基于替代航路的进场航班排序优化方法

针对机场终端区航班延误日益严重的现状,为减轻空中交通管制员工作负荷,缓解航班延误,研究了进场航班排序优化问题.通过引入替代进近航路和时间偏差成本的概念,建立了进场航班排序模型;基于调度窗口和冻结范围概念,提出了动态优化方法;结合进场航班排序模型与动态优化方法,以国内某机场的运行数据进行了仿真验证.仿真结果表明:与实际运行相比,基于替代航路的进场航班排序优化方法优化效果显著,减少了约25%的进场航班延误,提高了机场终端区航空器的运行效率.优化方法可以即时获得最优方案,辅助空中交通管制员做出决策.     

航班恢复规划的数学建模

针对第十四届全研究生数学建模竞赛C题的航班恢复规划问题展开研究,将多机场问题简化为双机场航班重排问题,研究了中枢机场应急关闭之后航班的规划.首先,建立了单一机型的航班恢复模型,通过飞机置换使该机型航班航班延误总时间最小.然后,引入多机型及不同机型交换成本,建立多机型,双机场的类时空网络模型,并引入航班串的概念,进一步减小航班重排后的整体延误时间.最后,增加旅客总体延误时间的考虑.进一步考虑航班之间不同机型交换带来的影响,将计划起飞时间位于18:00到22:30的航班,在21:00到22:30时间段中进行重新排列.通过Lingo计算包括航班延误,航班取消和飞机置换的方法所有航班的最小化延误.     

不正常航班恢复模型和算法研究

主要根据2017年中国研究生数学建模竞赛中的航班恢复问题,探讨航班遇到突发情况时,如:机场在某时间段关闭,如何按照不同要求重新规划航班,使得旅客总延误时间或航班总延误时间尽可能短.航班恢复是一个NP-Hard问题,根据竞赛所涉航班恢复的4个子问题,分别根据其特有的约束条件和飞机间调整所需额外成本的计算办法,建立了相应的混合整数规划模型.通过先检测不正常航班的相关信息如延误扩散情况,再选择航班恢复计划使延误尽可能小,给出了启发式算法求解上述规划模型.进一步,对航班恢复问题所涉及的前3个子问题,分析了其延误时间下界,并与算法所得的延误时间进行比较,发现算法所得延误时间等于或者非常接近估计下界,这说明算法所得新航班计划是最优的或者非常接近最优航班恢复计划.     

基于路径置换的航班恢复问题研究

探讨了第十四届中国研究生数学建模竞赛提出的OVS机场因某一段时间关闭而产生的航班恢复方案制定问题.建立Time-space Network模型,通过遍历法解决单机型的航班恢复问题,得出航班延误的最小时间.其次,针对多机型的航班置换与恢复问题,运用匈牙利算法处理约束条件,以航班延时成本最小值为目标函数,得到较好的航班时刻表.最后在考虑旅客流情况下,增加约束条件得出了旅客的整体延误时间.     

航班延误的评估模型

本文验证了飞机的起飞和到达时间服从泊松分布,延误时间符合指数分布。通过建立航班延误动态排队模型和对机场数据的仿真分析,给出航班延误的主要因素,建立了基于时间序列的延误预测模型。采用此模型计算,给出使得总延误时间、延误成本和延误人数达到最小化的3个方案及航班延误的治理途径。     

航班延误的评估模型

本文验证了飞机的起飞和到达时间服从泊松分布,延误时间符合指数分布。通过建立航班延误动态排队模型和对机场数据的仿真分析,给出航班延误的主要因素,建立了基于时间序列的延误预测模型。采用此模型计算,给出使得总延误时间、延误成本和延误人数达到最小化的3个方案及航班延误的治理途径。     

多机型航班恢复问题研究

主要研究了基于航班延误时间最短的航班行程规划问题,分别建立了最基本的多机型航班恢复问题模型、考虑旅客行程重新规划的航班恢复问题模型.在约束条件下,先在单机型航班恢复的基础上考虑多机型航班恢复,最后考虑基于飞机载客量的多机型航班恢复.构建时空网络模型,结合改进的分支定界法和启发式算法,确定筛选范围,调整不同的影响范围,达到较优的结果.对于多机型航班恢复问题,得到航班总延误时间为12850分钟.接着分析考虑飞机载客量的多机型航班恢复问题,分析建立的模型得到航班总延误时间为约1886650分钟.建立的模型有较好的鲁棒性,且具有较好的实用性.     

基于优先级的进离港航班排序优化问题研究

研究机场终端区进离港航班排序优化问题,对于提高跑道利用率以及降低航班延误损失具有重要意义。本文首先考虑航班运行方式(降落和起飞)、飞机类型以及航班的重要程度(航程是否连续)的不同所造成延误损失的不同,设计三维优先级表反映调度优先等级,并将其转化为延误成本系数。其次,为实现调度的公平性和减轻管制人员的工作负荷,设置允许延误的航班架次约束、邻边约束以及最大限制位置约束。再次,以最小化航班总延误成本为目标建立模型,提出相应的改进蚁群算法(GJAC)进行求解。最后通过数值实验验证所提算法在考虑调度优先等级及上述约束条件的同时能有效减少进离港航班队列的总延误成本。     

基于多目标规划的飞机路径恢复最优化算法研究

本文针对同一机场中同机型的多架飞机受到干扰后, 飞机路径恢复的多目标最优化问题进行研究。首先根据航空公司实际航班调整的常用原则和航班干扰管理的基本思想, 基于连接网络建立多目标规划模型, 其中两个目标按照优先级排列:第一个目标为最小化航班的最大延误时间, 第二个目标为最小化参与交换的飞机数量。然后根据该问题的航班波结构特点, 结合求解多目标规划的分层序列法, 分析优化问题的若干最优性质, 并基于快速排序算法和最小费用路算法设计出多项式算法。最后用算例验证了算法的有效性。该研究结果可以为航空公司减少航班延误提供理论和技术支持。     

应用遗传算法求解航班恢复问题

航班调度系统易受天气等因素的影响,导致航班延误甚至取消,给航空公司和旅客带来巨大损失.针对某机场由于天气原因需要临时关闭这一问题,,综合考虑航班延误,飞机置换和旅客的行程信息,以旅客的总体延误时间最短为目标函数,建立了旅客滞留航班恢复模型.根据面向对象的编程思想设计了航班调度算法并耦合遗传算法对模型进行求解.基于较大规模的航班和旅客数据对模型和算法进行了验证,得到了合理的航班恢复方案.     

基于多目标优化的改航策略研究

随着我国航空运输的快速发展,由恶劣天气等原因导致的航班延误日益增多.传统的改航策略选取总延误损失最小为单一目标,不仅难以满足流量管理不同对象、不同阶段的需求,而且易造成空域利用率偏低.首先将改航策略与地面等待和空中等待相结合,然后综合考虑航空公司的利益,建立多目标优化模型,并采用稳定性和健壮性较强的多目标进化算法求解.最后选取全国典型繁忙日的实际飞行计划,进行了仿真验证.仿真结果表明,策略不仅可为航班动态地选择航路以避开容量限制区域,还可供流量管理部门参考不同目标来确定改航方案.     

空中交通流量管理中的改航策略研究

针对在恶劣天气下出现的大规模航班延误情况,根据机场和航路段的动态容量约束,建立了改航策略模型,并提出求解该模型的有效算法.选择全国航班时刻表进行仿真,仿真结果表明:该模型提供了在恶劣天气下更安全、更经济的航班改航策略,可为战术级流量管理提供辅助决策.     

考虑乘客时间成本与换乘感受的中转航班登机口分配问题研究

针对2018年"华为杯"第十五届中国研究生数学建模竞赛F题展开研究对考虑乘客时间成本与换乘感受的中转航班登机口分配调度问题(Airport Gate Assignment Problem,AGAP)进行研究,建立了多目标0-1整数线性规划的中转航班登机口分配模型.根据不同的实际应用条件,对该模型进行相应改进,并使用Lingo求解,得出在最大化航班分配数量的基础上,最小化乘客换乘成本,同时尽量减少登机口使用数量的最优中转航班登机口分配方案,最后对分配结果进行分析.模型亮点在于:1)创新性地引入了乘客换乘成本惩罚因子,令模型对实际问题考虑更加全面.2)模型在时间离散化的基础上,将航班间隔时间纳入航班占用时间,建立了0-1整数线性规划模型求最优解,求解结果更加可靠.3)模型通过线性加权的方法,将多目标规划问题简化为单目标问题进行建模.     

基于动态环境的机场航班实时调度优化研究

在对天气、空中管制等动态环境引起航班延误所造成的各主体利益损失分析及目标追求的基础上,建立单一机场航班动态实时调度微调两阶段优化模型,其中目标函数为追求航空公司、乘客利益和机场保障的经济损失加权和最小化,采用遗传算法优化求解.从最大效率利用终端区空域的角度,评估航班调度方案.具体的算例表明采用本方法能依据动态环境不断优化微调需更新的航班时刻表,达到兼顾各方利益提高机场综合服务水平的目的,证明了方法的可行性.     

航空公司航班正点率估计

在航空公司的航班运行管理中,估计航班的延误时间是一个困难而又重要的问题。首先通过分析连续航班的运行过程以及延误时间的波及与吸收,得到了每一个航班的延误时间的一个非线性表达式。在每个航班的过站耽搁时间与飞行耽搁时间的概率分布已知的条件下,运用了一个概率论模型,得到每个航班的出发延误时间的概率分布计算公式,从而可以估计每个航班的正点率。实际的算例表明,计算公式得到的结果与真实的航班运行结果基本吻合。     

机场新增卫星厅对登机口影响的评估方法

为了解决航站楼客流量饱和的问题,采用一种增加卫星厅的方法,实现了旅客分流.基于单目标整数线性规划和多目标优化的方法,分别构建了登机口优化分配网络模型和多目标优化模型.利用登机口优化分配网络算法筛选出所使用的共同登机口,建立了目标函数并列出约束条件,采用目标约束法对建立的模型进行求解.在此基础上,根据目标建模的思想,建立了可供中转旅客总体流程时间最短且使用登机口数量最小的航班-登机口分配模型.利用MATLAB计算可知,利用42个登机口即可实现303架航班的正常运转.     

PBN下多跑道机场航班起降运行排队方式研究

分析多跑道机场终端区的空域结构、飞行、管制状况,利用随机服务系统理论建立运行模型,对航班起降运行排队方式进行讨论.阐明两种排队方式①联合协作(相互支援);②分列独立(互不支援)的运行特点,并建立数学模型,能根据相关参数得到相应排队方式下航班滞留时间、队长和空闲跑道数等有用指标.在相同条件下,定量比较两种运行方式的航班队列服务质量和系统工作特性参数.结果表明:①比②能够支持更多的航班起降请求并提供更高的服务质量,提供利用现有条件扩充跑道容量和缓解航班延误的方法,能满足航空公司和旅客的需求.有较大的理论意义和参考应用价值,实践中得到应用,值得推广.     

机场放行能力约束条件下的航班延误波及分析

航班延误影响机场和航空公司的正常运行,同时给旅客出行带来不便,因此,对航班延误的预测分析具有重要的现实意义.在机场放行能力约束条件下,分析航班延误波及情况,对延误时长进行定量预测.以航班历史数据为学习样本,计算在前序航班延误的影响下,后续航班在不同延误等级的初始条件概率,并按照航班优先级以及预测时段机场的放行能力约束,对初始条件概率进行修正,从而对航班延误时长进行短期预测.最后通过实例分析,结果表明考虑机场放行能力约束,提升了航班延误预测的准确度,验证了方法的有效性.     

基于改进的禁忌搜索算法的机场场面优化研究

对跑道和滑行道进行联合优化有助于提高机场现有的硬件与软件资源的使用率,缓解航班延误.首先综合考虑滑行的相关规定以及跑道放行间隔的约束,以所有航空器滑行时间最小为目标函数,构建基于机场基本元素布局的场面滑行道与跑道联合优化模型;其次针对遗传禁忌搜索算法的特点和场面运行实际情况改进了遗传禁忌搜索算法,并以此求解该优化模型;最后以南京禄口国际机场为例,将改进的遗传禁忌搜索算法所得最优解与实际运行数据进行比较验证模型的优化性.     

PBN航路航班流模型及容量计算

下一代航空运输系统中的空中高速性能基导航航路具有单向、无交叉、对性能限制、高密度运行等特点.以下一代航空运输系统的运行规则为基础,引入航班交通流流量、密度、速度基本函数和关系等式;结合地面交通流理论,对空中高速性能基导航单层航路建立了航班流模型.再通过对航路航班流速度-密度关系的分析,推导出稳定平衡状态下的流量-密度模型.模型可用于航路流量和容量评估,用其对终端区航班容量进行研究,结果符合相关数据.模型明确了缩减航空器尾流间隔可以提高终端区航路流量.