一种基于动态规划的航班进场流量管理策略生成方法技术

一种基于动态规划的航班进场流量管理策略生成方法。该方法首先获取扇区的空域结构信息，进场航班流信息以及扇区在恶劣天气下的容量信息，然后通过权衡航空公司延误成本、盈利损失和乘客延误成本等多方利益，定义延误成本代价函数；进而根据代价函数计算各个走廊口在不同进场航班量下的航班延误代价，其中航班延误时间的计算首先是基于走廊口的进场航班量确定时隙资源，然后按航班预计进场时间依次分配进场时隙资源，进而确定航班的延误时间；最后，以最小化航班延误代价为目标，采用动态规划算法计算各个走廊口在扇区容量下降周期内的进场航班量和航班最小尾随间隔，为进场航班提供安全、高效、科学的进场方案，提高扇区空域资源利用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态规划的航班进场流量管理策略生成方法
本专利技术涉及空中交通管制自动化系统技术，特别是跨地区进场流量管理策略生成方法。
技术介绍
随着空中交通需求的不断增长，空域拥挤以及航班大面积延误等问题不断涌现。特别地，当某一空域单元受到恶劣天气、重大活动影响，空域容量动态变化导致空中交通流量和容量失衡，继而带来航班延误问题日益突出。为使恶劣天气影响下的交通量需求和容量达到平衡，流量管理单位通常会制定最小尾随间隔的流量管理方案，对各个走廊口的进场航班量和航班进场间隔进行控制，以此达到容流平衡。当前实际工程应用中，大多是采用等比例策略或者基于各个走廊口的航班流量需求来确定各个走廊口的进场航班量，该类方法比较简单、易于实现，但流量控制策略没有综合考虑各个走廊口的航班公司延误成本和乘客延迟成本等多方利益因素，因此带来了扇区容量分配的不公平性，增加了延迟成本。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提提出了一种可以减小容量降低带来的航班延迟成本代价、提高空域资源的新的跨地区进场流量管理策略生成方法。本专利技术的技术方案是：一种基于动态规划的航班进场流量管理策略生成方法，其操作步骤具体如下：步骤1、获取扇区单元的信息，包括扇区在正常运行模式下的容量Kn、走廊口的数量m以及走廊口CORi在正常运行模式下的容量步骤2、获取扇区的各个走廊口进场航班信息，包括走廊口CORi每架航班的计划进场时间航班机型信息航班旅客类型信息和航班的最大载客数步骤3、获取恶劣天气下的扇区容量信息，包括天气影响扇区容量的时段数T以及每一时段的扇区容量值为Kw；步骤4、在扇区受天气影响的周期内，走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为架时，计算走廊口CORi从容流不平衡状态到再平衡状态所需的时间步骤5、执行时隙分配算法，确定走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为j，时，每架进场航班所对应的进场时间步骤6、走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为j,；当当时，计算走廊口CORi所对应的航班总延误代价v[i][j]；步骤7、对每个走廊口CORi，i＝1...m，重复执行步骤4-步骤6，计算各个走廊口在不同进场航班量下的航班延误代价，并保存每次计算的结果；步骤8、利用动态规划算法，将扇区的进场航班量q分配给前N，1≤N≤m，个走廊口，使前N个走廊口的总延误代价最小，记最小总延误代价为V[N][q]；步骤9、自底向上从q＝0到q＝Kw重复执行步骤8，记录保存每个进场航班量q分配给前N个走廊口所得到的最小延误代价，以及前N个走廊口所分配的进场航班量。步骤10、采用回溯法输出各个走廊口在一个时段内的进场航班量，使得总延误代价最小。步骤1.44中的计算步骤如下：步骤4-1、走廊口CORi在一个时间段内的被分配的进场航班数为j时，天气影响的T个时段内所积压的航班量为积压的航班将在后续无天气影响的时段内进行恢复，则恢复时间段数为定义如下：其中，表示在第t个时间段内预计到达走廊口CORi的航班数目，表示走廊口CORi在正常运行模式下的容量值；步骤4-2、走廊口CORi从容流不平衡状态到再平衡状态所需的时间包含天气影响的T个时段和恢复时段因此定义如下：步骤1.5中的时隙分配算法步骤如下：步骤5-1、根据走廊口CORi在天气影响下的每一时段进场航班量j和正常情况下的每一时段进场航班量确定各个时段的时隙资源和时隙跨度；步骤5-2、根据航班预计到达走廊口CORi的时间对所有航班进行排序；步骤5-3、按照排序的航班，依次分配时隙资源；步骤5-4、将每个时隙资源的初始时刻作为航班的实际到达走廊口CORi的时间，记为步骤1.6中航班的延误代价v[i][j]包括三部分：延误航班的运营成本、延误航班的盈利损失以及旅客的经济损失，其具体计算过程如下：步骤6-1、走廊口CORi所对应的一架延误航班的延误运营成本记为定义如下：其中α是一个航班延迟运营成本系数，与航班机型有关；。步骤6-2、走廊口CORi所对应的一架延误航班的盈利损失记为定义如下：其中β为航班单位时间的盈利损失，与航班的载客人数有关，步骤6-3、走廊口CORi所对应的一架延误航班的旅客经济损失记为定义如下：其中θ是旅客的单位时间延迟成本，与旅客的类型有关；w为航班的客座率；步骤6-4、走廊口CORi所对应的一架延误航班的总延误代价为Costz，定义为如下：步骤6-5、走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为j时，走廊口CORi所对应的航班总延误代价v[i][j]，定义为如下：步骤1.8中最小总延误代价V[N][q]的计算步骤如下：步骤8-1、当N＝1时，最小总延误代价V[N][q]＝v[1][j]，步骤8-2、当N＞1时，最小总延误代价V[N][q]是以下两种情况的最小值：步骤8-2-1、当第N个走廊口所分配的进场航班量为0时，此时的最小延误代价即为将q分配给前N-1个走廊口的最小值，即V[N][q]＝V[N-1][q]，步骤8-2-2、当第N个走廊口所分配的进场航班量为k架时，此时剩下的进场航班量q-k分配给前N-1个走廊口，则最小延误代价为：V[N][q]＝V[N-1][q-k]+υ[N][k]步骤8-2-3、综上所述，将扇区进场航班量q分配给前N个走廊口的最小延误代价V[N][q]定义为如下：V[N][q]＝min(V[N-1][q-k]+v[N][k]，V[N-1][q])。本专利技术的有益效果：本专利技术的目的是针对扇区受恶劣天气影响发生容量下降等情况，结合实际工程应用，提出了一种新的跨地区航班进场流量管理策略生成方法。本专利技术通过权衡航空公司延误成本、盈利损失和乘客延误成本等多方利益，定义延误成本代价评价函数，并采用动态规划算法来确定扇区各个走廊口的进场航班量和航班尾随间隔，以此减小容量降低带来的航班延迟成本代价，提高空域资源的经济利用效益。附图说明图1是本专利技术中基于动态规划的航班进场流量管理策略生成方法流程图；图2是本专利技术中扇区容量以及走廊口进场流量信息示意图；图3是本专利技术中走廊口COR1(西南方向)容流平衡示意图；图4是本专利技术中走廊口COR1的时隙分配示例；图5是本专利技术中航班进场流控策略预案示意图；图6是本专利技术中三种不同流量管理策略生成方法的结果对比图。具体实施方式下面结合附图和具体实例对本专利技术的具体实施方式作进一步说明，但本专利技术的实施和保护不限于此。本专利技术中，一种基于动态规划的航班进场流量管理策略生成方法，其操作步骤具体如下：步骤1、获取扇区单元的信息，包括扇区在正常运行模式下的容量Kn、走廊口的数量m以及走廊口CORi在正常运行模式下的容量步骤2、获取扇区的各个走廊口进场航班信息，包括走廊口CORi每架航班的计划进场时间航班机型信息航班旅客类型信息和航班的最大载客数步骤3、获取恶劣天气下的扇区容量信息，包括天气影响扇区容量的时段数T以及每一时段的扇区容量值为Kw；步骤4、在扇区受天气影响的周期内，走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为架时，计算走廊口CORi从容流不平衡状态到再平衡状态所需的时间步骤5、执行时隙分配算法，确定走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为j，时，每架进场航班所对应的进场时间步骤6、走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为j,；当当时，计算走廊口CORi所对应的航班总延误代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于动态规划的航班进场流量管理策略生成方法，其特征在于，其操作步骤具体如下：步骤1、获取扇区单元的信息，包括扇区在正常运行模式下的容量Kn、走廊口的数量m以及走廊口CORi在正常运行模式下的容量

【技术特征摘要】
1.一种基于动态规划的航班进场流量管理策略生成方法，其特征在于，其操作步骤具体如下：步骤1、获取扇区单元的信息，包括扇区在正常运行模式下的容量Kn、走廊口的数量m以及走廊口CORi在正常运行模式下的容量步骤2、获取扇区的各个走廊口进场航班信息，包括走廊口CORi每架航班的计划进场时间航班机型信息航班旅客类型信息和航班的最大载客数步骤3、获取恶劣天气下的扇区容量信息，包括天气影响扇区容量的时段数T以及每一时段的扇区容量值为Kω；步骤4、在扇区受天气影响的周期内，走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为架时，计算走廊口CORi从容流不平衡状态到再平衡状态所需的时间步骤5、执行时隙分配算法，确定走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为j，时，每架进场航班所对应的进场时间步骤6、走廊口CORi在一个时间段内的进场航班数为j，；当当时，计算走廊口CORi所对应的航班总延误代价υ[i][j]；步骤7、对每个走廊口CORi，i＝1...m，重复执行步骤4-步骤6，计算各个走廊口在不同进场航班量下的航班延误代价，并保存每次计算的结果；步骤8、利用动态规划算法，将扇区的进场航班量q分配给前N，1≤N≤m，个走廊口，使前N个走廊口的总延误代价最小，记最小总延误代价为V[N][q]；步骤9、自底向上从g＝0到q＝Kω重复执行步骤8，记录保存每个进场航班量q分配给前N个走廊口所得到的最小延误代价，以及前N个走廊口所分配的进场航班量。步骤10、采用回溯法输出各个走廊口在一个时段内的进场航班量，使得总延误代价最小。2.根据权利要求1所述的基于动态规划的跨地区进场流量管理策略生成方法，其特征在于，步骤1.44中的计算步骤如下：步骤4-1、走廊口CORi在一个时间段内的被分配的进场航班数为j时，天气影响的T个时段内所积压的航班量为积压的航班将在后续无天气影响的时段内进行恢复，则恢复时间段数为定义如下：其中，表示在第t个时间段内预计到达走廊口CORi的航班数目，表示走廊口CORi在正常运行模式下的容量值；步骤4-2、走廊口CORi从容流不平衡状态到再平衡状态所需的时间包含天气影响的T个时段和恢复时段因此定义如下：3.根据权利要求1所述的基于动态规划的跨地区进场流量管理策略生成方法，其特征在于，步骤1.5中的时隙分配算法步骤如下：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄敬雷，徐秋程，田靖，蒋伟煜，黄吉波，王冠，严勇杰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32