基于优先级的航班到达调度算法

随着空中交通流量的迅猛增长,终端区空中交通拥堵以及由此导致的航班延误现象日益突出,甚至危及航空安全,航运效益也随之受到巨大的损失。作为终端区流量管理的核心,航班到达调度旨在为终端区待着陆的航班安排合理的着陆顺序和降落时刻,在确保安全的前提下提高进港航班运行效率。基于优先级思想,文章提出了PBSA和PBSA-CPS两种航班到达调度算法,并引入约束位置交换概念,以提高调度结果对于管制员的可操作特性。最后以首都机场为例进行了仿真,并与现行的先到先服务算法FCFS进行了对比。仿真结果表明,通过对航班赋予相应的优先级,有助于优化调配到达航班队列的降落时隙分配结果,提高终端区运行效率,减少延误损失。     

基于RHC的航班进港排序多局部搜索GA优化算法

为解决航班进港排序难以应对动态环境下航班信息变化的问题,首先建立了一种基于滚动时域控制的机场进港航班动态排序优化模型,并将存储时域上的航班进港优化序列作为后继时域航班排序的启发信息;然后提出了一种基于滚动时域控制的多局部搜索遗传算法对问题求解,给出了一种以存储的航班优化信息为基础的种群初始化策略;针对遗传算法易陷入局部最优的不足以及单一局部搜索难以取得很好收敛效果与满意解的现状,提出的多局部搜索遗传算法,在不同时期采用不同的局部搜索策略,其中定向局部搜索根据个体、基准个体的基因结构和适应性调整最大搜索速度;最后,大量仿真实验结果证明了所提模型与算法的有效性以及算法的稳定性,并由实验结果得出了航班排序问题的相关特性结论.     

基于合作博弈论的多机场终端区协同航班调度

针对多机场进离场航班协同调度问题,以协同决策(CDM)理念为基础,结合合作博弈论相关理论建立协同航班调度模型.模型主要分析机场、航空公司以及空管部门的效用函数和拒绝性函数,通过计算各航班拒绝性值和选择性值分析进离场航班次序.实例仿真表明,基于博弈论的协同航班调度优化模型有较好的准确性和实用性,有助于解决机场终端区的航班调度问题,较公平地兼顾了机场、航空公司和空管部门之间的利益.     

单机调度问题在终端区排序中的应用研究

当终端区比较拥挤的时候,就需要对到达流航班着陆顺序进行调整,以有效缓解终端区的压力、缩短队列完成时间、提高飞行的安全性.飞机排序问题(ASP)属于NP-hard问题,通过将飞机排序问题表示成单机调度问题,设计了求解ASP的蚁群算法,以减少飞机队列总的完成时间最小为优化目标.通过与FCFS调度方法进行对比来验证基于蚁群算法的单机调度问题在单跑道机场终端区到达流排序中具有更好的适用性.     

单亲遗传算法求解飞机降落排序问题的研究

为了保证飞机在降落时安全畅通,对飞机的降落排序进行了有效的排序,以单亲遗传算法(PGA)为基础,建立了以航班延误总时间最小为目标函数的规划模型,对着陆飞机排序进行了仿真计算,并与先到先服务算法、模拟退火算法以及蚁群算法进行了对比研究.仿真结果表明PGA算法在延误时间方面远低于先到先服务算法、模拟退火算法以及蚁群算法,但在计算性能上稍差于没有优化的先到先服务算法,因此提出该算法的可行性.     

一种面向滑行道调度的协同蚁群算法

针对现有机场滑行道调度算法效率偏低的问题,提出一种协同蚁群算法.首先采用A*算法得到的滑行道调度结果作为蚁群启发式信息;然后使用带有启发式信息的蚁群对航班进行调度排序,排序过程中检测冲突并根据航班优先级利用冲突解决算法处理航班冲突;最终通过蚁群间通信对信息素进行更新迭代,得出航班最优调度结果.实验结果表明,该算法收敛速度快,航班调度效率高,可为繁忙机场滑行道调度提供决策支持.     

基于贪婪随机自适应搜索算法的机场除冰调度模型研究

本文构建了机场集中除冰车辆的调度模型,模型以最小化除冰窗的时间消耗、除冰排队时间和航班移动为总目标函数,考虑了除冰车的负载均衡约束.设计了贪婪随机自适应搜索算法(GRASP)用于模型求解.为了验证算法的有效性,将北方某机场的一天283架航班数据用于仿真实验.选择先来先服务(FCFS)、贪婪无可用性检查(GWOAC)、贪婪有可用性检查(GWAC)和本文提出的算法进行比较,实验结果表明GRASP优于其它算法.     

侧向跑道机场滑行路径优化

为了缓解机场场面交通拥挤状况,提高侧向跑道机场场面运行效率,构建了侧向跑道机场航空器滑行路径优化模型.该模型以航空器加权滑行时间和延误等待时间最小为目标,提出了动态优化航班的优先级的优化方案.将航空器的运行规则转化为相应的数学约束条件,根据侧向跑道机场的滑行道调度问题进行算法设计,运用改进的遗传算法对模型进行求解,以航空器的优先级滑行序列和航空器滑行路径为染色体,基于MATLAB对双链染色体进行编码,并对4种滑行冲突与解脱进行分析.以成都天府国际机场为例进行算例分析,与先到先服务序列进行对比,采用优化方案的序列可以节省42 s,并与蚁群算法进行比对,验证了改进的遗传算法的有效性,可以为繁忙机场的滑行调度提供决策支持.     

基于遗传算法的机场调度优化算法

随着航班数量的不断增长,航空管理系统已不堪重负,机场容量将成为航空运输发展的瓶颈.为了解决机场容量不足问题,本文将机场调度问题分为杌位分配和滑行道分配两个过程,设计了适合于求解机位分配和滑行道分配问题的遗传算法.对停机位分配问题,在遗传进化过程中为促进算法收敛,采用贪婪算法对种群进行优化,并引入模拟退火思想对适应度函数进行修正.对滑行道分配问题,为适合遗传算法求解,首先将问题转化为图的形式,并设计了相应的遗传编码方式.数值模拟实验表明所提算法能够比较有效地解决机位分配和滑行道分配问题.     

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.     

基于时间窗的机场地面保障车辆动态调度

机场各类地面资源的优化配置是机场场面运行优化的核心问题,而机场地面保障任务的调度是其中的关键一环。本文针对机场地面保障车辆的调度问题,考虑航班延误、提前等情况,构建了双阶段机场地面保障车辆调度模型,并设计双阶段启发式算法进行求解;基于我国某大型机场的实际运行数据,以清水车和食品车调度为例分别进行仿真实验,结果表明：对比先到先服务策略,清水车行驶总距离减少55.31%,食品车行驶总距离减少47.38%;对比传统遗传算法,清水车行驶总距离减少19.31%,食品车行驶总距离减少22.93%;动态调整后,清水车新增总行驶距离1.2%,食品车总行驶距离新增3.2%,均在可接受范围之内。可见,双阶段机场地面保障车辆调度模型能提高大型机场场面运行效率,为机场航班实际地面保障任务调度提供理论依据和决策支持。     

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。     

机场飞行区航空器与除冰车协同优化调度方法

针对现行“先到先服务”的机场除冰车调度方式效率不高的问题。以最小化除冰车行驶总距离和航空器等待总时间为目标函数,构建机位除冰车辆和航空器协同调度模型,并提出一种改进的遗传算法对模型进行求解。采用西安机场某天142条航班数据进行仿真实验,并与随机调度算法和贪心算法进行比较。结果表明,改进的遗传算法相较于随机调度算法和贪心算法分别节约15.23%和7.81%的行驶总距离,且航空器等待除冰时间大幅度减少。证明了所提算法在指导除冰车作业方面的优越性。     

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。     

不确定作业时间下机场地面服务保障设备调度优化研究

机场地面服务延误在大型枢纽机场总延误中占有较大比重。为此,从机场地面保障设备工作时间不确定性出发,对机场地面服务保障设备调度优化问题进行了研究,以更加高效地调度地面服务设备。首先,根据国内某机场历史数据,采用对数正态分布拟合机场服务设备的作业时间;并对不同服务项目作业时间的波动性进行评估。然后,建立机场地面服务保障设备调度优化模型,以提高设备调度对于不确定作业时间的适应性;并且平衡设备工作量。最后,设计了具有不确定作业时间的设备调度遗传算法;并结合实例进行验证。结果表明:提出的不确定作业时间下的机场设备调度优化方案对设备作业时间波动性具有更高适应能力,提高机场设备利用率,缩短航班机位等待时间。     

单机排序元胞传输模型在终端区排序中的应用

为缓解终端区航班延误问题,将终端区进场航空器排序过程分为航路飞行排序阶段和汇聚排序阶段,从而降低问题复杂度,结合单机排序算法与元胞传输理论,利用标准雷达引导航线,并结合实际管制经验,建立以系统运行时间最短为目标函数的元胞传输模型;根据航空器对链一体化原则,将等待着陆的航空器分组,并赋予相应的权值,针对航空器对链影响因子的不同进行排序,并结合实例计算得到系统总运行时间,起点处等待时间,最终着陆顺序等。结果分析表明,该优化模型能够反映终端区进场航班的动态特性,给出合理的航空器进场顺序,为终端区进场航班提供路径参考,满足实际的运行需求。     

基于不确定因素扰动的机场大面积航班恢复规划研究

航班恢复过程往往会受到不确定因素的干扰,这些不确定因素可能还会进而引发一系列不确定因素的产生,造成更加严重的延误情况。为了提高航班恢复计划的鲁棒性,对不确定因素扰动下的航班恢复问题进行研究。首先,利用中国某机场的地面服务数据,研究了不确定因素对航班恢复过程中地面服务保障时间的影响。然后,建立以最小化延误成本和保证航班公平性为优化目标的航班恢复调度模型;同时考虑进场航班对离场运行的影响;并在模型中加入不确定因素对航班的干扰。最后,运用模拟退火算法对中国某机场的航班数据进行仿真,与先到先服务方法进行对比。结果表明:对于解决机场大面积航班恢复问题具有可行性。     

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。