跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法技术

本发明专利技术涉及航空领域，具体而言涉及一种跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法，通过构建跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配混合整数规划模型并进行求解，以计算出跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略。针对航班在下游出区域流控点受到的约束生成MIT受控航班在上游进入区域流控点的尾随间隔限制策略以及区域内外起飞时隙受限航班的计算起飞时隙策略，基于实施管理中的运行限制和优化目标的分析，以及对计算起飞时隙和尾随间隔限制的实施特征分析，建立混合整数规划模型，进行求解，发现综合考虑尾随间隔限制及离场时隙分配比传统的先到先服务管理效率更高，减少总体航班延误成本。

A Computational Method of Comprehensive Strategy for Cross-Region Tracking Interval Limitation and Out-of-Field Slot Allocation

The invention relates to the field of aviation, in particular to a method for calculating the comprehensive strategy of cross-region tail interval restriction and off-site slot allocation. By constructing and solving a mixed integer programming model of cross-region tail interval restriction and off-site slot allocation, the comprehensive strategy of cross-region tail interval restriction and off-site slot allocation can be calculated. In view of the constraints on the flow control points in the downstream outbound area, the tail interval restriction strategy for MIT controlled flights entering the flow control points in the upstream area and the calculating takeoff time slot strategy for flights with limited takeoff time slots inside and outside the area are generated. Based on the analysis of operational constraints and optimization objectives in the implementation management, and the analysis of the implementation characteristics of calculating the takeoff time slots and tail interval restrictions, a The integer programming model is used to solve the problem. It is found that considering the tail interval restriction and departure slot allocation comprehensively is more efficient than the traditional first-come-first-served management, and reduces the overall flight delay cost.

【技术实现步骤摘要】
跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法
本专利技术涉及航空领域，具体而言，涉及一种区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法及系统。
技术介绍
下游出区域点受到外界流控时，为解决下游尾随间隔向上游放大传播，导致上游航班受到过大的流控限制的问题，建立尾随间隔限制与起飞离场时隙协同管理程序，对过出区域点受流控影响的航班分别采用尾随间隔和离场时隙分配策略实施管理。传统的先到先服务管理策略，按照计划到达下游点的先后顺序分配过点时隙，通常不会考虑到航班的延误成本，另外传统尾随间隔管理策略不考虑交通流的具体分布差异，因而计算上游尾随间隔过于粗放，导致航班产生大量不必要的延误。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法，包括构建用于跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配的混合整数规划模型；以及对混合整数规划模型进行求解。在本专利技术较佳的实施例中，构建所述混合整数规划模型的方法包括：对混合整数规划模型涉及参数进行定义；确定混合整数规划模型的决策变量；定义混合整数规划模型的约束条件；以及构建混合整数规划模型的目标函数。在本专利技术较佳的实施例中，所述对混合整数规划模型涉及参数进行定义的方法包括：Fctot：受CTOT影响的航班集合；Fmit：受MIT影响的航班集合；m：受CTOT和MIT影响的航班总数，m＝|Fctot|+|Fmit|；n：受CTOT影响的航班数量，n＝|Fctot|；受CTOT影响的航班i预计起飞时间i∈(1，...n)，fi∈Fctot；受上游MIT影响的航班i预计过上游流控点B的时间i∈(n+1，...m)，fi∈Fmit，使得即按升序进行排列；航班i预计过下游流控点C的时间i∈(1，...m)，fi∈Fctot∪Fmit；tbegin：上游流控的开始时间；c1：地面延误成本；c2：区域外空中延误成本；c3：区域内空中延误成本；a：空中可消耗延误占空中飞行时间百分比a∈[0，1]；b：下游流控限制时间间隔值；d：单位流控时间间隔值，流控值通常为单位流控间隔值的倍数；k：上游流控时段分为K个时间片，k∈(1，...K)，表示第k个时间片；h：上游流控从开始时间到结束时间的总时段长。在本专利技术较佳的实施例中，所述确定决策变量的方法包括：所述确定混合整数规划模型的决策变量的方法包括：表示受CTOT影响的航班fi分配到的起飞时间，i∈(1，...n)，fi∈Fctot；表示区域外航班fi受上游流控限制影响下的过点时间，i∈(n+1，...m)，fi∈Fmit；表示航班f受下游流控限制影响下的过点时间，i∈(1，...m)，fi∈FctotUFmit；nk，k∈(1，...K)：表示第k个时间片上游的流控间隔值为单位流控时间间隔值的倍数；上式中，i∈(n+1，...m)，k∈(1，...K)。在本专利技术较佳的实施例中，所述定义混合整数规划模型的约束条件的方法包括：步骤S1：受CTOT影响的航班分配的起飞时间大于等于预计起飞时间，即步骤S2：航班受上游流控限制影响下的进入区域时间不早于预计进入时间，即步骤S3：航班离开区域的时间不早于预计离开区域的时间，即步骤S4：受CTOT影响的航班从起飞到出区域的飞行时间不小于预计飞行时间，同时不大于预计飞行时间加最大可消耗延误时间，即步骤S5：区域外进入的航班在区域内的飞行时间不小于预计区域内飞行时间，同时不大于预计区域内飞行时间加最大可消耗延误时间，即步骤S6：出区域航班之间的间隔时间不小于流控限制的间隔时间b，即步骤S7：过上游流控点B的航班在唯一的一个时间片经过该上游流控点B，即步骤S8：航班所属时间片与航班安排的过点时间之间满足的对应关系，即步骤S9：航班过上游流控点B的时间为航班预计过点时间以及与前机满足流控间隔dnk的时间两者取大，即fi，fj∈Fmit。在本专利技术较佳的实施例中，所述构建混合整数规划模型的目标函数的方法包括：目标函数为最小化所有航班在地面及空中的总延误成本，目标函数中第一项表示受CTOT影响的航班在起飞机场的地面延误成本，第二项表示受MIT影响的航班分别在区域内和区域外的空中延误成本，即：在本专利技术较佳的实施例中，所述对混合整数规划模型进行求解的方法，即采用遗传算法与启发式算法相结合的混合算法对所述混合整数规划模型进行求解。在本专利技术较佳的实施例中，所述采用遗传算法与启发式算法相结合的混合算法包括：遗传算法对所有受外界流控的航班处理顺序及上游尾随间隔值进行混合式编码；混合编码后的航班处理顺序及流控间隔值作为启发式算法的输入，由启发式算法根据编码的航班顺序及上游流控间隔值计算航班起飞及进出点时隙，并返回适应度值给遗传算法；遗传算法依据接收到的适应度值对混合整数规划模型进行求解。在本专利技术较佳的实施例中，所述遗传算法对所有受外界流控的航班处理顺序及上游尾随间隔值进行混合式编码的方法包括：对所有出区域的航班处理顺序和上游流控间隔值分别编码；假设有m个受CTOT和MIT影响的航班和k个时间片，则基于混合编码随机产生m+k个随机数，其中m作为航班处理顺序的随机数且采用十进制正整数排列编码方法，k作为各个时段流控间隔值的随机数且采用十进制随机正整数编码。在本专利技术较佳的实施例中，遗传算法包括：所述遗传算法中染色体对应的适应度函数为其中y为中间变量，Z为混合整数规划模型中目标函数值，c4为对区内延误超出最大可消耗延误的惩罚系数，适应度函数值由启发式算法根据编码的航班顺序及上游流控间隔作为输入条件计算获得；遗传算法选择算子：采用随机竞争对初始种群进行选择操作，即每次按轮盘赌选择机制选取一对个体，然后让这两个个体进行竞争，适应度高的个体被选中，重复计算，直到选满为止；遗传算法交叉算子：对航班顺序采用部分映射杂交，即随机选择两个交叉点，子代基因中两个交叉点间的部分来自一个父代基因，其余部分来自另外一个父代基因；对上游流控间隔采用单点交叉，即随机选择一个交叉点，然后在该点互换两个父代染色体的部分基因；遗传算法变异算子：航班序列部分采用交换基因值的变异方法，随机选择两个交换变异点，将其对应的基因进行互换；以及上游管制移交间隔适于采用基本位变异算子操作，随机选择变异点，取随机数来代替原有值。相对于现有技术，本专利技术实施例具有以下有益效果：本专利技术实施例提供了一种跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法，跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法通过构建跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配混合整数规划模型并进行求解，以计算出跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略。针对航班在下游出区域流控点受到的约束生成MIT受控航班在上游进入区域流控点的尾随间隔限制策略以及区域内外起飞时隙受限航班的计算起飞时隙策略，基于实施管理中的运行限制和优化目标的分析，以及对计算起飞时隙和尾随间隔限制的实施特征分析，建立混合整数规划模型，进行求解，发现综合考虑尾随间隔限制及离场时隙分配比传统的先到先服务管理效率更高，可减少总体的航班延误成本。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1示出了本专利技术实施例提供的跨区域尾随间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法，其特征在于，构建用于跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配的混合整数规划模型；以及对混合整数规划模型进行求解。

【技术特征摘要】
1.一种跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法，其特征在于，构建用于跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配的混合整数规划模型；以及对混合整数规划模型进行求解。2.如权利要求1所述的跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法，其特征在于，构建所述混合整数规划模型的方法包括：对混合整数规划模型涉及参数进行定义；确定混合整数规划模型的决策变量；定义混合整数规划模型的约束条件；以及构建混合整数规划模型的目标函数。3.如权利要求2所述的跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法，其特征在于，所述对混合整数规划模型涉及参数进行定义的方法包括：Fctot：受CTOT影响的航班集合；Fmit：受MIT影响的航班集合；m：受CTOT和MIT影响的航班总数，m＝|Fctot|+|Fmit|；n：受CTOT影响的航班数量，n＝|Fctot|；受CTOT影响的航班fi预计起飞时间i∈(1，..n)，fi∈Fctot；受上游MIT影响的航班fi预计过上游流控点B的时间i∈(n+1，...m)，fi∈Fmit，使得即按升序进行排列；航班fi预计过下游流控点C的时间i∈(1，...m)，fi∈FctotUFmit；tbegin：上游流控的开始时间；c1：地面延误成本；c2：区域外空中延误成本；c3：区域内空中延误成本；a：空中可消耗延误占空中飞行时间百分比a∈[0，1]；b：下游流控限制时间间隔值；d：单位流控时间间隔值，流控值通常为单位流控间隔值的倍数；k：上游流控时段分为K个时间片，k∈(1，...K)，表示第k个时间片；h：上游流控从开始时间到结束时间的总时段长。4.如权利要求3所述的跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法，其特征在于，所述确定混合整数规划模型的决策变量的方法包括：表示受CTOT影响的航班fi分配到的起飞时间，i∈(1，...n)，fi∈Fctot；表示区域外航班fi受上游流控限制影响下的过点时间，i∈(n+1，...m)，fi∈Fmit；表示航班fi受下游流控限制影响下的过点时间，i∈(1，...m)，fi∈FctotUFmit；nk，k∈(1，...K)：表示第k个时间片上游的流控间隔值为单位流控时间间隔值的倍数；上式中，i∈(n+1，...m)，k∈(1，...K)。5.如权利要求4所述的跨区域尾随间隔限制及离场时隙分配综合策略计算方法，其特征在于，所述定义混合整数规划模型的约束条件的方法包括：步骤S1：受CTOT影响的航班分配的起飞时间大于等于预计起飞时间，即步骤S2：航班受上游流控限制影响下的进入区域时间不早于预计进入时间，即步骤S3：航班离开区域的时间不早于预计离开区域的时间，即步骤S4：受CTOT影响的航班从起飞到出区域的飞行时间不小于预计飞行时间，同时不大于预计飞行时间加最大可消耗延误时间，即步骤S5：区域外进入的航班在区域内的飞行时间不小于预计区域内飞行时间，同时不大于预计区域内飞行时间加最大可消耗延误时间，即步骤S6：出区域航...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖，徐冬慧，谢华，田文，羊钊，袁立罡，王兵，李杰，薛磊，
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