基于航路耦合容量的协同多航路资源分配

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1、航空学报ActaAerOnautiCaetAstrOnautjcaSinicaApr．252011V01．32No．4672—684lSSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CR文章编号：1000—6893(2011)04-0672—13基于航路耦合容量的协同多航路资源分配刘方勤，胡明华*，张颖南京航空航天大学民航学院，江苏南京210016摘要：针对中国当前航路空域拥挤日益严重的问题，分3个步骤进行解决：第1步，对空域管制单元之间存在的交通流耦合因素进

2、行分析，建立基于空域管制单元耦合因素的航路容晕模型；第2步，为反映不同类型航班对计划到达时间变动范围的不同接受程度，定义了航班的延误成本甬数和改航成本函数；第3步。在上述两步的基础上，为充分利用可行的航路空域资源和降低航班总延误成本，建立了整合改航策略和等待策略的协同多航路资源分配的o-1整数规划模型。另外，设计了以匈牙利算法为核心的启发式算法求解该优化模型。最后。使用京广航路的中南空管中心范围内的运行数据，对上述模型和算法进行了仿真运算。仿真结果表明：协同分配策略要比非协同分配策略在平均延误时间和平均延误成本方面分别下降30％和

3、40％以上；在协同和非协同的两种策略下，利用本文模型优化后的运行结果均要比先计划先服务(FSFS)策略的运行结果在平均延误成本方面下降20％以上。关键词：空中交通管制；资源分配；耦合约束；航路容量；协同改航；匈牙利算法中图分类号：V355．1文献标识码：A在中国经济快速发展、飞行需求高速增长的同时，航路空域拥挤现象日益严重(如京广航路)。由于空域系统是由机场、航路、扇区及各种导航通讯设施等各类资源构成的一体化的系统，其中任一空域管制单元的正常运行状态受到扰乱，都有可能会由连续的飞行流将交通拥挤现象波及到空域系统内的其他空域管制单元

4、。因此，无论是机场终端区还是航路空域，都不能只对空域各子系统的运行状态作孤立的研究。同时，航路空域的气象预测是比较困难的，精确的天气预测时间范围通常是在三四个小时以内，所以对于空域拥挤问题需要在流量管理的战术阶段甚至运行阶段才能有效解决。因此，应从系统的角度在战术流量管理阶段(含运行阶段)来解决航路空域的流量与容量失衡问题。该问题需要考虑3个方面的因素：①不同类型的航班对延误时间范围有不同的承受能力；②中国的空中交通流量管理是一个多元受限问题[1]，不仅存在机场拥挤现象，也存在航路拥挤现象；③由于空域运行状态变化迅速，解决空域拥挤

5、问题的流量管理方案需要快速的运算时间。但是，航路空域拥挤问题相比机场拥挤问题，要涉及到更大范围的航班和空域管制单元，是一个更大的系统问题。目前，协同决策(CDM)技术是解决空域拥挤问题和实现空域资源优化分配目标的基础技术之一，在国外已被广泛应用于空中交通流量管理系统中Cz-s]。基于CDM的地面等待程序(GDP)的研究最初是用来解决到达机场的拥挤问题，相关的机场时隙资源分配方法已有广泛的研究[6。7]，其收稿日期：2010-07．01；退修日期：2010—10．09；录用日期：2010-11-11；网络出版时问：2们0．12-13

6、17：57网络出版地址：WWW．cnkinet／kcms／detail[11．1929．V．20101213．1757．009htmlDOI：CNKI：II-1929／V．20101213．1757．009基金项目：国家“863”计划重点项目(20060AAl2A105)；国家宅管科研深题(GKG200802006)*通讯作者．Tel．：025．84896650E-mail：minghuahu@263．net孳l曩格式i刘方勘．胡晚华．张鞍．基f航路撰合客t的协同多靛路资豫分配EJI．航空学报。2011．32(4)；672-684

7、．LiuFangqin．HuMinghua，ZhangYing．Collaborativemultipleen-routeairspaceresouf∞rationingbasedonen-routecapacityu啊招rcouplingcon—straintsCJ7．Act8AeronauticaetAstronautica8inica。20，，，32f钔：672．684．刘方勤等：基f航路耦合容量的协同多航路资源分配中。RBS(Ration—by—Schedule)算法和Compres-sion算法是已应用的并且比较成熟的两

8、种时隙分配方法。近几年来，应用CDM技术解决航路拥挤问题的研究得到广泛关注。文献[8]指m协同航路策略(CR)可以引用增强地面等待策略(GPD-E)相关成熟的资源分配方法对航路空域资源进行分配，但是相比GPD-E，CR要涉及更多的航班和空域管制单元