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增强鲁棒性的点融合系统进场排序与调度

中国民航大学学报 2024年第4期42卷 43-49页

作者：王莉莉熊子睿唐振威中国民航大学空中交通管理学院天津300300 春秋航空股份有限公司航务部上海200335 中国民用航空华东地区空中交通管理局上海200335

现有进场航班排序与调度模型较少考虑不确定因素的影响,本文基于点融合系统(PMS,point merge system)连续下降进近时间符合高斯分布的特点,建立增强鲁棒性的两阶段进场排序与调度模型。第一阶段,描述随机变量带来的不确定性,基于机会约... 详细信息

现有进场航班排序与调度模型较少考虑不确定因素的影响,本文基于点融合系统(PMS,point merge system)连续下降进近时间符合高斯分布的特点,建立增强鲁棒性的两阶段进场排序与调度模型。第一阶段,描述随机变量带来的不确定性,基于机会约束规划理论设计带有额外缓冲区的静态排序与调度模型,以飞行时间和次序变更量为指标确定最佳额外缓冲区;第二阶段,补偿不可预知原因导致飞行时间超出缓冲区的情况,采用基于滑动时间窗的启发式算法对第一阶段的方案进行动态调整。通过Monte-Carlo模拟不确定性场景下的连续下降进近时间,仿真结果表明,在高、中、低3种交通密度下,所提出的两阶段模型相较于其他模型在鲁棒性和公平性的平衡方面表现出了良好性能。

关键词：空中交通流量管理进场排序点融合系统两阶段规划 Monte-Carlo模拟

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配对进近模式下航空器的进场排序研究

安全与环境学报 2021年第3期21卷 1188-1196页

作者：陈亚青侯宇杰马义龙谢玉冰中国民用航空飞行学院民航飞行技术与飞行安全科研基地四川广汉618307 中国民用航空飞行学院空中交通管理学院四川广汉618307

介绍了近距平行跑道的概念及运行模式,以航班延误时间最小为目标函数,进场流约束、排序时刻约束、配对限制及前后机约束、排序先后约束、机型尾流等级约束和间隔约束等为约束条件,建立了进场航空器排序模型,采用改进的先到先服务算法计... 详细信息

介绍了近距平行跑道的概念及运行模式,以航班延误时间最小为目标函数,进场流约束、排序时刻约束、配对限制及前后机约束、排序先后约束、机型尾流等级约束和间隔约束等为约束条件,建立了进场航空器排序模型,采用改进的先到先服务算法计算各航空器的延误时间。以上海虹桥机场为算例、航空器的延误时间为对比指标,将配对进近模式与现有运行模式——"类隔离"平行运行模式进行对比。结果表明,近距平行跑道实施配对进近模式较"类隔离"平行运行模式能显著缩短航空器的进场时间。最后为管制员、飞行员提出了配对进近航空器安全间隔及进场排序等相关建议。该方法可以准确地计算近距平行跑道采取配对进近方式下航空器的进场延误时间。

关键词：安全系统学近距平行跑道配对进近进场排序改进算法先到先服务

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多机场终端区航班进场排序方法研究

多机场终端区航班进场排序方法研究

作者：钟建华中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

随着国民经济水平的快速提高，我国民航业也得到了持续的快速发展，一方面航班飞行流量大幅增长，另一方面大型繁忙机场的数量、“一市两场”和“一区多场”的现象也逐渐增多，而多机场终端区中机场密集、空域结构复杂、交通流量大，是... 详细信息

随着国民经济水平的快速提高，我国民航业也得到了持续的快速发展，一方面航班飞行流量大幅增长，另一方面大型繁忙机场的数量、“一市两场”和“一区多场”的现象也逐渐增多，而多机场终端区中机场密集、空域结构复杂、交通流量大，是空域拥堵、航班延误和飞行事故等频发区域，严重制约了空中交通运行效率，因此研究科学高效的进离场航班运行模式与方法成为突破多机场终端区运行瓶颈的关键所在。本文在民航快速发展趋势的背影下，针对多机场终端区航班进场流排序管理方面进行了研究。首先对多机场终端区的空域结构、运行特征和限制因素进行了分析，并介绍了多机场终端区航班运行过程及已有的进场航班排序方法;然后分析多机场终端区的运行模式，初步研究了终端区空域的空间资源和时间资源，以及空间资源上时间资源的动态管理，提出了基于空时资源动态管理进场排序简化模型，并以基于空时资源分配的航班进场排序算法对多机场终端区航班进场排序模型进行了求解;最后，以某多机场终端区空间结构为基础，基于论文模型和算法，设计开发了一个多机场终端区航班进场排序验证软件，并用仿真算例进行了验证，详细分析整个排序过程和优化结果，取得了一定的效果。

关键词：多机场终端区进场排序时间资源空间资源动态管理

基于Monte-Carlo模拟的进场排序不确定性研究

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交通信息与安全 2016年第4期34卷 22-28页

作者：周雨凡胡明华张颖高梦宇南京航空航天大学民航学院南京210016 南京航空航天大学国家空管飞行流量管理技术重点实验室南京210016

为了提升终端区航班排序抵御不确定因素扰动风险的能力,保证航班运行效率及降低延误损失,综合考虑终端区运行的多种约束限制。基于不确定性因素对进场航班影响分析,以航班总延误和管制干预最小为目标,建立进场航班排序的多目标随机期望... 详细信息

为了提升终端区航班排序抵御不确定因素扰动风险的能力,保证航班运行效率及降低延误损失,综合考虑终端区运行的多种约束限制。基于不确定性因素对进场航班影响分析,以航班总延误和管制干预最小为目标,建立进场航班排序的多目标随机期望值模型。应用Monte-Carlo模拟方法刻画航班运行状态随机变量的统计特征,将模型所求目标函数值表征为随机模拟的数学期望,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)寻求模型的Pareto最优解集,绘制不同阈值的缓冲间隔下得出Pareto前沿拟合曲线。采用广州终端区典型时段进场航班数据进行仿真验证,结果表明模型中不同阈值范围的缓冲间隔设置,可提供权衡航班延误和管制干预之间的合理化建议,且最高可降低32.4%的航班延误。所提方法能有效缓解繁忙机场航班延误,提升航空运输服务能力。

关键词：空中交通流量管理进场排序管制干预 Monte-Carlo模拟 NSGA-II算法

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基于点融合的多跑道进场航班排序

交通信息与安全 2021年第6期39卷 108-116页

作者：王宁翟文鹏中国民航大学空中交通管理学院天津300300

为提高点融合程序下的多跑道机场的进场航班运行效率,考虑点融合程序下终端区进场程序结构复杂的特点,提出以0-1整数规划为基础的多跑道进场航班优化排序模型。以进场航班的总延误时间、总飞行时间为最小目标函数,以尾流间隔、跑道限制... 详细信息

为提高点融合程序下的多跑道机场的进场航班运行效率,考虑点融合程序下终端区进场程序结构复杂的特点,提出以0-1整数规划为基础的多跑道进场航班优化排序模型。以进场航班的总延误时间、总飞行时间为最小目标函数,以尾流间隔、跑道限制、进场航班的飞行时间范围以及可分配进场程序为约束条件,将不同进场程序及跑道分配给不同的进场航班,确定航班的飞行时间、落地时刻,最终求得航班的落地序列。以浦东机场进场程序为例,选取含精英策略的非支配遗传算法对浦东机场的双落跑道进行进场航班优化排序,最后与实际结果对比。优化方案的飞行时间和延误时间分别为51 048 s和1 174 s,相较于实际结果降低了2.1%和38.2%,单位小时内跑道着陆架次提高了7架,跑道流量提高了20%左右。

关键词：空中交通规划与管理进场排序 0-1整数规划 NSGA-II算法点融合程序

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多机场终端区进场航班排序方法研究

多机场终端区进场航班排序方法研究

作者：张妍南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着我国航空运输业的蓬勃发展和区域经济的高速发展，多机场现象逐渐涌现。交通需求量高的区域通常拥有两个及以上的机场，这些机场的进离场运行相互影响。密集的机场布局、复杂的空域结构和繁忙的交通流量使得空中交通愈发拥挤，严重... 详细信息

随着我国航空运输业的蓬勃发展和区域经济的高速发展，多机场现象逐渐涌现。交通需求量高的区域通常拥有两个及以上的机场，这些机场的进离场运行相互影响。密集的机场布局、复杂的空域结构和繁忙的交通流量使得空中交通愈发拥挤，严重影响多机场终端区航班运行，造成大量的航班延误和经济损失。针对该问题，本文首先分析和总结了国内外相关研究成果，给出多机场终端区的定义，提炼多机场终端区运行相关性和存在的主要问题，提出应对多机场终端区问题的解决思路。通过对现有多机场终端区进场航班排序方法进行总结和对比，提出了多机场进场航班排序优化方法，考虑间隔约束、同股流不超越等多种约束限制，建立了基于固定航线的多机场终端区进场航班排序模型，并设计了遗传算法对模型进行验证，结果表明本文所提方法科学合理，减少了航班延误和成本。然后，针对进场航线选择不唯一的情况，引入混合位移策略的概念，建立了基于灵活航线分配的进场航班排序模型，仿真结果表明通过动态安排每个航班的进场航线，提高了多机场终端区的空域资源利用率，减少了航班延误。最后，对多机场终端区进场航班排序辅助决策系统进行了初步设计，包括时间轴模块、交通态势显示模块、负载图模块以及数据库模块，详细描述了界面需求和系统功能，为实施多机场进场排序策略提供了系统支撑。

关键词：空中交通流量管理多机场终端区进场排序遗传算法灵活航线分配

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不确定条件下终端区进场航班排序策略研究

不确定条件下终端区进场航班排序策略研究

作者：周雨凡南京航空航天大学

学位级别：硕士

在空中交通流量增大、空域资源紧缺、终端区不确定性因素增多等状况下,能有效应对终端区条件不确定性、制定动态变化的流量管理策略已逐渐受到关注。通过对不确定性条件下终端区交通流特性的分析,优化终端区进场排序方法,提高终端区流... 详细信息

在空中交通流量增大、空域资源紧缺、终端区不确定性因素增多等状况下,能有效应对终端区条件不确定性、制定动态变化的流量管理策略已逐渐受到关注。通过对不确定性条件下终端区交通流特性的分析,优化终端区进场排序方法,提高终端区流量管理抵御不确定因素扰动风险的能力,可有效保障航班运行稳定性与流量管理效率。首先,以各参考点最佳接受率约束和管制中心优化排序算法为依据,提出分布式航班调度结构及流程,计算航班在各参考点的最优到达次序和分配到达时间。以各管制中心航班流出率最大和航班总延误最小为目标,考虑航班实际运行的多种约束限制,实现基于Eulerian模型的航班调度建模。其次,提出了终端区进场航班调度的鲁棒控制模型,设计管制员和飞行员之间的循环反馈控制系统,来降低进场过程不确定性参数的影响。依据不同进场情景下的排序策略和鲁棒性优化准则建立相应的优化目标,为进场航班分配相应的到达次序和时隙,并对鲁棒优化的结果进行对比分析。最后,应用Monte Carlo模拟方法刻画航班运行状态随机变量的统计特征,将模型所求目标函数值表征为随机模拟的数学期望,设计了NSGA-II寻求模型的Pareto最优解集,并绘制不同阈值的缓冲间隔下得出Pareto前沿拟合曲线,分析模型中不同阈值范围的缓冲间隔设置对航班延误和管制干预的影响。

关键词：空中交通流量管理进场排序分布式排序不确定规划 NSGA-II算法

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终端区进场航班排序方法研究

终端区进场航班排序方法研究

作者：张艺峰中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

成都终端区空域内受到地理和军航活动影响,航线交错、结构复杂,航空器竞争有限的空域资源,常常会造成航班延误、飞行冲突等问题。航班延误问题会降低航空公司的经济效益,并且为旅客带来糟糕的旅行体验;而飞行冲突问题会带来航路拥堵,增... 详细信息

成都终端区空域内受到地理和军航活动影响,航线交错、结构复杂,航空器竞争有限的空域资源,常常会造成航班延误、飞行冲突等问题。航班延误问题会降低航空公司的经济效益,并且为旅客带来糟糕的旅行体验;而飞行冲突问题会带来航路拥堵,增加航空器飞行的安全隐患,管制工作通常也会因此而增加压力。因此,应该对空中交通流量实施科学的管理,为进场航班实施快捷安全的排序。本文首先归纳和总结了国内外研究现状,介绍了终端区,跑道构型,运行模式和成都多机场终端区的管制运行情况。然后根据目前成都终端区进场排序存在的问题,从解决航班延误、机场运行效率低下的问题出发,给出了终端区进场航班排序模型,该模型同时对航班延误总时间和各机场平均航班延误偏差进行优化。为了改善传统的NSGA-Ⅱ遗传算法种群多样性不足的缺点,引入种群均匀度和改进的交叉算子,提出了一种改进的NSGA-Ⅱ遗传算法。最后以成都多机场终端区为实例,结合成都双流国际机场的航班时刻表,对其排序模型进行仿真。通过与先到先服务算法(FCFS)和传统的NSGA-Ⅱ遗传算法比较,结果发现,改进的NSGA-Ⅱ算法优化效果显著,该模型能减少终端区进场航班的延误时间和提升机场运行效率。

关键词：进场排序多目标优化终端区

基于NSGA-Ⅱ的多机场终端区进场航班排序研究

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科技创新导报 2021年第9期18卷 144-147,170页

作者：张艺峰中国民航飞行学院空中交通管理学院四川广汉618307

多机场终端区内由于空域结构复杂,机场之间相互影响,空中交通流量大,因而经常会发生航班延误、飞行冲突、机场运行效率糟糕等问题。本文研究多机场终端区的进场航班排序,从航空公司和多机场的利益需求,建立了多目标进场航班排序模型,采... 详细信息

多机场终端区内由于空域结构复杂,机场之间相互影响,空中交通流量大,因而经常会发生航班延误、飞行冲突、机场运行效率糟糕等问题。本文研究多机场终端区的进场航班排序,从航空公司和多机场的利益需求,建立了多目标进场航班排序模型,采用带精英策略的非支配排序遗传算法NSGA-II进行求解,以成都终端区为例,进行仿真实例验证。结果表明,与经典的先到先服务(FCFS)方法相比较,该方法能有效改善进场航班的延误问题并使多机场能平衡的使用空域资源。

关键词：空中交通管制多机场终端区进场排序多目标优化