基于改进免疫粒子群算法的动态航班着陆调度

为改进机场终端区空中交通流量管理,对动态航班着陆次序进行适当调整,使机场和空域的可用容量达到最有效利用,减少航班延误造成的经济损失,提出一种新颖的动态免疫粒子群优化算法(DIPSO),重点针对待着陆航班的动态变化,结合滑动时间窗,多方面考虑现实约束,在确保航班延误成本最小的同时,兼顾航班着陆的公平性和管制员的工作负荷。仿真结果表明,在处理动态航班着陆问题上与先来先服务相比有效降低了延误成本。     

到达航班排序与调度优化的遗传算法研究

解决机场到达航班的排序与调度(ASS)问题是保持空中交通通畅、减少航班延迟的主要途径.本文针对ASS问题的特点,建立了以航班总延误时间为目标函数的排序模型,提出了基于格里芬斯塔特编码和滚动时域优化策略的遗传算法,并对排序模型进行了仿真分析.结果表明:与先到先服务算法相比,本文算法能显著减少航班总延迟,同时较常规遗传算法...     

基于空中交通密度的进场航班动态协同排序方法

为适应协同决策（CDM）需要，考虑空管、航空公司和机场的诉求，对进场航班动态协同排序问题进行了系统的研究。设计了一种进场航班动态排序方法，提出了一种时隙交换方法，建立了基于空中交通密度的进场航班协同排序模型，设计了精英保留的遗传算法和带精英策略的快速非支配排序遗传算法以求解所建模型，寻求进场航班动态协同排序的最优解。仿真结果表明，较基于滚动时域控制（RHC）方法，动态协同方法所得结果与排序开始时间无关，所需排序次数平均减少26.4%，且排序效率更高。较先到先服务（FCFS）方法，动态协同方法在高密度条件下各排序阶段最后一个进场航班的落地时间平均提前199.8 s；中密度条件下各排序阶段航班延误总时间平均减少29.9%，航班延误均衡性平均提高34.4%；低密度条件在航班正常率及航班延误公平性得到保证的前提下，满足时隙交换规则的排序阶段均增加了1种进场航班排序模式。所提方法可对进场航班进行优化排序，显著提高跑道容量，有效提升航班延误均衡性和航班延误公平性，契合协同决策理念，可实现三方协同排序。     

基于管制习惯的多跑道机场离场航班排序

针对我国航空迅速发展致使终端区空域拥挤以及航班延误问题,研究了繁忙多跑道机场的离场航班排序问题,以缓解终端区空域拥挤和减少航班延误及提高跑道利用率。将管制习惯因素引入到离场航班的排序中,根据飞机尾流间隔的要求,建立基于管制员管制习惯的多跑道机场离场航班排序模型。针对机场小规模的离场航班流量,采用穷举法求解,并用算例进行仿真验证。结果表明,与先到先服务排序方法相比,经算法排序后的总延误时间减少了近30％。     

区域管制空域航班延误实时预测模型

目前航班延误是航空运输业亟待解决的问题之一,建立有效的预测模型实现较准确的实时延误预测,对管制员解决空中交通拥挤、减少航班延误意义重大.基于航班计划,建立区域管制空域内单航路的平均延误时间实时预测模型,通过求和可得到空域内多航路的延误预测模型.算例分析表明,模型能够实时预测区域管制空域平均延误时间,是可行有效的.     

基于动态规划的航班着陆调度算法

为了解决机场终端区空中交通流量高速增长造成的进近冲突,合理安排飞机着陆次序,充分利用跑道容量,减少航班延误,提出了一种基于动态规划方法的航班着陆调度算法,算法结合了MPS约束、优化深度限制和时间窗限制约束和其他多项约束,并采用了动态规划的方法来减少计算量。仿真结果表明,算法能满足现实复杂空管条件下的各种限制约束,可应用于实时的ATC自动化系统,并能输出合理可行的排序结果,明显减少航班队列的延误。     

基于改进粒子群算法的离场航班排序

航班离场过程中,以时间或经济损失最小的单目标排序会导致延误时间分配不均和多目标排序在求解时存在算法收敛速度慢、易于陷入局部最优的缺陷,导致计算效率低。为解决这一问题,基于航班优先级、尾流间隔、航班延误时间、航班延误标准差构造航班离场排序模型,对粒子群算法的惯性权重和学习因子采用动态调整的改进策略。以厦门高崎机场非拥挤和拥挤场景下的共4 h离场航班进行优化排序验证,结果表明：与先到先服务(FCFS)方法、惯性权重线性递减粒子群(LDWPSO)算法相比,文中方法非拥挤场景下延误总时间减少了72%,26%,延误标准差减少了27%,28%;拥挤场景下,较FCFS延误总时间减少69%,延误标准差减少68%,与LDWPSO算法相比,优化效果上无明显差异,但在解空间的迭代收敛速度更快,达到最优罚值的迭代速度提升了55.6%。     

多跑道航班进离场动态调度模型与算法

针对民航运输快速发展导致的航班延误频增现象,研究了多跑道航班进离场的动态调度问题。研究时段内航班的总延误成本最小和延误时间均衡为目标,综合考虑根据机型确定的航班进离场调度优先权和管制员负荷,建立多跑道航班进离场调度模型,利用遗传算法对模型进行仿真验证。仿真结果与先到先服务(FCFS)调度方式进行比较,采用遗传算法的航班进离场调度比FCFS的延误成本降低了45.07%,延误时间降低了37.90%,同时有效地均衡了航空公司的延误时间,保障了航空公司的公平性并提高了跑道系统容量,降低了管制员负荷。通过仿真验证了多跑道航班进离场动态调度策略具有较强的优势和可行性。     

多机场终端区进场航班协同排序方法

为有效缓解大都市圈机场群日益严重的空域拥堵和航班延误现状,系统研究了多机场终端区进场航班协同排序问题。通过深入剖析多机场终端区时空运行特性,综合考虑移交间隔、尾流间隔和多跑道运行间隔等约束限制,科学权衡安全、经济和公平等各方利益需求,引入多元受限时间窗的创新理念,建立了多机场终端区进场航班协同排序模型。结合多目标优化及遗传算法基本理论,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法,寻求多机场终端区进场航班协同排序问题的Pareto最优解。仿真实验表明,模型可对多机场终端区进场航班进行优化排序,显著降低航班延误总时间,有效增强多机场空域资源使用公平性。与经典的先到先服务(FCFS)策略相比,协同排序策略优化效果较为显著,其中航班延误时间减少了31.0%,所提方法可显著缓解大都市圈机场群航班延误现状,有效提升航空运输服务品质。     

中欧枢纽机场航班协同放行需求与对策研究

随着中欧之间航空运输量的不断增加,中欧几个主要枢纽机场之间互飞的航班量增长迅速,从欧洲空中交通流量管理系统发展的经验来看,协调枢纽机场航班放行时间可以显著地减少空域拥挤,减少航班延误,提高航班的正常性和可预测性.尝试从分析中国北京首都机场等几大枢纽机场中欧之间航班飞行流量、起降时刻出发,从减少中国枢纽机场拥挤的角度分析中欧协同放行的必要性,从航班和机场信息共享、协同放行机制等角度分析其可行性,以期望为进一步加强中欧航空合作打下基础.由于时间和数据限制,研究无法从欧洲空管角度做出类似的分析.     

民用机场及附近空域空中交通流量优化

针对民航客运需求快速增长所带来的航班延误和空域拥塞问题,提出一种优化民用机场及附近空域空中交通流量的方法。通过空中交通走廊容量评估方法,对经典优化模型进行了发展和改进,建立起综合性优化模型;将机场和附近空域视为一个整体系统,根据交通需求和容量的相互关系动态调整航班流量和机场起降容量;在优化计算时,提出一种兼顾效率和准确性的新型优化算法。通过算例对所述优化方法进行了验证,该方法可以为空中交通管制人员进行流量优化分配提供参考。     

自由飞行下基于冲突区域的最小安全间距研究

自由飞行是解决空域拥挤、节省飞行时间的有效方式,为保障飞行安全,对自由飞行下的最小安全间距进行研究.针对自由飞行空域中处于不同高度且有垂直运动的航空器,构建了一种圆柱形的冲突区域,从而建立了基于冲突区域的碰撞风险模型.对于给定的安全目标水平,利用爬山法对最小安全间距进行求解.算例验证了模型的可行性.     

Strategic flight assignment approach based on multi-objective parallel evolution algorithm with dynamic migration interval

The continuous growth of air traffic has led to acute airspace congestion and severe delays, which threatens operation safety and cause enormous economic loss. Flight assignment is an economical and effective strategic plan to reduce the flight delay and airspace congestion by reasonably regulating the air traffic flow of China. However, it is a large-scale combinatorial optimization problem which is difficult to solve. In order to improve the quality of solutions, an effective multi-objective parallel evolution algorithm(MPEA) framework with dynamic migration interval strategy is presented in this work. Firstly, multiple evolution populations are constructed to solve the problem simultaneously to enhance the optimization capability. Then a new strategy is proposed to dynamically change the migration interval among different evolution populations to improve the efficiency of the cooperation of populations. Finally, the cooperative co-evolution(CC) algorithm combined with non-dominated sorting genetic algorithm II(NSGA-II) is introduced for each population. Empirical studies using the real air traffic data of the Chinese air route network and daily flight plans show that our method outperforms the existing approaches, multiobjective genetic algorithm(MOGA), multi-objective evolutionary algorithm based on decomposition(MOEA/D), CC-based multi-objective algorithm(CCMA) as well as other two MPEAs with different migration interval strategies.     

基于交通波模型的交叉点航班排序研究

为了缓解在终端区的航班延误问题,保证空中交通的安全有效运行,引入交通波模型针对交叉点航班的排序进行研究,首先对交通波模型的具体原理以及在空中交通管理问题中的应用进行分析,然后构建以延误成本为目标函数的排序模型,结合交通流的实际运行状况进行分析,确定决策变量.最后进行仿真实验,实验结果显示这种方法的总延误成本要小于FCFS算法,可以证明基于交通波模型的交叉点航班排序方法是有效的.     

自由飞行下考虑高空风的最小安全间距研究

自由飞行为解决空中交通拥挤问题提供了有效方法,为保证自由飞行下的飞行安全,对飞机对间的最小安全间距的研究显得尤为重要。高空风对飞机的航向、地速都有影响,综合考虑了CNS性能及高空风因素来建立基于随机微分方程的碰撞风险模型,利用MATLAB计算算例中的碰撞风险。根据给定的安全目标水平,利用牛顿迭代法对最小安全间距进行寻优,求解自由飞行下的最小安全间距。算例结果表明了所建模型的可行性。     

恶劣天气条件下航路网络修复优化

针对恶劣天气条件下可用空域资源不足导致的航班大面积延误问题,基于复杂网络修复理论和交通流分配理论,借鉴交通网络设计思想提出了一种航路网络修复优化策略。首先,建立了航路网络修复场景,基于气象信息生成了恶劣天气飞行受限区。然后,建立了上层模型以修复成本最低为目标函数、下层模型为多约束交通流分配模型的双层规划修复模型,应用改进粒子群算法对模型整体进行求解,结合K最短路径算法对下层模型进行求解。最后,提出局部和全局两类指标对航路网络修复效果进行评估。基于典型航路网络,以两类基础修复策略为对比方法,同时对比了实际运行结果,研究了不同修复策略的修复效果和适用性。仿真结果表明：航路网络修复优化策略既能弥补原有拓扑结构修复策略的结构受限不足,又能解决拓扑结构调整修复策略带来的巨额协调费用问题,能够保证在对正常运行航班干扰最小的同时,以最小的修复成本使所有受影响的航班都恢复正常运行,对于减缓航路拥堵和航班延误有极大的意义。     

多跑道协同运行模式优化方法

繁忙机场飞行区运行能力低下导致空中交通拥堵及航班延误现象频发,机场系统亟需扩容增效与排堵保畅。为有效平衡机场容流供需,研究了多跑道协同运行模式优化方法。综合考虑机场布局、交通流特性、气象条件等因素,提出了多跑道协同运行模式分类方法;基于跑道容量包络线理论,通过引入容量损失系数客观反映模式切换特点,建立了多跑道协同运行模式优化模型;结合多目标优化及遗传算法基本理论,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA）,对模型进行了准确求解。仿真实验表明,模型可对多跑道协同运行模式进行优化配置,有效实现机场容量与流量之间的均衡。与单一固定模式相比,多元组合模式优化效果显著,其中航班延误成本减少了38.1%,航班调整数量减少了46.4%,所提方法可显著提升多跑道协同运行能力,有效提高航班正常性。     

突发事件下大规模空中交通流量管理的组合优化模型

为了解决危险天气和军航活动对管制运行的影响，使用动态网络流方法对突发事件下短期空中交通流量调度问题展开研究。首先，结合中国民航管制的特点，分析了突发事件对流量管理的影响。同时，根据航路航线网络及其高度层的特点，给出了网络和高度层的数学描述，并根据机型将航空器分成大、中和小3种交通流，介绍了使用多品种流描述3种机型的必要性；其次，根据网络拥挤程度随时间和流量变化的特点、危险天气随机变化的特点、空中等待和地面等待费用差异的特点构建了3个优化目标，考虑机场容量、扇区容量、航班连续性和扇区连续性约束建立了多目标优化模型；再次，针对军航活动时需要协调空域的特点，多品种流模型求解时间复杂度高，不能适应短期流量管理的缺陷，改进了逐步宽容约束法，设计了一种阶段式求解的近似算法；最后，以西南空管局管制的空域为例，利用实际流量数据，设计了3个场景进行仿真。结果表明，所提模型和算法能有效求解突发事件下的短期流量调度问题，算法效率比起传统算法在大流量下更具优势。     

The flying object: a flight data management concept

The drive for greater cost-effectiveness and improved safety/security in an environment of increasing air movements calls for improved availability of accurate and consistent flight data to stakeholder systems. Studies conducted by EUROCONTROL in 2001-2003 indicate significant levels of inconsistency between flight data available to aircraft operators, air traffic control (ATC), air traffic flow management (ATFM), airports and military systems, causing unnecessary workload, inefficient use of resources, and unnecessary delays. Eurocontrol's new flight data interoperability concept is intended to resolve this problem. Having passed through the initial feasibility phase, this concept is now entering the development phase, in which it will become the basis for the development of a draft interoperability standard to be used in Europe for the specifications of new flight data processing systems deployed from 2007 onwards, and potentially to be proposed to the International Civil Aviation Organisation (ICAO) for global standardisation.