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基于转弯惩罚的机场滑行路径优化及冲突解脱

航空计算技术 2023年第4期53卷 71-75页

作者：何康吴红兰宫淑丽吴振南京航空航天大学江苏南京211000

为了缓解机场滑行道系统运行压力,提高航空器运行效率,以优化航空器滑行路径,降低滑行道占用时间为目标,针对机场滑行系统优化问题展开分析,建立栅格化机场场面地图,并提出基于转弯惩罚和A*算法相结合的算法模型。以无锡硕放机场为例进... 详细信息

为了缓解机场滑行道系统运行压力,提高航空器运行效率,以优化航空器滑行路径,降低滑行道占用时间为目标,针对机场滑行系统优化问题展开分析,建立栅格化机场场面地图,并提出基于转弯惩罚和A*算法相结合的算法模型。以无锡硕放机场为例进行仿真分析,结果表明:与基于冲突等待的传统A^(*)算法路径方案相比,改进模型在高峰小时航班总运行时间降低110 s,冲突次数降低1次,滑行等待时间降低83 s。实验验证所提的路径优化模型是可行的,能在提升滑行效率的基础上识别与解脱冲突。

关键词：滑行路径优化转弯惩罚 A^(*)算法冲突解脱

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侧向跑道机场滑行路径优化

科学技术与工程 2021年第20期21卷 8695-8701页

作者：何庶卢朝阳王颜颜王大山南京航空航天大学民航学院南京211100 中国商用飞机有限责任公司民用飞机试飞中心上海210000

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... 详细信息

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。

关键词：航空器侧向跑道遗传算法滑行路径优化

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侧向跑道机场的航空器滑行路径优化研究

侧向跑道机场的航空器滑行路径优化研究

作者：王颜颜南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着航空运输业的飞速发展,机场航空器数量不断增加,为了缓解航空器运行过程中的拥堵问题,我国建设了数量不少的多跑道机场,尤其是在近年来,建设的侧向跑道机场逐渐增加。侧向跑道通常用于航空器离场,通过侧向跑道的建设,可以减少跑道穿... 详细信息

随着航空运输业的飞速发展,机场航空器数量不断增加,为了缓解航空器运行过程中的拥堵问题,我国建设了数量不少的多跑道机场,尤其是在近年来,建设的侧向跑道机场逐渐增加。侧向跑道通常用于航空器离场,通过侧向跑道的建设,可以减少跑道穿越,使得机场场面的运行效率大大提高。但国内外对于侧向跑道机场的优化研究较少,严重制约着侧向跑道机场实际运行效率,而本文通过对航空器在侧向跑道机场上的滑行路径进行优化,可以有效解决该问题。首先,本文介绍了侧向跑道机场的有关概念,侧向跑道机场场面网络结构模型的构建方法。对侧向跑道的子系统进行分析,包括跑道系统、停机坪系统和滑行道系统。并对场面运行、滑行调度运行和侧向跑道机场的运行模式进行分析。其次,提出尾流的概念、原理和相关的间隔标准。分析了成都天府国际机场三条跑道的尾流间隔,重点分析了平行跑道对侧向运行的尾流影响,并提出相应的解决方案。接着以航空器的加权滑行时间和延误等待时间最小为目标建立侧向跑道机场航空器的滑行路径的优化模型,提出了相应的优化方案,即动态优化航班优先级序列。为了避免航空器运行过程中的各项冲突,提出了冲突解脱算法,将航空器运行规则转化为相应的数学约束条件,根据机场的滑行道调度问题进行算法设计,提出了运用改进的遗传算法对模型进行求解,以航班序列和滑行路径设计双链染色体从而进行编码,使得航空器的优先级序列和对应的场面滑行路径达到最优。最后以成都天府国际机场为例进行案例分析,并得出结论,验证了算法的可行性和有效性。

关键词：航空器侧向跑道遗传算法优先级序列滑行路径优化

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基于废气排放因素的离港航空器滑行路径优化

中国民航大学学报 2019年第6期37卷 34-38,45页

作者：郑丽君胡荣张军峰朱佳琳南京航空航天大学民航学院

以离港航空器为研究对象,将废气排放因素纳入滑行路径优化模型,分别建立最短滑行时间模型、最小废气排放量模型和两者相结合的多目标优化模型,并采用遗传算法开展算例仿真以获取帕累托最优配置方案。同时,考虑到CO2在废气中占比最大,就... 详细信息

以离港航空器为研究对象,将废气排放因素纳入滑行路径优化模型,分别建立最短滑行时间模型、最小废气排放量模型和两者相结合的多目标优化模型,并采用遗传算法开展算例仿真以获取帕累托最优配置方案。同时,考虑到CO2在废气中占比最大,就CO2单位成本、CO2排放成本、废气排放成本和滑行总成本之间的关系进行敏感性分析。结果表明:相较于最短滑行时间模型,该多目标优化模型可在保证航空器滑行效率的同时减少约1%的废气;随着CO2单位成本的增加,CO2排放成本占废气排放成本的比重呈“先快后慢”的趋势,在CO2单位成本值较低的情况下,表现出高度敏感性,而在成本值较高的情况下,敏感性较不显著;废气排放成本占总成本比重近乎成等比例增长。

关键词：航空运输滑行路径优化遗传算法离港航空器废气排放

枢纽机场滑行路径优化案例在《空中交通系统优化与管理》课程中的应用

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科技风 2019年第32期 71-72页

作者：翟立军天津航大天元航空技术有限公司

近些年,我国民航运输业呈现出大流量、高增长的快速发展趋势,空中交通资源日益紧张,如何运用科学的模型与方法对现有资源进行合理的优化配置显得尤为重要。《空中交通系统优化与管理》课程设置的目的是让交通运输专业的学生通过掌握运... 详细信息

近些年,我国民航运输业呈现出大流量、高增长的快速发展趋势,空中交通资源日益紧张,如何运用科学的模型与方法对现有资源进行合理的优化配置显得尤为重要。《空中交通系统优化与管理》课程设置的目的是让交通运输专业的学生通过掌握运筹学中常用的模型和算法,具备从实际问题出发的数学建模能力,为今后在工作中应用运筹学的科学观点与方法处理空中交通管理、航空公司运行以及机场现场管理等实际问题打下良好的基础。空中交通系统优化与管理是一门以运筹学理论为基础的具有民航空中交通管理行业特色的课程。该课程的教学改革突出了运筹学理论与空管一线运行中的优化问题相结合的宗旨,以培养本科生工程实践能力为目的,对该课程以案例为教学核心的可行性进行分析,以空中交通管理中的滑行路径优化为案例对实施步骤及实施方法进行了设计。为贯彻培养学生团队合作能力和动手能力,提升学生创新水平提供了教学改革方法。

关键词：空中交通管理教学改革案例教学运筹学滑行路径优化

大型繁忙机场机坪管制工作中的滑行路径决策优化算法研究

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大型繁忙机场机坪管制工作中的滑行路径决策优化算法研究

作者：李睿馨中国民用航空飞行学院

学位级别：硕士

目前国内的大型繁忙机场普遍存在机场活动区资源紧张、航班地面运行不畅等问题,延误事件频发。为了整合地面资源、实现航空器在机场地面安全高效的运行,机坪管制移交的概念应运而生,但单纯的机坪管制移交对于运行效率提升有限,需进一步... 详细信息

目前国内的大型繁忙机场普遍存在机场活动区资源紧张、航班地面运行不畅等问题,延误事件频发。为了整合地面资源、实现航空器在机场地面安全高效的运行,机坪管制移交的概念应运而生,但单纯的机坪管制移交对于运行效率提升有限,需进一步优化机场资源利用,因此本论文提出了大型繁忙机场机坪管制工作中航空器滑行路径决策优化算法。本文通过学习相关塔台管制规范、运行规章并研究目前国内已经实施机坪管制移交机场的案例,明确机坪管制的概念、职责范围及移交程序,总结了机坪管制实施的优势及现存问题。然后,针对目前国内大型繁忙机场地面运行和管制职能现状进行分析,以广州白云机场为例,阐述其现状及不足,并进而得出优化滑行道资源、提出一种基于多因素约束的滑行策略的必要性。构建多因素约束滑行路径分配优化算法模型。本文以白云机场的地面拓扑图为基础,建立有向图模型,由于本文要寻找的最优策略不是单纯的最短路径,而是多因素约束下的滑行策略,故接下来通过案例逐一分析并量化不同因素对于航空器滑行的影响,研究基于权重的分配各因素方案,最终以Dijkstra算法构建基于最小费用流多因素约束的滑行路径优化模型。最后,结合白云机场实际航班时刻数据,对优化结果通过Python软件进行了调试和验证,证明了该多因素滑行路径分配优化算法策略的可行性。从管制角度分析优化结果,提出符合机坪管制习惯的可行性建议。

关键词：大型繁忙机场机坪管制滑行路径优化多因素 Python

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滑行路径编码与智能分配技术研究

滑行路径编码与智能分配技术研究

作者：冯思旭南京航空航天大学

学位级别：硕士

民航发展面临的关键问题之一为如何提升机场运行效率,以满足不断发展的民航运输需求。尽管基础设施的扩建对提高机场运行效率,增大机场容量十分有效,但通常成本昂贵且周期较长。因此,如何在不改变物理构型的前提下,革新场面运行管理技... 详细信息

民航发展面临的关键问题之一为如何提升机场运行效率,以满足不断发展的民航运输需求。尽管基础设施的扩建对提高机场运行效率,增大机场容量十分有效,但通常成本昂贵且周期较长。因此,如何在不改变物理构型的前提下,革新场面运行管理技术和规则,挖掘容量潜力与实现机场场面资源优化配置已是机场场面运行增效的关注焦点和主流手段。本文在分析国内外研究的基础上,深入分析和探讨了滑行路径编码与智能分配技术。首先在既定的航班计划和场面网络结构下,考虑航空器的滑行特点建立K-最短路径模型,在跑道和停机位之间建立K条可用的滑行路径集;在此基础上,考虑机坪区域运行规则、航空器性能、安全间隔、计划推出/到达机位时间和计划起飞/着陆时间等约束,以时间窗内整个场面滑行时间最小为目标,建立基于路径集的滑行路径动态优化模型,并设计改进的遗传-禁忌搜索算法对模型进行求解,确定设定时间窗内每架航空器的最优滑行路径;其次,探讨路径数量与滑行效率之间的关系,确定滑行路径优选集;接着应用基于深度学习的自编码器开展滑行路径编码研究,找出滑行路径简单合理的表达方式,并与实际运行相对应,同时能够提高后续算法学习性能;再次分析影响滑行路径分配的因素,提取机场场面交通量、滑行航空器关键点计划时间、进离场比例,机位使用分布等机场场面交通状态特征量,并分析路径使用情况与场面交通需求特征之间的关系;从次设计场面运行随机环境,包括航班计划、机位分配计划、滑行速度等,应用滑行路径动态优化模型进行大量实验,获得随机场景下的航空器优化滑行路径,作为输入数据;然后采用随机森林算法抽象构建交通状态与优化路径选择之间的映射关系,进而建立具有可操作性和可靠性的编码路径分配决策推理机制。最后,为了验证本文提出的两阶段滑行路径编码与智能分配模型的可靠性和优越性,针对南京禄口国际机场开展实例验证。结果表明,本文提出的滑行路径优化、编码和智能分配模型能够有效提高航空器场面滑行效率,并且能够为管制员在分配航空器的滑行路径时提供有效的决策指导和依据。

关键词：滑行路径优化滑行路径编码与分配改进的遗传-禁忌搜索算法随机森林自编码器

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机场场面航空器噪声影响机制与滑行优化研究

机场场面航空器噪声影响机制与滑行优化研究

作者：淮楠长安大学

学位级别：硕士

随着航空业蓬勃发展、航班起降架次与周转量逐年递增,航空器与作业车辆在机场运行过程中产生的噪声影响愈加强烈,而机场作业人员需长期处于巨大的航空噪声暴露之下。同时随着公众环保意识的普遍提高,机场场面航空器运行噪声也逐渐成为... 详细信息

随着航空业蓬勃发展、航班起降架次与周转量逐年递增,航空器与作业车辆在机场运行过程中产生的噪声影响愈加强烈,而机场作业人员需长期处于巨大的航空噪声暴露之下。同时随着公众环保意识的普遍提高,机场场面航空器运行噪声也逐渐成为民航各部门关注的重点之一。本论文立足于交通运输学科的角度、从机场场面运行入手,旨在揭示机场场面噪声的传播影响机制,并以减少噪声污染影响为目的对场面滑行进行优化。首先,考虑航空器在机场场面中的不同运行状态与噪声的关系,分析确定了航空器运行和噪声产生过程,然后从声学方面用声级叠加和衰减去研究其排放及影响。分为四种情况:单架固定点航空器对固定点人的影响、单架活动航空器对固定点人的影响、多架活动航空器对固定点人的影响、多架活动航空器对活动点人的影响。其次,根据航空器在机场场面的运行过程与特点,建立单航空器滑行噪声与固定滑行路径的关系模型。该模型以单架航空器为研究对象,在一条固定滑行线路上场面滑行,以滑行速度优化为切入点,分析航空器滑行时间和噪声之间的特定关系,并采用鲸鱼算法(WOA)剖析了基于滑行时间与噪声最优的滑行策略。第三,将单航空器模型扩展至多航空器全场面运行,在速度优化的基础上加入了滑行线路的优化。同时考虑多架航空器在场面滑行中的滑行冲突问题,建立了基于时间与噪声的机场场面滑行路径优化模型,采用遗传算法(GA)探究了场面滑行中的滑行时间与噪声排放最优的方案,并通过实例加以应用。最后总结本文在机场场面噪声方面所做的研究成果,并指出存在的不足之处,展望未来机场场面运行噪声的研究,并对飞行区节能降噪有一定的参考意义。

关键词：机场噪声机场场面运行滑行路径优化

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多Agent的航空器滑行策略优化

计算机科学 2020年第2期47卷 306-312页

作者：张红颖申荣苗罗谦中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300 中国民用航空总局第二研究所成都610041

快速发展的民航事业导致很多机场容量不足。为缓解大型机场交通拥堵的现状,研究了航空器滑行策略优化问题。滑行路径优化是指在特定的时间段内,根据机场资源信息和地面运行管理系统对进离场航空器在跑道和停机位之间的距离进行优化管理... 详细信息

快速发展的民航事业导致很多机场容量不足。为缓解大型机场交通拥堵的现状,研究了航空器滑行策略优化问题。滑行路径优化是指在特定的时间段内,根据机场资源信息和地面运行管理系统对进离场航空器在跑道和停机位之间的距离进行优化管理。通过深入剖析机场地面的网络结构,综合考虑滑行冲突、地面运行规则等因素,提出了多Agent滑行策略优化方法,该方法提升了机场资源利用率;基于地面网络链路结构的概念,建立了航空器滑行策略优化模型;结合多Agent的基本理论,设计了跑道出口选择概率函数和多Agent系统滑行路径优化结构,以寻求航空器的最优滑行路径。以国内某大型机场的实际情况为研究背景进行了航空器滑行策略实验,结果表明,与以往的算法相比,多Agent滑行策略优化方法的效果更为显著。设置跑道口的速度和同一交叉口航空器的最小间隔距离,通过对跑道出口的选择和Agent间的交互协商,航空器能够对原滑行路径进行有效调整,并缩短其在机场场面上的滑行时间。与最短路径算法相比,多Agent滑行策略方法在航空器的总滑行距离、航空器在滑行道上的密度以及平均等待时间方面的优化效果更好,且其对滑行道资源的分配更合理。其中,航空器在节点处的平均等待时间减少了8.26%。所提策略可有效缓解机场交通拥堵的现状,提高场面运行效率,对减少航空器延误和保障机场的运营安全具有重要意义。

关键词：网络模型多Agent 概率函数大型机场滑行路径优化