多机场终端区进场航班排序模型研究

空中交通需求量高的区域通常拥有两个或两个以上的机场,这些机场的进场运行相互影响.基于跑道和进场定位点双重约束,综合考虑终端区内最大可消耗延误、航班位置偏移等实际运行约束,以多个机场航班进场总延误最小为优化目标建立了混合型0-1整数规划模型,采用Lingo进行建模求解,利用模拟数据进行仿真验证,并将所提规划模型与FCFS的排序结果进行了对比分析,表明所提模型优于FCFS.     

多机场终端区进场交通流优化排序方法研究

为了提高终端区时空资源利用率及空中交通运行效率,综合考虑航班间尾流间隔、航向道安全间隔及定位点管制移交间隔等时间标准的约束,研究了进场交通流在多机场多跑道系统及定位点的排序优化问题,建立了整数线性规划模型,旨在最小化多机场航班的总延迟时间和跑道总调度时长.开发出Epsilon约束精确算法,可以在数分钟内求解出多机场进场交通流排序方案的Pareto前沿.通过仿真实验证明了模型的正确性及算法的有效性.     

多机场终端区进离场交通流协同排序方法

针对大都市及都市圈飞行冲突、空域拥堵和航班延误日益严峻的现状,研究了多机场终端区进离场交通流协同排序问题。综合考虑尾流间隔、跑道间隔、时间窗、进离场容量等约束限制,从时空多维角度引入航班满意度概念,建立了多机场终端区进离场交通流协同排序模型,设计了带精英策略的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-II),寻求多机场终端区进离场排序问题的Pareto最优解。实例验证表明,所提方法可对多机场终端区进离场交通流进行优化排序,有效降低航班延误总时间,显著提高航班总满意度,并实现多机场系统对终端区空域资源的公平均衡使用。与经典的先到先服务策略相比,协同排序策略的整体优化效果较为显著,其中航班延误时间得到了一定的降低。     

多机场协同放行航班排序算法研究

<正>多机场协同放行系统是CDM念的一种产物,本文针对当前空管界的这一热点问题,从航班运行的实际运行体制着手,系统全面地分析影响航班放行的因素条体,构建算法模型,提出解算思路,对多机场协同放行系统的建设具有实际的指导参考意义,以有效减少航班延误。     

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。     

终端区多机协同进场下的飞机性能参数优化方法

为了降低多条航路上下降至同一航路点的多架飞机最后巡航阶段和下降阶段的运行总成本,同时要确保飞机的飞行安全,研究了多架飞机下降至同一航路点时降低总运行成本的参数优化方法。首先,介绍了飞机性能参数计算方法;其次,为了提高寻找飞至同一航路点各架飞机使得总运行成本最低的合适指示空速的计算速度,建立了考虑间隔约束的参数优化模型,并通过精英保留的遗传算法进行优化运算;最后,用某型民用飞机对建立的模型进行算例仿真。结果表明,该模型能准确计算出各架飞机使总运行成本最低的指示空速,对航空公司处理多架飞机下降至同一航路点降低总运行成本有较大的指导意义。     

航班在机场终端区时延的快速计算方法

本文利用随机服务系统理论,详细分析了机场终端区的飞行,管制程度和空域结构,建立其运宫模型,最终得出计算公式,成功地解决了快速分析计算航班等待和延迟的问题。     

多机场协同决策进离场航班排序模型及算法研究

多机场终端区内的航线网络错综复杂,来往同一方向的航班会共用一个交接点,航班的起飞降落不仅要考虑各方向航空器的运行间隔和各受限单元容量的限制,还需着重考虑交接点的间隔限制.基于终端区多机场多元受限情况,建立了终端区多机场协同决策进离场航班排序模型,并设计了递归遗传算法.首先以各机场为单位采用遗传算法进行航班排序,得出各机场延误时间最小的排队序列,之后将各机场航班在交接点处进行聚类并排序,再将各交接点的排队序列反推回各机场,运用递归算法不断优化各机场的航班序列,在保证安全运行的基础上,最终得出各机场的航班排队序列.仿真结果表明,该算法优化效果显著,各机场的总延误时间减少了48.2％,可有效缓解多机场航班延误.     

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。     

基于单参数迭代的TAEM在线轨迹生成方法

针对大升力体轨道再入飞行器末端能量管理（TAEM）段制导控制能力强、末端约束不惟一的问题,将TAEM段分为动压跟踪和着陆预备2个阶段,设计了不同的纵向轨迹剖面,从而将TAEM段在线轨迹生成问题转化为单参数搜索问题。第1阶段设计标称动压剖面为纵向参考轨迹,使得飞行器过程约束得到保证。第2阶段纵向剖面设计为标称高度剖面,从而使得末端点高度和倾角约束得到保证。根据末端动压误差设计修正律,迭代修正第一阶段动压剖面,从而使得最终的纵向轨迹满足所有的状态约束。在线轨迹递推采用以时间为自变量的数值积分,递推过程引入闭环制导律,通过实时修正攻角跟踪纵向剖面,修正倾侧角跟踪地面轨迹,从而保证在线生成的轨迹符合物理特性,降低闭环制导难度。在考虑初期再入末端大范围状态散布情况下,数值仿真显示了所提算法的鲁棒性。     

TBO模式下终端区进场交通流优化模型与仿真分析

持续增长的交通需求量和日趋饱和的可用空域资源促使未来空中交通管理向基于航迹运行（TBO）的精细化管理模式转变。在TBO概念的基础上,依据目前繁忙机场终端区常见进场航线结构,提出了对应TBO模式下的截点直飞方式与融合点方式进场交通流优化模型,并以法国戴高乐机场终端区为例,构建了仿真运行环境。基于实际飞行计划与雷达记录轨迹模拟生成了航空器四维航迹,而后运用上述2种模型对进场交通流进行了优化,根据仿真结果对特定交通流参数展开了对比分析。研究结果表明,模型可通过航迹选择、时隙分配、顺序交换及动态间隔等方式有效化解终端区内潜在的航空器冲突并保持交通流安全高效运行,同时在一定程度上揭示了TBO模式下交通流的部分运行特性,为以四维航迹为核心的未来空中交通管理策略提供了理论支持。     

基于多目标帝国竞争算法的进场排序与调度

为兼顾空管、机场、航司以及民众的不同诉求,提出了基于多目标帝国竞争算法的进场排序与调度方法,达到平衡交通需求与进场管理的目的。首先,借鉴机器调度领域研究成果,梳理与精简进场排序与调度的评价指标,并结合运行约束构建多目标进场排序与调度模型。接着,引入非支配排序,设计多目标帝国竞争算法,给出衡量帕累托解集优劣的评价指标。最后,采用通用数据集与长沙黄花机场实际运行数据实施案例进行仿真与验证。结果表明：提出的多目标帝国竞争算法,相对于带精英策略的非支配排序遗传算法以及多目标模拟退火算法而言,解集更占支配地位、分布更均匀、收敛性更好,求解的效率也更高;提出的算法能有效实现进场排序与调度,即便以标准间隔的1.8倍实施仿真,总延误时间、总飞行时间和最大飞行时间,相对于实际运行分别降低了41.2%、11.4%和8.6%。     

片间综合化互连时间触发通信调度方法

未来先进的分布式综合化航空电子系统需要实现跨越计算体系结构的信息综合,对微小型智能器件间的综合化互连提出要求。通过构建一种具有开放式接口的芯片间综合化互连结构,提出一种相应的时间触发（TT）通信调度方法。首先建立片间综合化互连模型和时间触发流量传输模型,给出负载均衡的选径方法;随后依据传输路径中各级节点各流量的发送时间偏移量计算流量传输的等待时间可行值,利用遗传算法优化调整各芯片发送端口的调度表相位,更新各流量在发送端口的时间偏移量,缩短最坏情况下的最大等待时间,得到具有全局优化意义的时间触发调度表。与使用Yices等SMT形式化求解器的TT调度表生成方法相比,本方法不会出现长时间不停机而无法判定的问题,且不论对于对称或非对称结构,案例研究表明本方法的可调度规模至少增加30%。此外,以流量传输等待时间占周期的比例作为归一化的传输延迟度量,与既有的基于特征任务的调度方法相比,案例研究表明本方法得到的传输延迟最多仅为后者的2%。     

机载网络时间触发通信调度设计优化与评价方法

机载网络是航空电子系统实现信息传输与功能综合的关键组成,引入时间触发（TT）机制并安排合理通信调度可以有效保证机载网络实时可靠通信,但需要首先面对多种调度设计方法的选择问题。在总结了时间触发通信过程与特征的基础上,以时间触发以太网为分析对象,给出了基于可满足性模理论（SMT）、混合整数规划（MIP）和启发式算法等不同约束引导下的调度模型,并形成了基于强化学习（RL）的调度方法;从调度设计的求解能力与性能保障角度出发,建立了包括求解时间、可求解规模、传输延迟和调度模式的评价指标。以工业规模网络为研究案例对不同调度方法进行了验证分析,在评价指标的引导下对比分析了各种方法的适用场景,其中SMT方法可支持小规模案例,MIP方法具有明显的TT消息传输和调度求解运算优势,以遗传算法为典型的启发式方法和RL方法可实现大规模案例调度,虽然其TT延迟略高于MIP方法,但速率约束消息延迟优化程度分别达到7.97%和12.35%。在此基础上,进一步探讨了未来航电系统机载网络时间触发通信调度设计优化技术的发展趋势。