基于多目标规划的停机位分配建模技术研究

目的进行民航机场停机位分配(aircraft stands assignment,简称ASA)优化建模技术研究,为机场生产调度提供理论和方法支持。方法利用多目标规划的理论和方法,深入考察机场ASA的实际过程,提出建模的假设条件,抽象出初始条件和约束条件,提出优化指标,构造出目标函数和效用函数。结果建立起了ASA问题的一个多目标整数规划模型,为后续优化算法研究奠定了基础。结论ASA优化属于NP-Hard问题,应采用现代智能算法求解;同时,采用计算机仿真的方式进行模型和算法的验证是一种便捷和有效的技术途径。     

基于航空排放的机场停机位分配优化

随着航空业的快速发展,航空排放对大气环境的影响日益严重。机场停机位分配优化研究,对航空绿色发展具有重要意义。基于场面运行规则,航空器排放、近机位利用率等多目标,建立一种使航空器排放量最小,近机位利用率最大的机场停机位分配优化模型,并通过南京禄口国际机场某日航班数据实例验证。结果表明:由于近机位利用率的提升,航空器的HC、NOx、CO、SOx和颗粒物(particulate matter,PM)排放量分别减少12. 33%、7. 81%、12. 66%、11. 06%和11. 17%;地面保障设备(ground support equipment,GSE)的HC、NOx、CO、PM排放量分别减少9. 59%、4. 63%、14. 34%、13. 64%;远机位旅客平均花费时间减少42. 31%。可见提出的优化模型增加了近机位利用率,减少了机场航空排放,减少了远机位旅客平均花费时间,验证了模型有效性。     

机场航班延误优化模型

针对空中交通日益严重的航班延误,给出了一种机场航班延误优化模型.模型将机场的到达和出发视为密切相关的两个过程,考虑了具有连续航程的航班(到达和出发均由同一架飞机在当天顺序执行)及其到达和出发过程之间的相互影响.模型还充分考虑了机场容量、需求以及天气等因素的动态特性,在达到和出发过程之间实现流量分配的协同决策.在机场延误不可避免的情况下,该模型可以为管制员提供未来一段时间内的流量分配优化方案,尽量降低延误的后续影响.最后,结合中国某国际机场的实际数据,利用遗传算法对模型进行了验证,取得了很好的效果.     

基于波及延误的航班过站松弛时间重分配

航班计划松弛时间是为航班地面过站设置的冗余时间,如果预留过多是对资源的浪费,造成飞机、机组、时间等资源的闲置;但在实际运营中,又是吸收延误的重要手段,如果预留时间过少,将造成延误传播加剧.针对过站松弛时间优化问题,本文构建波及延误树.动态研究以初始航班延误为根节点触发的延误传播过程,建立航班过站松弛时间重分配模型,该模型具有确定性和线性易于求解的优点.通过航空公司的实际运行数据的实验结果表明,提出的模型能够较好地解决松弛时间优化问题,在基本不改变原始的机队和机组调度决策的基础上,不增加计划成本而将波及延误时间降低28%.     

基于航空公司的航班计划优化与延误预测

随着中国民航业的快速发展,航班延误情况一直较为严重.建立了航班计划优化模型,将软备份运力分配在飞行时间和过站时间中,提高了航班的正常率、起飞的准点率和航班串的鲁棒性;为了进一步提高航班的正常率,追踪航班串中各航班的过站机场和离场时间,用加权马尔科夫链预测处在该时间段的过站机场的延误状态,并针对不同的延误状态作出相应的延误预警,提高了航班运营的可靠性.     

航班延误优化模型及算法

针对航班延误问题,通过谱系聚类的方法对20所机场进行分类,分析中国航班延误的原因,得出飞机在终端区的排序问题是制约空中流量控制的一个重要因素,在已有的FCFS(先到先服务)的排序方法之上,通过多因素的比较,建立模糊综合评价指标,利用模糊综合评价和层次分析相结合的方法对已有的FCFS排序方法进行改进.通过对航班预计到达时间、航班飞行速度及飞行性质3个因素,利用Matlab编程对10架航班进行仿真处理,对终端区航班进行重新排序,验证了模型的有效性.     

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.      

基于遗传算法的机场停机位分配问题研究

停机位分配作业关系到整个机场的系统运作,其作用相当重要。通过分析航空器占用停机位时区集合的特点,应用划分时间片算法建立了停机位分配的图论模型,将机场停机位分配问题转化为图的k-顶点着色问题。应用遗传算法求解图的K-顶点着色问题,给出了机场停机位分配问题的实用算法。最后将该算法应用于一个算例。     

机场停机位实时分配研究

航班提前、延误和取消的情况发生的频率逐年增加,给机场运营指挥中心的调度计划造成了很大的干扰。建立了应对机场非正常运行的停机位实时分配模型,目标是对原停机位分配方案干扰最小。模型的计算结果不仅包含飞机停机位实时分配方案,还包括飞机的降落时间。在建立模型后,使用CPLEX优化软件对模型进行求解,数据采用某枢纽机场的实际航班数据,验证了模型的有效性。最后进一步研究了解决停机位使用次数和使用时间的均衡化问题,更加贴近实际情况。     

航班延误的探讨

因为在苍台工作,所以和机场与飞行相关的事情接触此较多,近些年随着航班的大幅度增长的同时,航班延误的的比例也在增加,由于刚开始大多数旅客对航空运输的知识匮乏,所以在有些机场当航班延误时,给旅客最多的解释就是“由于空管原因和流量控制,你所来坐的航班延误,敬请谅解”。旅客听到后都会很无奈的说为什么总是空管。难道空中交通管制员是遣成航班延误的主要原因是吗？该文将从一名普通管制员的角度来为你解开造成航班延误的真正原因。为你以后搭乘航班出行,如果遇到航班延误,能多一分理解与宽容,同时也为航班延误的后续服务与如何提高航班正点率提出一点小小的建议。     

基于安全约束的停机位分配问题的研究

停机位在机场运作系统中扮演着重要的角色,如果没有制定高效合理的停机位分配方案,航班便不能按原计划准时到达预定的停机位.随着航班数量的不断增加,机场运作效率的提高面临重大挑战,因此需要对航班进行停机位的合理分配.同时,合理地控制各个停机位的空闲时间可以避免相邻机位航班的运行冲突.考虑到机场系统的安全运行约束,建立避免冲突的停机位分配模型,引入实例,采用遗传算法进行求解,得出停机位分配的甘特图,验证了模型的合理性与有效性,更加贴近实际,提高了机场运行效率.     

基于网络流理论的停机位分配多目标优化模型

随着航空运输业的快速发展,如何利用有限的机场设施资源是机场需要解决的主要问题。而停机位作为运输资源的核心,其高效合理地分配使用至关重要。本文基于网络流理论建立了平衡旅客、航空公司和机场的多方利益的停机位分配多目标优化模型,并利用ILOG CPLEX优化器求解,采用线性加权法对多目标权重赋值,以得到综合效能最大化的停机位分配方案。以某国际机场为例予以验证,结果表明：在大规模停机位分配问题中,多商品网络流建模方法的平均求解速度相对于传统建模方法提高38.31%;相比于贪婪启发式方法,该模型得到的分配方案使得旅客步行距离减少2.08%,停机位浪费率减少4.69%,同时也降低了航空公司的成本。通过分析不同权重下的停机位分配结果,可为机场实际运行提供理论指导。     

面向航班延误场景的机位预分配模型及算法研究

针对航班延误场景下易出现机位变更的问题,文章以最小化机位冲突概率和最大化乘客靠桥率为目标,增加基于机位冲突概率的鲁棒性约束,结合机场实际业务规则构建具有良好抗延误特性的机位预分配模型,并将其建模为马尔可夫决策模型,提出基于异步优势动作评价的机位预分配算法(gate assignment algorithm based on asynchronous advantage actor-critic, GABA3C)求解该问题。为验证所提算法在各种变化场景下的适用性,文章设置3组场景实例。仿真结果表明,所提出的算法在有效提升旅客满意度的同时,还可以解决因航班延误造成的机位冲突问题。相比于自适应并行遗传算法(adaptive parallel genetic algorithm, APGA)、近端策略优化(proximal policy optimization, PPO)算法以及深度Q网络(deep Q-network, DQN)算法,该文所提算法求得的解在乘客靠桥率上的目标值分别提高了5.7%、4.6%、5.8%,在机位冲突概率上的目标值分别降低了23.5%、10.0%、17.4%。     

基于SEIR模型的大面积航班延误传播

为研究大面积航班延误在机场间传播的规律,通过构建空中交通网络,并基于SEIR(susceptible-explored-infected-recovered)模型的基本思想,分析大面积航班延误发生时节点状态的变化规律,建立大面积航班延误传播模型,并进一步讨论模型中各个参数变化对航班延误传播的影响。算例分析表明,建立的模型可以用来描述大面积航班延误传播特性。     

基于灰色聚类的大面积航班延误的延误程度评估

为准确评估大面积航班延误的延误程度,分析了空中交通网络中大面积航班延误的形成过程,在分析人、机、环、管等影响大面积航班延误程度的因素的基础上,选取能表征大面积航班延误程度的节点、航线、到达关联节点指标.基于空中交通网络流系统建立了大面积航班延误程度评估的指标体系.利用层次分析法和熵理论方法,组合赋权确定各指标权重.建立了评估大面积航班延误程度的灰色综合聚类评估模型.选取2019年某发生大面积航班延误的空域进行航班延误程度评估.算例分析结果表明:运用该模型所评估的发生大面积航班延误的空域的延误程度与实际情况相符.     

机场停机位分配问题的遗传算法

停机位分配作业关系到整个机场的系统运作,其作用相当重要。通过分析航空器占用停机位时区集合的特点,应用划分时间片算法建立了停机位分配的图论模型,将机场停机位分配问题转化为图的k-顶点着色问题。应用遗传算法求解图的K-顶点着色问题,给出了机场停机位分配问题的实用算法。最后将该算法应用于一个算例。     

城市道路施工区交通延误建模与仿真

随着城市的快速发展,为了提高道路通行能力,许多道路必须扩建,而施工区广泛存在于路段和交叉口区域,城市道路施工区将改变车道的宽度,对车辆的正常行驶产生一定的影响,导致大量排队和交通延误.针对城市路段施工区的交通流和交通延误进行了仿真,研究施工区域环境中不同因素对车辆延误的影响、机动车和非机动车到达率,分析了受施工区影响的入口交通延误的特征,施工区的尺寸与位置等因素对路段施工区交通延误的影响,提出了基于社会力模型的城市路段施工区交通延误分析方法,并考虑了路段施工区长度、施工区宽度、大型车比例将对路段施工区的交通延误和平均通行速度产生显著影响.模拟结果表明,本文建立的基于社会力模型的施工区交通延误计算方法具有良好的适用性.基于分析结果可制定合适的交通管理措施,减少路段施工区的交通拥堵降低延误和事故率.     

基于航班延误下旅客突发群体事件处理问题研究

目前我国航空运行中航班延误现象频发，这与天气状况、运输承戴力、空中管制等因素相关。普遍的航班延误现象也菇生众多的群体突发事件，主要表现为旅客与机场工作人员等发生的冲突或做出不理智的破坏行为，这极大干扰了民航工作的安全顺利进行和社会的和谐发展。谈文分析了当前民般部门处理航班延误引发的旅客突发群体事件中存在问题的基础上，提出了相应的有效对策，以期达到妥善处置航班延误引发旅客群体性事件，促进我国民航业的和谐发展的目的。     

基于航班离场成本的离场航空器滑行策略优化

针对大型枢纽机场日益严重的场面拥堵及由此导致的航班延误问题,推出率控制策略可利用机位等待代替滑行道及跑道口等待,控制场面离场航班的滑行数量,缓解场面拥挤.基于推出率控制策略同时结合场面滑行路径优化,提出了基于航班离场成本的离场航空器滑行策略.首先,构建了基于推出率控制策略的航班离场成本计算模型;然后,提出离场航空器滑行策略优化方法;最后,以航班离场成本最小为目标,采用遗传算法开展算例仿真,并选取三种策略进行对比分析.结果表明:基于航班离场成本的滑行策略不仅能减少离场航班的总滑行时间,提高场面运行效率,还能减少燃油消耗和气体排放量,具有一定的环保性.