有效地分析多个机场航班起飞延误之间的关系,并能够对起飞延误的发生起到预警作用。     

基于态势感知的滑行路径优化算法

为提高繁忙机场场面运行效率，以优化航空器滑行路径、减少航空器滑行延误时间为目标，通过分析滑行道的运行态势，构建了机场滑行路径优化模型，并提出基于态势感知的滑行路径优化模型求解算法。算例结果表明：基于态势感知的滑行路径优化算法与传统的先到先服务优化算法相比，航空器在整个滑行过程中的总运行时间下降了5%。可见基于态势感知的滑行路径优化算法可以提升滑行道的整体运行效率。     

基于旅客满意度与公平性的机场航班计划恢复研究

为了降低航班延误对旅客满意度的严重不良影响,提高航班延误恢复调度的公平性,将群体情绪模拟引入旅客满意度表征函数,并考虑航空公司公平性约束,构建了机场终端区航班计划恢复模型,运用模拟退火算法对机场航班实例进行仿真求解。与经典FCFS策略对比,所提方法在保证航空公司公平性在可接受水平之内的前提下,使旅客满意度衰减程度下降了41.58%,有效优化了机场运行服务质量。     

机场大面积航班延误传播的状态空间模型

为提高航班运行效率、减少航班延误传播,针对机场大面积航班延误在本场及本场与目的机场之间的传播,首先提出了O-D场的概念并对大面积延误下的O-D场延误传播途径进行了分析,建立了表征延误传播的动态参数,并对延误传播程度进行了量化。基于状态空间理论建立了O-D场延误传播的状态空间模型。最后通过算例分析,得到大面积延误下O-D场内不同传播途径对延误发展的影响,并验证了延误传播模型的合理性。     

基于跑道容量的航班恢复优化模型

为了降低航班延误造成的经济损失和旅客滞留,在不增加管制员工作负荷的基础上提高航班运行效率。本文在原有的航班恢复模型基础上,引入跑道容量模型,综合考虑旅客流、航空公司公平性以及航线重要程度的影响,建立了以各单位恢复总成本最小为目标函数的航班恢复模型,该模型适用于跑道数以及构型不同的单一机场,算例中引用国内某机场的真实延误数据,并用遗传算法和粒子群算法求解模型得到优化方案,与遗传算法相比,粒子群更适用于该模型,收敛速度更快。与现有的航班运行相对比,优化后的方案总延误时间缩短了11.85%,总延误成本减少了6.55%。最后用TAAM仿真软件分别运行实际恢复方案和优化恢复方案,报告显示优化方案中终端区产生冲突的可能性更小,管制员工作负荷更低,从而验证了模型和算法的可用性。     

基于排队网络模型的机场航班延误预测

机场航班量不断增长,必然会带来机场高峰时段延误水平的增加。因此机场延误水平的科学预测对确保机场运行效率具有重要意义。论文首先根据航空器运行特性建立机场排队网络模型；然后利用Lempel-Ziv算法计算不同时间尺度的航班时间序列复杂度,确定刻画航班延误的小时间尺度,由此确定排队网络模型参数,并用实例进行验证；最后运用AirTop仿真软件以全天平均延误、高峰小时平均延误作为关键指标,仿真得出机场延误水平变化趋势。通过将仿真数据与计算结果进行对比分析发现,机场排队网络模型能够较好的反应真实情况下的机场延误水平；而选用小时间尺度15 min进行机场排队网络模型参数计算,结果更贴近真实机场延误水平。     

考虑缓冲时间成本的鲁棒性停机位分配

针对实际航班提前或延误给停机位分配带来的扰动问题,分析了航班实际到离港时间偏离计划时间的分布规律,提出了基于缓冲时间成本的停机位分配鲁棒性评价函数.在此基础上,建立了以缓冲时间成本、机位-航班大小差异度和远机位数等最小为优化目标的鲁棒性停机位分配模型,设计了求解模型的禁忌搜索算法.基于首都国际机场两个典型的A、B工作日实际运行数据的模型验证结果表明,所提方法与不考虑鲁棒性及传统最小化空闲时间离差平方和的停机位分配相比,在A日航班冲突分别减少了98.1%和97.6%,在B日航班冲突分别减少了74.3%和70.8%,有效地提高了停机位分配计划的鲁棒性.      

机场地勤服务优化问题的双重变异单亲遗传算法

为了减少地勤服务作业调度影响的航班延误,以总航班延误最小化及航班延误方差最小化为目标建立了多目标非线性整数优化模型.地勤服务作业调度优化问题是NP难问题,因此,提出了一种双重变异单亲遗传算法求解该类问题.该算法避免了遗传算法求解同类问题时产生非法个体的现象,并且双重变异策略具有全局搜索能力.结果表明:双重变异单亲遗传算法可以很好地解决航班分配服务组及服务组内航班服务序列优化的地勤服务调度问题,减少了因地勤服务作业导致的航班总延误,避免了单个航班长时间延误.