地面等待策略中的时隙分配模型与算法研究

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1、南京航空航天大学博士学位论文地面等待策略中的时隙分配模型与算法研究姓名：王飞申请学位级别：博士专业：交通运输规划与管理指导教师：徐肖豪2010-04南京航空航天大学博士学位论文摘要地面等待策略是解决机场拥挤的一种有效方法，其核心问题就是时隙分配问题。本论文较全面地分析了地面等待策路（GHP）中的时隙分配问题的历史发展和最新研究成果；从集权式和分布式两种分配方式出发，对时隙分配问题的数学模型和分配算法展开了深入的研究，为科学合理的分配时隙提供了理论依据。本论文分析了时隙分配问题中时隙、时隙分配等概念，重点阐述

2、了时隙分配的3个属性：有效性、效率性和公平性，为时隙分配奠定基础。确定可用时隙数量是实现有效性的基础。本论文明确了容量样本、容量样本聚类、典型容量样本、典型容量样本树、典型容量值、有效容量与有效时隙等概念，分析了相互之间的关系。然后利用自组织神经网络（SOM）和k均值（k-means）混合聚类算法对容量样本的历史数据进行了聚类分析，获得了典型容量值，计算了相应的出现概率。在此基础上利用随机GHP模型，采用数学归纳法研究了有效容量的判别方法，从而确定有效时隙，并对上述方法进行了验证。针对单目标集权式时隙分配，

3、建立了加入公平性因素的均衡优化模型。效率性用减少延误时间或减少延误成本来表征，公平性则要根据具体问题而定。对效率性和公平性进行量化处理，以效率性为目标函数、有效性和公平性为约束条件建立单目标优化模型。利用人工鱼群算法快速求解模型，并进行了算例分析。针对多目标集权式时隙分配，建立了多目标优化模型。效率性用航空公司和流量管理部门的决策目标来表征，公平性用尽可能满足这些决策目标来表征。研究了提高航班正点率、减少旅客延误时间、减少延误成本等航空公司和流量管理部门关注的决策目标，从而建立了多目标优化模型。改进了人工鱼

4、群算法来寻求多目标优化的Pareto解集，并进行了算例分析。针对时隙交换的分布式分配方式，以序贯博弈理论为指导，建立了时隙分配模型，并提出了启发式算法。效率性用航空公司的决策目标来表征，公平性用尽可能满足这些决策目标来表征。在完全且完美信息情况下，在同一博弈过程分别考虑了单一决策目标和多种决策目标，建立了模型，提出了逆向归纳法、固定优先权TTC和动态优先权3种分配方法，并进行了算例分析。针对时隙交易的分布式分配方式，以拍卖理论为指导，研究了分配规则和支付规则。效率性用整体收益最大来表征，公平性用航空公司获得

5、自己期望的投标来表征。在不完全信息情况下，建立了单一拍卖和组合拍卖模型来获得最优分配，然后在vickrey支付规则的基础上，设计了满足预算平衡的支付规则，最后对标价策略以及各种支付规则的影响进行了算例分析。本文对地面等待策略中的时隙分配模型与算法进行了比较全面、系统的研究，所提出的分配方法针对性强且易于实现，弥补了我国在该领域研究基础薄弱的不足，不仅完善了时隙分配的理I地面等待策略中的时隙分配模型与算法研究论与方法，而且有助于协同决策（CDM）理论在空中交通流量管理领域的进一步研究和应用。关键词：空中交通管

6、理；时隙分配；地面等待策略；协同决策；集权式；分布式；人工鱼群算法II南京航空航天大学博士学位论文AbstractGroundholdingpolicy(GHP)isoneoftheeffectivemethodstoalleviatecongestionsanditscoreproblemisslotallocationproblem.Inthisdissertation,thehistorydevelopmentandthethelatestresearchresultsofslotallocation

7、inGHParesummarizedindetail.Besides,basedontheseattributes,slotallocationmodelsandalgorithmsareresearchedforcentralizedanddecentralizedallocationpatternsrespectively.Thisprovidesatheoreticalbasisforscientificandrationalallocationofslots.Thefoundationforachi

8、evingeffectivenessistodeterminethenumberofslotscanbeused.Severalconceptsaredefined,suchas,capacityscenariosclustering;nominalcapacityscenario,nominal-capacity-scenariostree,nominalcapacityvalue,effectivecapac