基于改进PSO的离港航班绿色滑行路径优化

为有效解决大型枢纽机场离港航班繁忙运行所带来的较大污染物排放问题,开展了离港航班绿色滑行路径优化研究。将滑行速度离散化;以最短滑行时间、油耗量最少、污染物排放量最少和总滑行成本最少为目标,根据机场场面滑行管制规则,建立模型;以广州白云机场为例,利用改进的粒子群算法预选出三条滑行路径,比较其污染物排放量和总滑行成本,从而选择最优的滑行方案。结果表明,基于总滑行成本最低策略和污染物排放量最低策略,优化后的滑行方案滑行时间分别缩短13.7%、14.2%,油耗量减少8.9%、7.8%,污染物排放量减少12.6%、13.7%,总滑行成本降低13.4%、13.2%。模型能够有效降低机场污染物排放量,减少油耗,提升机场场面运行效率。     

基于特征选择的BP神经网络算法滑行时间预测

为准确预测离港航班滑行时间,基于数理分析同时段场面航空器滑行数量、平均滑行时间等因素对离港航空器滑行时间的影响。将皮尔逊相关系数与随机森林算法相结合减少冗余特征变量,建立基于BP神经网络的滑行时间预测模型,提高离港航空器场面滑行时间预测精度,并通过交叉验证证明预测结果的稳定性。预测结果表明：通过皮尔逊相关系数与随机森林组合模型进行特征选择可提高BP神经网络预测结果的精度,离港航空器的滑行时间预测误差在±5min内的占比由88.23%提升至92.26%,且预测效果较为稳定。模型可以精确预测离港航班的滑行时间,为机场运行提供决策依据。     

多跑道离场分配仿真模型及算法

多跑道作为大型繁忙机场的关键资源和瓶颈区域，在机场运行管理中必须对其进行科学和高效配置。基于经验滑行时间数据，建立了多跑道离场分配模型，在满足场面运行安全约束的前提下，以离场航班滑行时间最小为目标，寻求最优的跑道分配方案。通过选取典型机场进行地面网络建模，结合实际运行数据及航班计划等信息，利用计算机仿真对模型进行了验证分析。仿真结果表明，所提方法与随机分配方法相比，多跑道机场地面容量提高了2．1％，冲突探测与解脱次数降低了20．6％，最大延误时间减小了5．2％。因此，机场运行安全与效率得到改善，所提方法有效，适用于多跑道离场分配问题。     

设置绕行滑行道时的机场运行效率分析

目前,国外多个大型枢纽机场的绕行滑行道运行实例均表明,该滑行道能有效地提高机场运行效率。中国具有近距平行跑道的机场都有条件建设、运行绕滑。设置绕行滑行道能减少近距平行跑道机场的航空器跑道穿越次数,提高运行安全水平和航空器地面滑行效率,降低管制员工作负荷。通过建立有绕滑条件下进场航空器地面滑行路径的选择模型,并使用算例和对虹桥机场SIMMOD模拟计算证明了模型的实用性。计算分析表明,绕滑对减少航空器地面滑行时间作用显著,且机场高峰小时架次愈高作用愈明显。     

独立离场模式下多跑道时空资源优化调度方法

为有效缓解大流量、高密度机场日益严重的交通拥堵和航班延误现状,研究了多跑道离场航班优化调度问题。首先,从生产调度领域视角,将多跑道离场调度问题抽象为典型的车间作业调度NP-Hard组合优化问题;然后,面向航空运输各方利益需求,以航班延误、跑道容量和环境污染为优化目标,综合考虑航空器尾流影响、场面滑行和跑道穿越等各类限制因素,建立了独立离场模式下多跑道时空资源优化调度模型;最后,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-II),寻求多跑道离场调度问题的Pareto最优解。仿真实验表明,模型可对独立离场航班进行优化配置,显著降低航班延误时间和航空发动机污染物排放量,并有效提升机场跑道容量。与随机和交替调度策略相比,优化调度策略执行效果显著,其中航班延误时间分别减少了51.2%和42.7%,所提方法可显著缓解大型繁忙机场离场航班起飞延误,有效提升航空运输服务品质。     

基于蒙特卡洛仿真的平行双跑道容量评估方法

跑道容量评估是科学评价跑道规划方案、合理安排航班时刻、精准实施流量管理的重要基础性工作.针对平行双跑道容量评估问题,分析了跑道容量影响因素,考虑到跑道分配、机型分配、起降类型分配、进离港点分配、航班流队列顺序等随机性,采用蒙特卡洛方法模拟变量随机性,按照离散事件系统原理,递归计算每个航班的起降时刻,通过统计1h内的航班数量获得容量值.以西安机场双跑道为例,针对现行的相关进近、独立进近、隔离运行3种模式,分别计算了跑道容量值.仿真计算结果显示,相关进近模式容量60架次/h,独立进近模式跑道容量为78架次/h,隔离运行模式跑道容量为52架次/h,平均每次仿真时间仅为1 min,说明方法效率较高.与2015年高峰61架次/h相比仅相差1个架次,计算结果说明方法是有效的.     

基于虚拟排序与航空公司自主决策的航班推出策略研究

当机场场面出现拥堵时，新增的航班推出会增加机场的拥堵，同时增加燃油的消耗以及污染物的排放。提出了航班虚拟推出队列方法，以航班停机位等待代替航班滑行道排队等待，可以减少场面拥堵和污染物排放。在该方法的基础上提出了乘客等待时间最小及航班场面滑行成本最优的策略。仿真结果表明，对虚拟航班时隙的调整，可以降低旅客的等待时间、减少航空公司场面运行成本。     

基于滚动时域算法的航班滑行路径优化模型

为了提高机场场面运行效率和机场空侧容量,亟需采取积极的手段对滑行路径进行优化。根据滑行路径规划的问题属性,选取离场航班为研究对象,建立了以滑行时间最短为目标函数的无冲突滑行路径优化模型,并设计了基于滚动时域与混合整数线性规划(MILP)相结合的迭代算法;将滑行路径优化模型植入空域管理与评估系统(ACES)的空侧容量评估系统中,以杭州萧山国际机场场面数据为例,对不同策略下的航班滑行时间、容量评估结果及路径更改次数进行了比较分析,验证了模型的准确性,通过比较MILP与新算法下的计算时间验证了算法的高效性。     

基于蜂群算法的飞机滑行路径优化

研究了飞机场面滑行路径动态规划问题,将三种滑行冲突作为约束条件,建立了场面运行模块化模型。基于蜂群算法给出了问题的优化算法,并进行了计算机仿真实验,结果表明可以大大减少滑行时间。算法既可以用于滑行路径的动态规划,也可以为繁忙机场的安全运行提供决策支持。     

机场机动区滑行道运行方案设计及仿真评估

我国多跑道机场日益增多,研究此类机场机动区滑行道运行方案的优化设计及评估方法,对促进机场场面资源的集约高效利用具有重要意义。给出多跑道机场机动区滑行道运行方案“固定、单向、顺向、循环”的设计原则,以及面向平行跑道隔离运行场景的“单侧运行”和“双侧运行”滑行道运行方案设计范式;基于“航班备选滑行路径库”和所给滑行道运行方...     

基于空闲时间窗和多Agent的A-SMGCS航空器滑行路由规划

先进场面活动引导与控制系统(A-SMGCS)中的航空器滑行路由规划是一个典型NP难题。为解决航空器滑行路由规划的优化性和计算量之间的矛盾,提出一种基于空闲时间窗的路由规划方法,并利用多Agent系统(MAS)进行算法求解。首先,建立滑行资源图以对场面滑行区进行建模。其次,按照航班计划为航空器设置滑行优先级,并按优先级顺序依次规划路由,后规划的路由不破坏已有路由,即利用滑行路段的空闲时间窗进行规划。每次只需为一架航空器规划滑行路由,降低了问题的求解难度;通过搜索空闲时间窗获得路由使场面交通均衡分布,保证了路由规划的整体优化性。分析了空闲时间窗特性,指出空闲时间窗的可达性条件和避免同步资源交换冲突的条件。最后,设计MAS,把建立、维护和搜索空闲时间窗图的复杂集中式求解过程简化为通过路由管理Agent,航空器Agent和资源节点Agent相互协作实现对场面路由规划问题的分布式求解。仿真结果表明,设计的MAS能够快速找到空闲时间窗中的最优解;与固定预选滑行路径算法相比,航空器的平均滑行时间显著减少,最多可以节省19.6%的滑行时间。     

基于分位数回归的机场容量评估

对北京首都国际机场航班运行的历史数据进行了统计分析,建立了进离场小时架次及时间的三维数据结构,并利用DBSCAN算法进行聚类分析;在消除“噪点”的基础上,利用改进后的分位数回归算法生成分时段的具有95％概率的机场小时运行能力包线.仿真结果表明,各个时段的机场进离场架次具有一定的时间特性和差异:8点到10点处于离港早高峰,离港小时架次远大于进港小时架次;10点到22点进离港航班较为均衡,机场全负荷工作;其他时间段航班小时架次未达到最大容量值.     

基于运行需求与场地条件的绕滑设计

绕行滑行道（绕滑）是提高近距、中距平行跑道繁忙机场运行安全、运行效率的一种新型滑行道。本文分析了我国现状绕滑建设中存在的问题,并以济南遥墙机场绕滑工程为例,从运行需求和工程建设条件出发,对不同运行模式下的方案进行工程造价与运行效率的对比分析,指出绕滑工程的设计应因地制宜、删繁就简,以减少不必要的工程投资,并提升机场运行效率。     

飞机新牵引滑出方式下前起落架动响应分析

现行民航飞机离港时,需由牵引车推出泊位后再依靠飞机自身发动机动力进入跑道。为使机场更安全高效运行,人们正在探索一种全新的飞机滑出模式——牵引滑出,其无需发动机动力、即从飞机推出直至跑道端等待起飞均依靠地面的外部动力移动,由飞行员控制牵引车牵引的离港作业方式。其有助于实现高效、绿色、经济的机场运营目标。前起落架作为承载飞机重量和实现地面牵引滑行的关键组件,其动力学特性直接决定着飞机的高速牵引滑行安全,也影响着结构的后续飞行安全及全生命使用周期,故针对新一代牵引滑出方式的飞机前起落架力学行为开展研究十分必要。以某型民航飞机前起落架为研究对象,考虑减震支柱及牵引车轮胎的缓冲性能,研究了承受满载、高速牵引滑行时的前起落架的动特性、动响应行为,并给出了跑道随机不平度激励对前起落架随机响应的影响,获得了不同承载、不同牵引速度下前起落架动力学响应特性。结果表明,在前起落架满载高速牵引滑行中,牵引载荷在阻力臂的变形及振动响应中起主导作用。本文的研究结果可为新型牵引方式下前起落架的设计以及现役飞机的安全运行保障提供重要参考。     

考虑机场场面滑行的停机位指派研究

合理高效的停机位分配能提高机场运行效率和旅客满意度。首先,以旅客步行时间、航空器进/出港滑行时间最短为目标函数,增加同一航空公司的航空器集中停靠约束建立模型。之后设计禁忌搜索算法,以上海浦东国际机场为对象开展实例分析,对比机场原始停机位指派方案,旅客步行时间、进/出港滑行时间分别减少5.04%、25.28%和6.36%,并进行权重灵敏度分析,建议旅客步行时间权重不超过0.7。最后,基于Flexsim设计仿真实验,进/出港滑行时间和冲突次数均减少,可接受延误水平下滑行系统服务航班量增加3.30%,进/出港最大滑行延误时间减少9.09%和2.94%。     

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。     

相关进近模式下多跑道时空资源优化调度方法

跑道作为机场飞行区与终端区的衔接部分,因容流失衡频繁引发空中交通拥堵及航班延误等问题。为提高多跑道系统运行能力,针对相关进近跑道运行模式,研究了多跑道时空资源优化调度方法。通过深入剖析多跑道时空运行特性,综合考虑移交间隔、尾流间隔、纵向间隔和相关斜距等约束限制,科学权衡安全、经济和环境等各方利益需求,建立了相关进近模式下多跑道时空资源优化调度模型。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,对模型进行了准确求解。仿真实验表明,模型可对相关进近航班进行优化配置,有效降低航班延误时间和航空发动机污染物排放量。与随机和交替调度策略相比,优化调度策略执行效果显著,其中航班延误时间分别减少了39.3%和32.6%,所提方法可显著缓解大型繁忙机场航班延误情况,有效提高航班正常率,并完全适用于独立进近模式。     

基于A-SMGCS的航空器场面运行冲突探测研究

通过对目前机场场面航空器运行过程冲突探测的研究,结合A-SMGCS系统场面MLAT监视技术及TDOA定位技术,重点分析航空器跑道运行冲突和滑行道运行冲突两种类型,并建立数学网络模型。利用A-SMGCS系统监视模块与路由规划模块的结合,构建冲突探测系统框架,结合具体机场冲突探测告警参数,选择网格冲突探测法,并运用全局搜索算法,确定了航空器跑道冲突探测和滑行道冲突探测方案,对提升机场运行安全和运行效率具有重要意义。     

不确定性因素下航班延误波及建模与分析

针对机场终端区日益严重的航班延误,提出了一种基于有色－时间Petri网的不确定性因素下航班延误波及分析模型。模型综合考虑航班运行尾流、跑道运行模式、跑道占用时间等运行安全间隔约束,同时根据连续航班间的信息更新,设计进离场航班序列动态调整流程,并由计算模型可得出航班延误总架次及时间。最后,依据历史延误数据分析得出不确定性因素延误的概率分布。选取上海浦东机场为背景对模型进行仿真验证,仿真结果表明,所构建模型可用于战略阶段的航班延误波及程度与过程的评估。     

基于XGBoost的航空器动态滑行时间预测方法研究

对航空器进港和离港滑行时间进行精确的动态预测,可以有效提升机场的运行效率。首次提出基于XGBoost 的航空器动态滑行时间预测方法,该方法首先通过分析影响机场滑行时间的各类因素,构建可变滑行时间预测的关键特征指标;然后选取XGBoost 算法建立可变滑行时间预测模型,对模型的关键输入参数进行测试调整;最后将XGBoos...