机场群航班时刻资源配置与优化研究

作     者：方策 

作者单位：中国民用航空飞行学院 

学位级别：硕士

导师姓名：牟奇锋;孙俊

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：机场群 航班时刻优化 关联空域 过渡区域 SIMMOD仿真 

摘      要：随着我国民航运输业快速发展,持续增长的航班时刻需求与有限机场时刻资源之间的矛盾日益凸显,在短时间内不能提高机场容量的条件下,唯有通过更加合理地编排航班时刻来解决供给侧失衡问题。另外在区域多机场系统中,由于关联空域存在容量趋于饱和问题,导致系统中机场延误现象较为严重。因此机场群航班时刻优化问题研究,对于提升机场群航班运行效率及区域航空保障与运输服务能力具有重要意义。本文以机场群航班时刻为研究对象,建立总延误成本最小的时刻优化模型,构建模型时主要考虑关联空域容量和过渡区域航班时序对机场群航班时刻的影响,以京津冀机场群为例,通过改进后的匈牙利算法进行求解,运用SIMMOD软件对优化后航班时刻进行仿真验证,实验结果表明,机场群航班时刻经过资源优化配置,减少了整体的航班延误。论文主要研究内容如下:(1)分析机场及多机场航班时刻分布特征,航班时刻数量分布曲线主要呈现锯齿形、梯形、早晚高峰形、叠加形四种特性,选取波峰数量、波峰间隔时间、进港-离港波峰配对数作为单机场航班波评价指标,对于多机场以高峰时刻重叠率进行评价。分别对单机场、多机场航班时刻影响因素进行分析,单机场主要受机场容量影响,多机场受关联空域容量和过渡区域内航路结构影响。(2)针对影响机场群航班时刻的关联空域因素,本文将机场群内机场与关联空域耦合成相依网络,并通过“负载-容量思想对容量韧性进行研究,确定了仿真框架和具体步骤,以实际运行为例进行计算。将关联容量作为机场群航班时刻优化中参数,航班流经过渡区域运行到达关联空域,空域航班流量符合容量要求。(3)围绕影响机场群航班时刻的过渡区域因素,本文将过渡区域内不同航线冲突情况归纳为同一航线单航班、同一航线多航班、汇聚航班、发散航班四种基础情况,分别对这四种基础情况下控制不同变量改变从而观察时间上变化。在满足航班最小安全间隔条件下,计算航班在过渡区域运行动态时间范围,使得优化后航班时刻经过渡区域后,航班流量到达空域后满足关联空域极限容量限制。(4)基于关联空域容量和过渡区域航班运行时间研究,建立总延误成本最小的机场群航班时刻优化模型,将原航班时刻、优化后航班时刻、机场容量、关联空域容量、过渡区域内航班运行时间作为参数。对航班时刻唯一性、所有航班都能分配到一个时刻、机场时刻容量、优化后航班时刻满足空域容量作为限制,并通过改进后匈牙利算法进行求解,最后通过SIMMOD软件进行动态仿真,验证模型有效性与合理性。