多目标分阶段的跑道调度计划算法分析

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1、电子科技大学硕士学位论文1．3研究目标由于机场跑道被认为是影响起飞流量的主要因素，故本文将跑道调度计划作为研究的首要目标，以便展开地面调度管理问题的后续工作。目前，从部分与跑道调度管理相关的刊物和研究成果中发现，跑道调度优化算法或研究方法具有诸多假设和限制，难以应用于实际问题。又或涉及过多的细节处理，导致问题的复杂化，计算时间开销大，不适应实时调度的需要，同时也给系统的实现带来了巨大的困难，主要表现在：第一，系统设计依赖复杂的算法，会导致系统运算负荷过大；第二，理想情况下的机场地面调度计划系统设计非常精密和复杂，在现实中难于实现：第三，系统运行将

2、会受到人为因素干扰，必须考虑系统的最终用户。基于以上情况，有必要从管制员的需求和机场的实际环境出发，采用新方法、新思路对机场主要的飞行活动规律进行研究，研究新的跑道调度优化方法和算法。本文提出了一种解决跑道调度计划问题的方法，以机场运营中的跑道调度计划为基础，包括起飞、着陆、穿越在内的各种与跑道相关的飞行活动。该方法不仅要能够实现机场运营调度的多目标和多约束，而且即使在没有对飞机的滑行细节进行管理，甚至没有对飞机的滑行航迹进行优化的情况下，算法生成的跑道调度计划也能够通过提高跑道的利用率和减少整体延误时间来提高机场的运营效率，为开发安全、实用、高

3、效的机场运营调度决策支持工具奠定应用基础。1．4研究内容为了获得ROP问题中大量的相关数据，更深刻了解其高度动态性、参数间的相互作用以及对系统性能的影响，本文将对ROP问题的结构和特征作深入研究，提出一种起飞计划调度系统的概念结构，作为管制员进行机场地面调度管理的辅助决策工具的设计基础。本文着重研究ROP问题的分阶段算法。选择阶段分解方法，是因为ROP问题的复杂性使得管制员难于完全考虑跑道调度管理中所涉及的全部参数和细节。需要将这个复杂问题的求解过程分解为多个相对独立的阶段分步实施。该算法能用于实现跑道调度管理计划，或者说能解决基于特定目标物以及

4、严格约束条件下一系列的飞机起飞排序、控制延误等问题。4第一章绪论根据算法的分析，建立分阶段的数学模型，并在仿真测试平台下提出各阶段的仿真模型，为算法稳定性、鲁棒性等性能参数的分析测试奠定基础。1．5论文结构本文从基本理论、算法设计、仿真测试模型构建等方面详细介绍了ROP的分解方法和仿真测试相关的技术理论，将理论与实践相结合，利用仿真软件平台，介绍了优化算法在ROP问题上的应用情况。全文共分为六个章节：第一章介绍本文的课题来源、成员分工、ROP问题的国内外研究现状、研究目标以及研究内容等。第二章论述地面运营管理和跑道调度计划的历史与现状以及研究方法

5、。第三章介绍起飞计划辅助决策系统的体系结构，包括配置计划和虚拟队列管理两个方面。第四章提出了一种高效率的跑道调度计划算法设计，描述了算法的特点和原理，建立分解公式并将该算法应用到ROP问题中去，推导出两个阶段的算法。第五章描述了用于评估ROP算法构成地面调度管理系统的性能试验平台，建立了机场模型和基于两阶段算法的仿真模型，并分析算例。第六章提出了整个研究结论及该研究对机场地面管理所作的贡献，进一步阐述了系统在未来应用的一些想法和方向。1．6本章小结本章首先阐述了由于机场容量限制引起的机场拥塞和航班延误等影响跑道调度计划的问题，接着介绍了本论文的研

6、究目标、研究内容和论文结构。本论文的研究内容主要围绕以下几点展开：·为有效解决ROP问题，提出一种起飞计划调度系统的概念结构；●针对多目标、多约束的复杂运营环境，采用分解理论设计ROP问题的分阶段算法，并讨论不同参数对于系统性能的影响；·建立分阶段仿真测试模型并进行算例分析。5电子科技大学硕士学位论文第二章研究背景机场的停机位、滑行道和跑道是起飞和着陆的共享资源，它们将进出港航班有机的联系在一起。为了高效利用有限的机场资源，对于离港航班的管理需要采取一种综合的解决方案。若准备离港的飞机即将出现或是已经出现在跑道上时，既要考虑到机场地面其他的等待飞

7、机，也要考虑到空域中准备进场的飞机，实施有效调度计划。机场跑道调度计划的优化是研究地面运营管理的首要问题。2．1地面运营管理2．1．1任务结构地面运营管理(SurfaceOperationsManagement，SOM)的任务描述如图2．1所示，主要包含两个方面的要求：1、地面运营计划(SurfaceOperationsPlan，SOP)的制定：在起飞、着陆及穿越过程中需要不同的地面资源及其相关服务，有必要为机场的各种活动制定行之有效、优化健康的资源分配方案和跑道调度的计划。SOP的制定又包括跑道调度计划(RunwayOperationsPlan

8、ning，ROP)和滑行／停机位调度计划(TaxiandGate／RampOperationsPlanning，TGOP)的制定，其中R