基于梯度提升决策树的航班延误分类预测

考虑航空交通网络状态特征对航班延误的影响,将上游的航班延误状态特征加入到预测因素中,并使用梯度提升决策树(Gradient Boost Decision Tree,GBDT)的方法构建了航班延误预测模型.与以往的决策树算法、SVM分类算法、RF算法相比,GBDT算法在航班延误分类预测上具有更高的准确度,可有效提高机场运行管理效率.     

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。     

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.     

基于最小延误时间和经济成本的空中高速路匝口排序研究

空中高速路是解决空域资源紧缺问题的一种新途径.在建立延误时间成本最小的空中高速路匝口航班排序模型的基础上,分析并得出了航班延误经济成本函数,建立了基于最小延误时间和经济成本的空中高速路匝口航班排序模型,并利用NSGAII算法进行求解.最后利用不同时段的航班数据进行算例仿真,计算航空器进入空中高速路的时刻及其延误成本.结果表明,与先到先服务策略相比,提出的优化模型对于单个航班的延误时间成本、经济成本和累积经济成本分别降低47.2%,51.3%和54.4%,模型与解法可行.     

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.     

信号交叉口车辆的延误分析

针对路段上交通流的特性,以及信号交叉口交通流的动态流通特征,分析了车辆到达信号交叉口的规律以及车辆越过停车线的特点,从而建立了停车延误模型;又分析了单个相位停车线的长度与交叉口几何特征的关系,及车辆在通过信号交叉口之间的路段过程中的运行特性,建立了相位延误模型;从而得到一个在信号交叉口处适用任何饱和度的排队延误模型,使得结果更贴近车辆在信号交叉口的实际延误时间.     

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.     

单架飞机受干扰后飞机路径恢复多项式算法研究

飞机路径恢复是航班调整中保证航班能够运行的必要条件之一,而传统目标下的飞机路径优化问题是NP-hard的。本文针对单架飞机受到干扰后,基于最小最大目标的同机型飞机路径最优化问题,给出了一个新的多项式时间算法。首先基于航空公司调整航班的常用原则,提出把最大航班延误时间最小化作为问题的目标。然后根据问题的一些特点和目标形式,设计出解构造算法,得到飞机路径恢复问题的最优解,并分析出算法的复杂度为O(n²)。相对于一般的最小最大二分图匹配算法(复杂度为O(n³log(n))),该算法具有较小的时间复杂度。最后用实例验证了解构造算法的有效性。该研究结果将为航空公司减少航班延误提供理论和方法支持。