一种基于鲁棒性分配模型的停机位分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于鲁棒性分配模型的停机位分配方法。首先通过对机场停机位分配需求的调研，设计了一种符合真实机场需求的鲁棒性停机位分配模型。该模型在满足机位分配相关约束的条件下，既考虑到了机场运行的效率，又兼顾了旅客的满意度。然后基于建立的鲁棒性停机位分配模型，采用一种两阶段帕累托局部搜索方法来对停机位分配问题进行求解。在第一阶段，采用加权和+局部搜索算法来生成具有优良解的初始种群；在第二阶段，采用帕累托局部搜索技术来对初始种群中的每一个解进行邻居搜索。本方法能够生成满足机场管理者需求的一组帕累托最优解，为机场调度人员进行航班调度提供了多种优良的解决方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于鲁棒性分配模型的停机位分配方法
本专利技术涉及一种停机位分配方法，属于机场调度

技术介绍
随着世界民航业的迅猛发展，全球机场的机位资源面临非常紧张的局面；在中国，虽然民航运输行业起步较晚，但发展势头非常迅猛。中国自大力发展民航行业以来，整个民航行业一直保持着快速而稳定的发展。特别是在近些年来，航空运输市场呈现出迅猛发展的势头，带动整个民航行业迈入了崭新的时期。目前，中国民航行业在保持健康、安全的发展态势的基础下，航空公司持续加大投入、积极开拓市场，国内也保持着旺盛的需求。然而，随着我国民航运输业的高速发展，航班量不断增加，机场停机位资源不足的问题日益突出，停机位分配问题成为制约机场发展的瓶颈。目前，停机位分配还未能达到较高的自动化水平，主要靠机位分配员的经验进行分配，这就造成了停机位资源分配的不合理状况发生。人工分配工作量巨大，仅靠工作人员的经验进行分配，没有科学的指导，不仅会导致资源利用率不高，地面滑行油耗浪费的问题，更有可能带来一系列安全问题。因此，如何科学、高效地对停机位进行分配成为了亟待解决的一个问题，相关研究人员必须研究高效鲁棒的停机位分配机制。高效鲁棒的停机位分配方案可以很好的利用停机位资源，提高机场运行效率和调度方案的鲁棒性，可以及时响应航班的时间变化，在较短时间内调整停机位分配方案，使得机场在面对时常发生的航班早点或延误现象时提供更好的应对措施。对于机场而言，最大化的利用停机位资源，使其机位容量能够容纳更多的航班；同时兼顾顾客的满意度，缩短旅客的步行距离，提高了机场的经济效益和资源的使用率，促进机场更好的发展。从长远来看，这对我国民航业的高速健康的发展有着巨大的推动作用。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题在于：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于鲁棒性分配模型的停机位分配方法，为机场管理者提供多种可行的航班调度方案，提供的调度方案能够兼顾机场运行效率和旅客的满意度。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于鲁棒性分配模型的停机位分配方法，包括以下步骤：步骤1，选取旅客的步行距离和停机位分配的鲁棒性成本作为停机位分配问题优化的两个目标，将实际机场停机位分配所涉及的一些因素作为停机位分配模型中的约束条件，建立鲁棒性停机位分配模型；步骤2，基于步骤1建立的鲁棒性停机位分配模型，采用两阶段帕累托局部搜索方法对停机位分配问题进行求解；在第一阶段，采用加权和+局部搜索算法来生成具有优良解的初始种群；在第二阶段，采用帕累托局部搜索方法来对初始种群中的每一个解进行邻居搜索；步骤3，输出求解结果，获得停机位分配方案。作为本专利技术的停机位分配方法进一步的优化方案，步骤1的停机位分配问题优化的两个目标如下：其中，z1表示旅客步行的总距离，z2表示机位分配的鲁棒性总成本；n表示航班总数量，m表示机位总数量；i,j表示航班对应下标，k，l表示机位对应下标；pi，j表示从航班i转移到航班j上的旅客人数，p0，i表示离港旅客人数，pi，0表示到港旅客人数；ωk，l表示旅客从机位k到机位l的步行距离，ω0，k表示旅客从值机柜台到机位k的步行距离，ωk，0表示旅客从机位k到取行李处的步行距离；xi，k表示航班i是否分配到机位k的二进制变量，xj，l表示航班j是否分配到机位l的二进制变量；表示航班i的鲁棒性成本权重系数，Si，k表示分配到机位k上的航班i与分配到同一机位上的其前一架航班之间的空闲间隔时间，c(Si，k)表示空闲间隔时间Si，k所对应的鲁棒性成本。作为本专利技术的停机位分配方法进一步的优化方案，所述步骤1中停机位分配模型中的约束条件，包括以下内容：A、基本约束：xi，kxj，k(dj-ai)(di-aj)≤0，1≤i，j≤n，k≠m+1(2)xi，k∈{0，1}，1≤i，j≤n，1≤k≤m+1(3)等式(1)表明每一架航班只能分配到一个机位上；如果没有终端机位可以被分配时，则将航班分配到远停机坪；等式(2)表明分配同一个机位上的航班之间时间不能有重叠，其中ai是航班i的到达时间，aj是航班j的到达时间，di是航班i的离开时间，dj是航班j的离开时间；等式(3)表明每一架航班分配到机位的状态取值只有两个，0表示航班没有分配到机位，1表示航班分配到机位；B、可行性约束：xi，k≤fi，k，1≤i≤n，1≤k≤m(4)等式(4)中fi，k为二进制变量，用来表明终端机位k是否可以分配到航班i，当同时满足以下条件时，fi，k＝1；否则，fi，k＝0；需要同时满足的条件如下：b01、航班所在的航空公司在停机位可以提供的服务公司列表内；b02、航班和停机位国际国内属性一一对应；b03、航班和停机位的大小规模一一对应；B04、航班与对应的停机位可以支持的飞行任务一一对应；C、额外约束：等式(5)表明生成的调度方案中的分配到远停机坪的航班数量必须在所限制的范围内，其中MAXApron为允许分配远停机坪的最大航班数量。作为本专利技术的停机位分配方法进一步的优化方案，步骤2具体包括以下步骤：步骤21，初始化种群；计算任意一对权重向量之间的欧几里得距离，对于每一个权重向量选取距离其最近的T个权重向量作为其邻居，即对于权重向量λs而言，是距离其最近的T个权重向量，是权重向量λs的邻居；初始种群标记为SP,SP＝{x1，...，xN},N为种群数量，解xs采用随机策略随机生成且与权重向量λs一一对应；步骤22，利用加权和+局部搜索算法生成优良初始解；对于初始种群SP中的每一个解xs，首先判断其是否被访问过，如果尚未被访问过，则利用贪心随机的邻居搜索方法来生成其相应的搜索邻居集合NS(xs)同时设置当前解的访问属性为true；搜索邻居集合NS(xs)中的每一个解的访问属性初始设置为false；然后利用加权技术使用搜索邻居集合NS(xs)来更新解xs的邻居；所使用的加权技术表示如下：其中，gws(x|λ)表示解x基于权重向量λ的聚合函数值，r表示停机位分配问题求解的目标个数，λt表示第t个目标的权重，ft(x)表示解x的第t个目标的目标函数值；当没有新解加入到种群SP时，该步骤结束；种群SP中所有的非支配解组成了外部集种群EP；步骤23，采用帕累托局部搜索方法来对初始种群中的每一个解进行邻居搜索；首先，定义种群TP来对种群EP中的所有解进行备份；然后依次遍历种群SP中的每一个解xs，利用贪心随机的邻居搜索方法生成其搜索邻居集合NS(xs)，邻居搜索次数加一；依次遍历NS(xs)中的每一个解x、，采取以下方法来更新外部集种群EP：对于种群EP中每一个解x*，如果存在x*＜x、，则不更新EP；如果存在x、＜x*，则从种群EP中删除掉x*；如果不存在解x*使得x*＜x、，则将解x、添加到种群EP中；然后，将更新后的种群EP与备份种群TP做差集，用种群SP保存新加入到EP中的解；如果新加入到种群EP中的解的数量为0，则将种群EP中的解拷贝到种群SP中；重复上述步骤，当邻居搜索次数达到预先设定好的次数时，该步骤结束。作为本专利技术的停机位分配方法进一步的优化方案，步骤21中初始解xs生成的随机策略为：首先，对所有航班按照进机位时间进行升序排列；然后，依次遍历每一架航班，从满足航班和机位匹配约束条件的机位集合中随本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于鲁棒性分配模型的停机位分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选取旅客的步行距离和停机位分配的鲁棒性成本作为停机位分配问题优化的两个目标，将实际机场停机位分配所涉及的一些因素作为停机位分配模型中的约束条件，建立鲁棒性停机位分配模型；步骤2，基于步骤1建立的鲁棒性停机位分配模型，采用两阶段帕累托局部搜索方法对停机位分配问题进行求解；在第一阶段，采用加权和+局部搜索算法来生成具有优良解的初始种群；在第二阶段，采用帕累托局部搜索方法来对初始种群中的每一个解进行邻居搜索；步骤3，输出求解结果，获得停机位分配方案。

【技术特征摘要】
1.一种基于鲁棒性分配模型的停机位分配方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，选取旅客的步行距离和停机位分配的鲁棒性成本作为停机位分配问题优化的两个目标，将实际机场停机位分配所涉及的一些因素作为停机位分配模型中的约束条件，建立鲁棒性停机位分配模型；步骤2，基于步骤1建立的鲁棒性停机位分配模型，采用两阶段帕累托局部搜索方法对停机位分配问题进行求解；在第一阶段，采用加权和+局部搜索算法来生成具有优良解的初始种群；在第二阶段，采用帕累托局部搜索方法来对初始种群中的每一个解进行邻居搜索；步骤3，输出求解结果，获得停机位分配方案。2.根据权利要求1所述的停机位分配方法，其特征在于，步骤1中停机位分配问题优化的两个目标如下：其中，z1表示旅客步行的总距离，z2表示机位分配的鲁棒性总成本；n表示航班总数量，m表示机位总数量；i,j表示航班对应下标，k,l表示机位对应下标；pi,j表示从航班i转移到航班j上的旅客人数，p0,i表示离港旅客人数，pi,0表示到港旅客人数；ωk,l表示旅客从机位k到机位l的步行距离，ω0,k表示旅客从值机柜台到机位k的步行距离，ωk,0表示旅客从机位k到取行李处的步行距离；xi,k表示航班i是否分配到机位k的二进制变量，xj,l表示航班j是否分配到机位l的二进制变量；表示航班i的鲁棒性成本权重系数，Si,k表示分配到机位k上的航班i与分配到同一机位上的其前一架航班之间的空闲间隔时间，c(Si,k)表示空闲间隔时间Si,k所对应的鲁棒性成本。3.根据权利要求2所述的停机位分配方法，其特征在于：所述步骤1中停机位分配模型中的约束条件，包括以下内容：A、基本约束：xi,kxj,k(dj-ai)(di-aj)≤0,1≤i,j≤n,k≠m+1(2)xi,k∈{0,1},1≤i,j≤n,1≤k≤m+1(3)等式(1)表明每一架航班只能分配到一个机位上；如果没有终端机位可以被分配时，则将航班分配到远停机坪；等式(2)表明分配同一个机位上的航班之间时间不能有重叠，其中ai是航班i的到达时间，aj是航班j的到达时间，di是航班i的离开时间，dj是航班j的离开时间；等式(3)表明每一架航班分配到机位的状态取值只有两个，0表示航班没有分配到机位，1表示航班分配到机位；B、可行性约束：xi,k≤fi,k,1≤i≤n,1≤k≤m(4)等式(4)中fi,k为二进制变量，用来表明终端机位k是否可以分配到航班i，当同时满足以下条件时，fi,k＝1；否则，fi,k＝0；需要同时满足的条件如下：b01、航班所在的航空公司在停机位可以提供的服务公司列表内；b02、航班和停机位国际国内属性一一对应；b03、航班和停机位的大小规模一一对应；B04、航班与对应的停机位可以支持的飞行任务一一对应；C、额外约束：等式(5)表明生成的调度方案中的分配到远停机坪的航班数量必须在所限制的范围内，其中MAXApron为允许分...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡昕烨，孙文学，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32