飞机推出频率控制方法技术

本发明专利技术提供了一种飞机推出频率控制方法，所述飞机推出频率控制方法根据滑行道当前已有的飞机数量对下一刻待滑行飞机的推出频率进行控制，可以在保证滑行道及跑道利用率的情况下，将飞机的部分滑行时间转变为停机位等待时间，以节省燃油消耗，同时控制了停机位等待的成本，降低了飞机离港的总成本，更具有具经济和环保性。进一步的，利用马尔科夫迭代优化算法对所述推出频率控制模型进行求解，能够帮助机场找寻使用动态推出控制方法时的最优滑行道排队长度阈值，帮助机场调度人员作出高效率的推出控制决策。

Control Method of Aircraft Push-out Frequency

【技术实现步骤摘要】
飞机推出频率控制方法
本专利技术涉及机场场面运行调度
，尤其是涉及一种飞机推出频率控制方法。
技术介绍
飞机的离港由申请推出、同意推出、推出、滑行(滑行道排队等待)、跑道端头等待、起飞等过程组成，其中滑行至起飞过程需要一定量的燃油消耗，在大型枢纽机场，尤其在离港高峰期，飞机往往要经历长时间的滑行道排队等待，导致离港燃油成本和排放的增加。在目前不断新建或扩建机场增加机场资源量的情况下，急需减少飞机离港时燃油消耗和排放以节约能源。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种飞机推出频率控制方法，以解决相关技术中飞机离港时经历长时间的滑行道排队等待，导致离港燃油成本和排放的增加的问题。为了达到上述目的，本专利技术实施例提供了一种飞机推出频率控制方法。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种飞机推出频率控制方法，包括以下步骤：获取飞机离港航班信息，并提出飞机推出过程建模的假设条件；其中，所述离港航班信息包括计划离港时间和计划推出时间；建立飞机的推出频率控制规则，所述控制规则包括：所述推出频率随滑行道饱和度的增加而线性下降，其中，所述滑行道饱和度为当前滑行道排队长度值和滑行道排队长度阈值之比；根据单位时间内飞机滑行过程燃油消耗成本确定飞机停机位等待成本惩罚规则；根据所述燃油消耗成本和所述停机位等待成本建立推出频率控制模型；将所述推出过程抽象为具有有限容量和可变输入率的排队过程，所述排队过程中的状态包括：停机位等待状态和滑行道排队状态，计算所述停机位等待状态和滑行道排队状态的关键指标；其中，所述停机位等待状态的关键指标包括停机位等待时间的期望，所述滑行道排队状态的关键指标包括滑行道等待时间的期望；以及结合所述停机位等待时间的期望，所述滑行道等待时间的期望以及迭代循环搜索的方式对所述推出频率控制模型进行求解以得到推出频率控制表达式，根据所述推出频率控制表达式对所述飞机的推出频率进行控制。可选的，所述建立得到的所述推出频率控制规则的表达式包括：其中，λ'为实际推出频率；λ为申请推出频率；n为当前滑行道排队长度；N为滑行道排队长度阈值，n/N为滑行道饱和度。可选的，所述飞机停机位等待成本惩罚规则的确定方法包括：选取指数函数表示所述飞机停机位等待成本的惩罚。可选的，所述飞机停机位等待成本的惩罚的表达式包括：P＝eβt-1，其中，β＝[ln(ct+1)]/t，c为单位时间滑行燃油消耗成本，t为停机位允许等待时间的最大值。可选的，所述建立的所述推出频率控制模型，包括：其中，CT为飞机离港总成本，c为单位时间滑行燃油消耗成本，M为申请推出的飞机总数；i为第i架离港飞机；W为滑行道等待时间，E[Wi]为第i架离港飞机的滑行道等待时间的期望；β为停机位等待惩罚系数；G为停机位等待时间，E[Gi]为第i架离港飞机的停机位等待时间的期望，Gmax为停机位等待时间的最大预设值。可选的，所述计算所述停机位等待状态和滑行道排队状态的关键指标，包括：建立状态转移方程组，其中，所述状态转移方程组中的方程包括：其中，λ为飞机的申请推出率，n为当前滑行道排队长度，N为滑行道排队长度阈值，π0、π1......πN分别表示飞机的滑行道排队长度为0、1.......N时所分别对应的状态转移概率，μ为跑道服务率；根据所述状态转移方程组以及结合有限容量排队系统正则方程，得到飞机的滑行道排队长度为0时的状态转移概率的表达式，其中，所述有限容量排队系统正则方程为：得到的飞机的滑行道排队长度为0时的状态转移概率的表达式为：根据滑行道排队长度为0时的状态转移概率的表达式求解所述状态转移方程组，得到飞机的滑行道排队长度为n时的状态转移概率的表达式，其中，所述飞机的滑行道排队长度为n时的状态转移概率的表达式为：根据所述滑行道排队长度为n时的状态转移概率的表达式计算得到飞机的滑行道排队长度的期望以及飞机的推出频率期望，根据所述滑行道排队长度的期望和所述推出频率期望得到所述飞机的滑行道排队时间的期望；其中，所述滑行道排队长度的期望的表达式为：所述推出频率的期望的表达式为：所述滑行道排队时间的期望的表达式为：所述抽象的所述排队过程中的输入概率表达式为1-n/N，飞机在停机位等待的概率表示为n/N，当前滑行道排队长度为n(n≠N)时，得到停机位等待时间的期望的表达式为：当滑行道排队长度为N时，有则对所有n，停机位等待时间的期望表达式为：可选的，所述迭代循环搜索的方式包括基于停机位等待惩罚的马尔科夫迭代优化算法，结合所述停机位等待时间的期望，所述滑行道等待时间的期望以及基于停机位等待惩罚的马尔科夫迭代优化算法对所述推出频率控制模型进行求解。可选的，所述对所述推出频率控制模型进行求解的步骤包括：输入飞机i推出时刻数据集；初始化飞机i的排队长度阈值Nj；飞机i向塔台申请推出，标记所述飞机i申请推出的时刻；判断飞机i的滑行道排队长度n是否满足n<Nj，若是，则继续；若否，则标记飞机i的状态为停机位等待并判断当前飞机i在停机位等待的时间Gi是否大于预设值，若是，则更新所述滑行道排队长度阈值为Nj+1，重复所述飞机i向塔台申请推出，标记其申请推出的时刻的步骤并判断飞机i的滑行道排队长度n是否满足n<Nj+1；若否，则判断所述飞机i的推出申请飞机索引i是否满足i<M，其中，M表示所述推出申请飞机索引的最大值，若是，则更新推出申请飞机索引为i+1，飞机i+1向塔台申请推出，标记所述飞机i+1申请推出的时刻，若否，则计算推出总成本值CTj；判断所述飞机i的推出概率Ri是否满足Ri<(1-n/Nj)，若是，则同意所述飞机i的推出申请，标记所述飞机i的位置为滑行道并记录所述飞机i的滑行道等待时间，再继续；若否，则标记飞机i的状态为停机位等待并判断当前飞机i在停机位等待的时间Gi是否大于预设值，若是，则更新所述滑行道排队长度阈值为Nj+1，重复所述飞机i向塔台申请推出，标记其申请推出的时刻的步骤，并判断飞机i的滑行道排队长度n是否满足n<Nj+1；判断所有飞机是否进行推出完毕，包括，判断所述飞机i的推出申请飞机索引i是否满足i<M，其中，M表示推出申请飞机索引的最大值，若是，则更新推出申请飞机索引为i+1，飞机i+1向塔台申请推出，标记所述飞机i+1申请推出的时刻，若否，则计算推出总成本值CTj；判断飞机i的滑行道排队长度阈值Nj是否满足Nj<Nmax，其中，Nmax表示滑行道排队长度阈值的最大值；若是，则更新所述滑行道排队长度阈值为Nj+1；若否，则继续；比较所有所述计算得到的推出总成本值CTj，输出最小的推出总成本值CTj作为最优推出总成本值。可选的，根据所述最优推出总成本值得到其对应的滑行道排队长度阈值，平均停机位等待时间以及平均滑行道滑行时间，将所述最优推出总成本值以及其对应的滑行道排队长度阈值，平均停机位等待时间，平均滑行道滑行时间代入所述推出频率控制模型中，得到所述推出频率控制表达式。可选的，将所述获取的所述飞机的所述计划离港时间和所述计划推出时间的格式转化为分钟制；所述飞机推出过程建模的假设条件包括：忽略气象条件的影响，由牵引车完成的推出阶段的耗时不计入所述飞机的滑行时间以及所述飞机的推出服从先到先服务的规则。综上所述，在本专利技术实施例所提供的飞本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞机推出频率控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取飞机离港航班信息，并提出飞机推出过程建模的假设条件；其中，所述离港航班信息包括计划离港时间和计划推出时间；建立飞机的推出频率控制规则，所述控制规则包括：所述推出频率随滑行道饱和度的增加而线性下降，其中，所述滑行道饱和度为当前滑行道排队长度值和滑行道排队长度阈值之比；根据单位时间内飞机滑行过程燃油消耗成本确定飞机停机位等待成本惩罚规则；根据所述燃油消耗成本和所述停机位等待成本建立推出频率控制模型；将所述推出过程抽象为具有有限容量和可变输入率的排队过程，所述排队过程中的状态包括：停机位等待状态和滑行道排队状态，计算所述停机位等待状态和滑行道排队状态的关键指标；其中，所述停机位等待状态的关键指标包括停机位等待时间的期望，所述滑行道排队状态的关键指标包括滑行道等待时间的期望；以及结合所述停机位等待时间的期望，所述滑行道等待时间的期望以及迭代循环搜索的方式对所述推出频率控制模型进行求解以得到推出频率控制表达式，根据所述推出频率控制表达式对所述飞机的推出频率进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种飞机推出频率控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取飞机离港航班信息，并提出飞机推出过程建模的假设条件；其中，所述离港航班信息包括计划离港时间和计划推出时间；建立飞机的推出频率控制规则，所述控制规则包括：所述推出频率随滑行道饱和度的增加而线性下降，其中，所述滑行道饱和度为当前滑行道排队长度值和滑行道排队长度阈值之比；根据单位时间内飞机滑行过程燃油消耗成本确定飞机停机位等待成本惩罚规则；根据所述燃油消耗成本和所述停机位等待成本建立推出频率控制模型；将所述推出过程抽象为具有有限容量和可变输入率的排队过程，所述排队过程中的状态包括：停机位等待状态和滑行道排队状态，计算所述停机位等待状态和滑行道排队状态的关键指标；其中，所述停机位等待状态的关键指标包括停机位等待时间的期望，所述滑行道排队状态的关键指标包括滑行道等待时间的期望；以及结合所述停机位等待时间的期望，所述滑行道等待时间的期望以及迭代循环搜索的方式对所述推出频率控制模型进行求解以得到推出频率控制表达式，根据所述推出频率控制表达式对所述飞机的推出频率进行控制。2.如权利要求1所述的飞机推出频率控制方法，其特征在于，所述建立得到的所述推出频率控制规则的表达式包括：其中，λ'为实际推出频率；λ为申请推出频率；n为当前滑行道排队长度；N为滑行道排队长度阈值，n/N为滑行道饱和度。3.如权利要求1所述的飞机推出频率控制方法，其特征在于，所述飞机停机位等待成本惩罚规则的确定方法包括：选取指数函数表示所述飞机停机位等待成本的惩罚。4.如权利要求3所述的飞机推出频率控制方法，其特征在于，所述飞机停机位等待成本的惩罚的表达式包括：P＝eβt-1，其中，β＝[ln(ct+1)]/t，c为单位时间滑行燃油消耗成本，t为停机位允许等待时间的最大值。5.如权利要求1所述的飞机推出频率控制方法，其特征在于，所述建立的所述推出频率控制模型，包括：其中，CT为飞机离港总成本，c为单位时间滑行燃油消耗成本，M为申请推出的飞机总数；i为第i架离港飞机；W为滑行道等待时间，E[Wi]为第i架离港飞机的滑行道等待时间的期望；β为停机位等待惩罚系数；G为停机位等待时间，E[Gi]为第i架离港飞机的停机位等待时间的期望，Gmax为停机位等待时间的最大预设值。6.如权利要求1所述的飞机推出频率控制方法，其特征在于，所述计算所述停机位等待状态和滑行道排队状态的关键指标，包括：建立状态转移方程组，其中，所述状态转移方程组中的方程包括：其中，λ为飞机的申请推出率，n为当前滑行道排队长度，N为滑行道排队长度阈值，π0、π1......πN分别表示飞机的滑行道排队长度为0、1.......N时所分别对应的状态转移概率，μ为跑道服务率；根据所述状态转移方程组以及结合有限容量排队系统正则方程，得到飞机的滑行道排队长度为0时的状态转移概率的表达式，其中，所述有限容量排队系统正则方程为：得到的飞机的滑行道排队长度为0时的状态转移概率的表达式为：根据滑行道排队长度为0时的状态转移概率的表达式求解所述状态转移方程组，得到飞机的滑行道排队长度为n时的状态转移概率的表达式，其中，所述飞机的滑行道排队长度为n时的状态转移概率的表达式为：根据所述滑行道排队长度为n时的状态转移概率的表达式计算得到飞机的滑行道排队长度的期望以及飞机的推出频率期望，根据所述滑行道排队长度的期望和所述推出频率期望得到所述飞机的滑行道排队时间的期望；其中，所述滑行道...

【专利技术属性】
技术研发人员：廉冠，李文勇，莫琼，张亚平，邢志伟，祁首铭，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45