航线联营下基于转运的飞机航线路径优化

为解决航空运输成本高,运输资源闲置、浪费多的问题,对航线联营下基于转运的飞机航线路径优化问题进行研究。基于货物转运问题,考虑联盟对运营的影响,引入航空联盟选择概率,确定转运前后航段运输的承运及托运问题,并考虑托运运输的衔接问题。由于航空网络中双机场容量限制,运行中全货机飞行时段及空域容量的限制,以总成本最小化为目标,建立了航线联营下基于转运的航线路径优化模型（T-AAAFRP）。设计了改进的遗传算法求解模型。通过实例分析,研究选址和路径优化问题。研究结果表明：设计的算法具有较高的收敛性;转运点数量变化的过程中,双机场城市总被选择作为转运点;需求量、飞机固定成本的变化对优化决策有较大影响;飞机载重量、联盟承运与托运的分摊系数、决策者风险偏好的变化对优化决策有较小影响;总体上转运点数量越多,所承担的总成本越小,使用的飞机数量越少。     

新冠疫情背景下航空物流网络的鲁棒优化

为应对新冠疫情影响背景下客机航线中断导致客机腹舱运力减少的风险，以最小的成本提升航空物流网络的鲁棒性，提出不确定客机腹舱运力情境下全货机航线配机及路径优化问题研究。以网络总成本最小化为目标，考虑“客机腹舱+全货机”的运输方式、城市间的航空货运需求、运输距离等因素，建立了客机腹舱运力不确定环境下航空物流网络鲁棒优化模型，并采用列与约束生成（C&CG）算法对模型进行有效求解。通过S货运航空公司案例数据，研究航空物流网络航线优化布局问题。通过案例分析证明，运用两阶段鲁棒优化方法，可有效降低航空物流网络受客机腹舱运力减少导致的成本变动；在客机航线完全中断的状况下，所提方案可以降低航空物流网络20.7%的成本。运用两阶段鲁棒优化方法有利于决策者灵活进行全货机配机选线，在客机腹舱运力不确定影响背景下兼顾航空物流网络的经济性和鲁棒性。     

考虑外包的货运航空公司货流分配问题

针对货运航空公司大量、纷繁交错的航空货运需求，制定合理的路径规划和配流方案可以降低运输成本、提高运输效率。考虑货机运输和外包运输2种运输方式，建立了运力配置和货流分配一体化的混合整数规划模型。以中国国际货运航空有限公司为例进行算例求解，根据不同运输距离对货流进行预分配，根据OD对机场所在集合预先规定货流可以中转的机场，不仅缩小了搜索空间，比两者均不处理时节省了85.12%的计算时间，而且中转货流运输路径总长度和中转货流周转量与不处理相比也分别降低了17.19%和28.99%，减少了大量绕路。得到的结果与不考虑外包的模型相比节省了4.87%的成本。引入外包价格系数进行灵敏度分析，随着外包价格系数从1.2到0.8不断减小，货运航空公司通过外包运输的货物量增加，同时小型货机执飞的航段不断减少，而大型货机执飞的航段没有变化。对不同运输方式的单位运输成本随运输量变化的曲线进行分析，当货运航空公司在面临新增局部货运需求时，可以不改变全局方案，而根据曲线及剩余运力情况做出较优的决策。      

基于改进前景理论的航空货运联盟博弈分析

航空货运联盟的应用有助于航空公司的业务经营，航空公司通过低运营成本，提高服务质量，使得用户获得较大的满足感。以航空货运联盟为基础，探讨不同航空公司在航空货运联盟中有关航线运输业务自营或外包的决策问题。考虑前景理论中的损失厌恶，采用改进的风险价值函数刻画航空公司的成本损失；建立得益矩阵，并通过动态演化博弈分析决策过程。结果表明:当自营成本分摊系数越大，外包成本分摊系数、风险损失系数和风险凹凸系数越小，固定成本越大，飞机的单位运输成本越小，收益率越大时，S航空公司若货运量大于其他航空公司，则宜采取业务自营，反之，则业务外包；当自营成本分摊系数越小，外包成本分摊系数越大时，S航空公司选择自营概率越大；当S航空公司货运量越大时，其选择自营概率越大；其他航空公司自营概率越大，S航空公司自营概率越小。      

不确定容量下时隙分配问题两阶段规划模型

恶劣天气等不确定环境下,传统时隙分配方法易造成航班大量延误现象,为解决这一问题,分析了时隙分配过程,基于不确定理论,从权衡"请求时隙-计划时隙差"和"计划时隙-运行时隙差"的角度,提出了不确定容量下的时隙分配两阶段规划模型,分别构建了单机场模型和多机场模型。根据模型特点,设计了基于人工蜂群（ABC）算法的渐进二元启发式方法,提升了求解效率。通过算例分析,验证了所提模型和方法的有效性,同时对模型参数设置进行了分析。      

一种基于图论的机场空域无人机流量控制方法

城市物流无人机机场需具有同时起降多架无人机的能力，针对中小型垂直起降无人机设计了一种单入口单出口、航路交叉、多停机坪的机场模型，提出了一种基于图论的飞行安全优先的流量控制方法。根据机场内无人机飞行状态，控制无人机进离场时间，规划出机场内飞行航路，保证无人机飞行安全。仿真结果表明:该流量控制方法可以确保无人机在机场空域内安全有序飞行；分别测试了面积不同的机场进场与进离场运行容量，在单个停机坪面积一定时，停机坪数量越多进场容量越大，但进离场容量反而越小；因此在设计机场时，在给定的机场面积情况下，需要合理规划停机坪数量。      

复杂威胁环境下无人机实时航线规划逻辑架构

面向高对抗、强拒止的战场环境，实时航线规划是确保无人机（UAV）完成作战任务并提高自身生存概率的重要保障。为使无人机在面临不同程度的复杂威胁环境时能够选择合适的实时航线规划模式，提出了一种基于模糊推理机制的无人机实时航线规划逻辑架构。首先，对实时航线规划模式进行分类，从自主性的角度，重新划分人机权限分配等级，建立了实时航线规划模式与人机权限之间的联系；其次，针对典型观察—判断—决策—行动（OODA）循环存在“信任危机”的风险，构建了一种基于可变自主的实时航线规划体系架构，并对其逻辑进行了说明；最后，利用模糊推理机制实现了无人机系统动态人机权限分配，通过评判人机权限分配等级，进而确定实时航线规划模式。仿真结果表明:验证了实时航线规划逻辑架构的合理性和可变自主方法的有效性；经过综合分析，实时航线规划模式决策结果也比较符合实际作战需求；与模糊综合评价法相比，所提方法降低了人的主观性、实用性更强，得出的结果更加令人信服。      

高峰时段下离港航空器绿色滑行策略设计与评价

为有效减少大型枢纽机场高峰时段离港航空器拥堵延误及污染物排放,开展了不同滑行策略的设计与评价研究。首先,构建了包括环境成本在内的离港航空器滑行成本计算模型;然后,提出了正点推出、机位等待以及速度优化3种不同离港航空器绿色滑行策略;最后,以总滑行成本最小为目标,采用遗传算法开展算例仿真,求解不同策略下的最优滑行路径并对比分析了不同滑行策略对缓解拥堵及减少排放的有效性。结果表明:相较于正点推出策略,机位等待与速度优化策略可减少总滑行时间5.90%和22.49%,具有良好的拥堵缓解效果;此外,机位等待策略还具有最低的油耗及排放成本,而速度优化策略具有最低的污染物排放总量,均具有一定的减排效果。      

基于二维连通图的无人机快速三维路径规划

针对复杂真实环境下无人机三维路径规划解算速度慢的问题，提出一种基于二维连通图的快速三维路径规划方法。首先解析真实地理环境的地形特征和建筑要素，构建基于数字高程模型(DEM)的多层次等效三维数字地图；在此基础上，经过无人机可行空域到二维连通图的转化、连通图中的路径规划及路径的三维化与优化，快速获得一条可执行的三维路径。针对连通图中的全局路径规划，设计了一种基于步长地图的变步长稀疏A^*算法，在保证路径质量的同时有效降低路径搜索的时间；针对连通图中的局部路径规划，提出一种基于障碍预测的随机路标图(PRM)实时路径重规划算法，以满足无人机的实时性避障需求。分别在山地环境和城市环境中进行仿真飞行，结果表明：所提方法能够有效降低三维路径规划的解算难度，在短时间内完成复杂环境下不同尺度和需求的路径规划，全局路径规划算法同比三维A^*算法和基于二维连通图的二维A^*算法搜索时间分别降低了99%和95%，局部路径重规划算法能够在1 s的单次采样周期内完成路径重规划，实时躲避未知障碍物，保证飞行过程的安全。     

基于元胞传输模型的实时交通信息设计

随着智能交通技术的发展,可变信息标志(VMS,Variable Message Signs)被广泛应用于动态交通管理中.元胞传输模型(CTM,Cell Transmission Model)可以很好地模拟交通流激波、排队形成与消散等交通流动力学特性.提出一种新的基于CTM的路径行驶时间计算方法,并使用LOGIT原则计算路径选择概率,针对重复性拥挤和非重复性拥挤2种交通状况,分析了VMS对交通流的影响.数值模拟结果表明,理论模型能够合理反映现实的交通状况:发生重复性拥挤时,VMS能够合理疏导人们的出行,减缓交通拥挤;而发生非重复性拥挤时,VMS对高需求和低需求情形下的交通流影响相似,但在高需求情形下,路径选择对模型参数的敏感区很小.      

基于有效中转时间预测的不正常航班恢复技术

不正常航班恢复问题研究通常基于固定航班中转时间，忽视了实际航班中转时间的改变对航班恢复带来的影响。对此，依据全国235个机场的全部运营航班数据抽取机场-航班特征，构建了基于LightGBM的航班中转时间预测模型，预测航班的有效中转时间，数值结果显示，航班中转时间预测模型预测的均方根误差为6.783 min。构造了基于有效中转时间的不正常航班恢复模型，并针对性地设计了求解该模型的列向量生成算法，构造的模型通过取消、改变计划时间、更换飞机等方式，分别在最小化航班延误时间、取消个数、换飞机个数的目标下，解决机场流量下降、机场关闭、飞机维修等不正常条件下的航班恢复问题。通过航空公司实际运行数据测试证明，基于有效中转时间预测的不正常航班恢复技术有效，在大规模航班恢复的情况下，可以将总延误时间减少34.2%。将列向量生成算法与时空网络算法的结果进行对比，所提出的恢复方法能降低航班恢复代价。      

不同增长机制下航空网络自愈特性

结合复杂网络理论,从能量的角度分析了航空网络的功能自愈机理,并研究了航空网络在不同增长机制下的自愈特性。首先,将网络结构划分为自愈结构与耦合结构,并针对航空网络3种增长机制进行了分析和抽象建模;然后,从网络全局角度出发研究了美国航空网络在遭受蓄意攻击造成全网功能瘫痪的情况下,网络功能的恢复鲁棒性和网络增长对网络自愈能力的影响。研究表明,美国航空网络具有较好的恢复鲁棒性,接近80%的机场在受到能量冲击造成的短暂失效后具有功能自愈能力。航空网络不同的增长机制对网络的自愈能力有着不同的影响。结果证实,为完善航空网络而建立的机场群,由于其较大的连接需求,加大了网络区域密度,复杂了网络拓扑结构,降低了网络的自愈能力;而小型机场的增加不会影响网络整体的自愈能力。      

时隙分配算法在CDM GDP 程序中的应用

机场容量由于恶劣天气等突发原因受到限制导致大面积航班的延误,带来了巨大的经济损失.CDM(Collaborative Decision Making) GDP(Ground Delay Procedure)就是解决这类突发情况的空中交通流量管理程序.就其核心问题——时隙分配,在现有的时隙分配算法基础上,引入航班延误损失系数,使得算法以延误损失替代延误时间,提出了2种基于该系数的时隙分配算法.最后,用java语言进行了仿真实验,引入了评判函数来选择在总延误损失和延误损失分配的公平性上最佳满足决策者要求的分配结果.      

基于DW-MEE的不停航施工情境下机场安全风险预警

为开展不停航施工情境下机场安全风险预警,集成了动态权和物元可拓分析法（DW-MEE）,构建风险预警模型。通过历史事故分析、文献及规章制度分析、专家访谈的方式初步构建不停航施工情境下机场安全风险预警指标体系,采用德尔菲法筛选出33个指标。将不停航施工情境下机场综合安全风险警情和单指标警情分成无警、轻警、中警、重警4个等级。构建基于动态权和物元可拓分析法的动态预警模型。结果表明：10个样本机场,1个机场处于红色重警状态,3个机场处于黄色轻警状态,6个机场处于绿色无警状态。飞行员的情境意识、业务技能水平、机场不停航施工安全监管能力3个指标对综合警情影响最敏感,施工对地勤工作的影响、不停航施工应急预案的科学性、供电设备的维护保养情况3个指标对综合警情影响最不敏感。     

过站航班地面保障过程动态预测

过站航班地面保障过程预测是机场协同决策系统的重要功能。针对目前无法实现过程精细化动态预测且精度较低的问题，提出了一种基于贝叶斯网络的过站航班地面保障过程动态预测方法。建立了地面保障过程贝叶斯网络模型，设计了基于航班属性的初始样本空间生成算法，结合高斯核概率密度估计构建了地面保障过程动态预测方法。某枢纽机场实际数据的仿真结果表明:所提方法在充分考虑航班运行属性的基础上实现了各保障节点的动态预测，其平均绝对误差仅为2.224 1 min，均方根误差相比其他方法低近2 min，能够为机场运行短时战术组织提供客观的决策依据。      

机场跑道水泥混凝土道面板尺寸分析

中国机场通常采用板宽不超过5 m的水泥混凝土道面板，国际上已有机场采用板宽6 m以上的水泥混凝土道面板。相比大尺寸水泥混凝土道面板，小尺寸道面板容易产生病害。为了研究道面板尺寸对道面性能的影响，基于弹性层状理论体系建立道面结构有限元模型，通过改变水泥混凝土道面板平面尺寸，研究了考虑温度梯度时飞机荷载作用下道面板内的应力变化。通过某机场实例分析了温度梯度和飞机荷载共同作用下道面板平面尺寸对道面使用寿命的影响，结果表明:道面板内应力受温度梯度影响较大，常见机型荷载作用下，夏季道面板内拉应力25%以上是由温度梯度荷载造成；不同尺寸道面板在相同荷载作用下，道面产生的损伤量不同，设计过程中加入道面板温度应力计算，选择合适的道面板尺寸，可以显著提高水泥混凝土道面的预期使用寿命。