一种机场特种车辆调度优化方法技术

本发明专利技术涉及机场车辆调度领域，特别是一种机场特种车辆调度优化方法，其特征在于：基于加油服务和上客服务的时间约束关系，构建航班加油服务和上客服务的联合调度模型，并运用NSGA‑II算法对模型进行求解。本发明专利技术与人工调度相比：大大节省了特种车油耗及车辆流转时间；减少了车辆使用成本；加油车与摆渡车联合调度与单独调度相比：车辆使用数量大大减少，行驶路程也相对减少，同时到达时间差相差不大；本发明专利技术的车辆调度优化方法不仅限于机场的车辆调度，还可以推广到其他领域的车辆调度。故综合考虑，以加油车与摆渡车联合调度所设计的调度方案优于人工调度和单独调度。

【技术实现步骤摘要】
一种机场特种车辆调度优化方法
本专利技术涉及机场车辆调度领域，特别是一种机场特种车辆调度优化方法。
技术介绍
随着机场的规模和业务量日益扩大，繁忙机场面临的运行效率较低、协同决策能力不足的瓶颈问题日益突出。如何对基本业务快速响应，并为涉及部门提供决策支持，成为实现机场高效运行的关键问题。飞机准点率是评价航空服务质量的重要指标指标之一。航空运输准点率会收到很多因素的影响，其中机场调度等其他因素占比近30％，对航班的准点率有着很大的影响。目前，我国大部分机场对机场特种车辆的调度方式，以人工调度为主，并且是单车单航班服务的调度方式。这种调度方式效率极低，且不考虑路径优化，造成航班延误的可能性十分大。由于特种车辆成本普遍较高，机场仅提供有限的车辆来完成服务，一车服务一次的方法也会造成资源成本的浪费。对于大型枢纽机场，或处于运输高峰期的中小型机场，航班的起落在短时段内可达到较高密度。因此，需要找到高校有效的机场特种车辆调度方式，对提高机场资源的利用率，提升机场服务质量有着重大的经济、社会意义。现有研究都是针对单一类型保障车辆调度展开的，AnnaNorin，MaoX，XingZ等先后对除冰车调度进行了研究，AnnaNorin和DiYuan采用贪心随机自适应搜索算法，搜寻除冰车辆工作的最佳行驶路径，从而减少因除冰时间过长而导致的航班延误；MaoX等提出传统的集中除冰调度方法无法解决不同利益相关方自主性的问题，针对这一问题提出了以Agent作为基础的新的调度方法，这种方法可以更好地解决机场除冰调度问题；XingZ等运用博弈论相关知识研究了除冰车的调度问题，并通过实验验证了基于博弈论方法研究除冰调度问题是可行的。JiaYanDu等研究了航班地面保障服务中拖车调度的问题。建立了关于拖车调度的MIP模型；AngusCheung等针对清水车、牵引车以及清洁车三种不同的机场特种车辆的单独调度进行了研究；衡红军，晏晓东等先后对加油车动态调度问题和行李运输车的单独调度问题进行了研究；黄鹂诗借助SIMIO仿真软件进行了仿真实验，分别对加油车和摆渡车的调度进行了研究。现有研究多是针对单一类型保障车辆，未考虑不同类型保障车辆之间的服务约束关系。无法更好的体现机场特种车辆服务流程的严谨性。
技术实现思路
本专利技术针对以上不足，提出了一种将加油车和摆渡车的联合调度的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案为：一种机场特种车辆调度优化方法，基于加油服务和上客服务的时间约束关系，构建航班加油服务和上客服务的联合调度模型，并运用NSGA-II算法对模型进行求解。航班加油服务和上客服务的联合调度模型具体描述为：有m1辆加油车和m2辆摆渡车，有n个停在不同机位上的需要接受服务的航班，pi表示航班i的加油服务时间，qi表示航班i的上客服务时间，[ai,bi]表示航班i加油服务开始时间的时间窗，[ci,di]表示航班i上客服务开始时间的时间窗，根据加油服务和上客服务之间的时间约束关系，[ai,bi]应早于[ci,di]。加油服务和上客服务的时间约束关系具体为：当满足及时，表示每个航班有且只能由一个加油车一个摆渡车服务；当满足si∈[ai,bi]即ai≤si≤bi及si+pi≤ti≤di时，表示每一航班加油车与摆渡车的时间关系；当同时满足si+pi+hij+M(xik+xjk-2)≤sj+M(1-μij)ti+qi+h′ij+M(yil+yjl-2)≤tj+M(1-νij)时，表示航班i和航班j(i＜j)之间的加油服务和上客服务时间约束关系，其中，M为一个足够大的常量，当且仅当xik＝xjk＝μij＝1时，存在约束si+pi+hij≤sj，同理，当且仅当yil＝yjl＝νij＝1时，存在约束ti+qi+h′ij≤tj，其它情况下不成立；当满足xik+xjk-1≤μij+μji≤1、yil+yjl-1≤νij+νji≤1时，表示决策变量之间的关系。运用NSGA-II算法对模型进行求解，包括以下具体步骤：步骤一、采用实数编码，以车辆序号进行染色体编码，即一条染色体上是所有航班对应的服务车辆，染色体长度为K＝M+D，M为目标函数个数，D为总航班数目，编码形式如下：s11s22s33…snk…sflightnumNj+l11l22…lnk…llightnumNb+D1…D3，其中snk表示为第n架航班服务的加油车为k车，lnk表示为第n架航班服务的摆渡车为k车，D+1到k位为目标函数值，目标函数每次读入一条染色体，只有决策变量部分进行计算，并返回目标函数值，目标函数值储存在该染色体的末端，方便计算并处理数据；步骤二、按照机场特种车辆调度模型计算种群中每个个体的适应度值，再根据个体的适应度值进行非劣分层，计算同一层级个体的拥挤度；步骤三、每一代进行如下操作：选择适合繁殖的父母；在选择的父母之间进行交叉变异操作；在父母和后代之间进行选择操作；用适应的个体替代不适应个体，以保证种群数量是个常数；步骤四、生成父代种群：按照步骤三中父代种群与子代种群合并原理，将父代与子代种群合并从而得到新的父代种群；步骤五、判断是否满足终止条件，算法的终止条件为达到最大的迭代代数，若满足终止条件，则终止迭代；否则，返回到步骤二。所述步骤一中染色体编码的具体步骤为：初始设定加油车与摆渡车的总数，并给车辆分别编号，为每一架航班匹配随机产生0到各特种车总数内的车辆编号，直到N个航班全部匹配，将加油车与摆渡车的染色体拼成一维向量，将目标函数值储存在染色体的末端，最终构成一条染色体。所述每个个体的适应度值分别为：加油车与摆渡车总数量最少车辆形式路径最短车辆到达时间与允许最早开始服务时间时间差最小min(∑f1+∑f2)所述步骤三中交叉变异操作的具体过程为：采用单点交叉变异的方式，将群体中的个体随机的两两匹配成对，每对个体的交换方式为：随机选取两个位置，将两个父代中k1和k2之间的元素进行交换，计算交换后的两个新的子代的适应度，如果两个子代的适应度均比父代大，则完成交换产生两个子代；如果子代的适应度一个比父代大而另一个比父代小，则保留大的子代而还原小的子代为父代；如果子代的适应度均比父代小，则取消此次的交换，即交换后的两个新的子代要求出其适应度，按照适应度的值比父代适应度的值的大小，来确定交换的方式。所述步骤三中选择操作的具体过程为：采用二进制锦标赛选择方法，选择时，随机选中两个个体并比较他们的适应度，适应度最好的个体被选择为父代，直至达到配对池数量。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过加油车和摆渡车的联合调度，基于加油服务和上客服务的时间约束关系，提出了航班加油服务和上客服务的联合调度模型，并运用NSGA-II算法对模型进行求解，实验结果表明，所提出的模型能较好地解决加油车和摆渡车协同调度问题。(1)本专利技术与人工调度相比：大大节省了特种车油耗及车辆流转时间；减少了车辆使用成本。(2)加油车与摆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机场特种车辆调度优化方法，其特征在于：基于加油服务和上客服务的时间约束关系，构建航班加油服务和上客服务的联合调度模型，并运用NSGA-II算法对模型进行求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种机场特种车辆调度优化方法，其特征在于：基于加油服务和上客服务的时间约束关系，构建航班加油服务和上客服务的联合调度模型，并运用NSGA-II算法对模型进行求解。


2.根据权利要求1所述一种机场特种车辆调度优化方法，其特征在于：航班加油服务和上客服务的联合调度模型具体描述为：有m1辆加油车和m2辆摆渡车，有n个停在不同机位上的需要接受服务的航班，pi表示航班i的加油服务时间，qi表示航班i的上客服务时间，[ai,bi]表示航班i加油服务开始时间的时间窗，[ci,di]表示航班i上客服务开始时间的时间窗，[ai,bi]早于[ci,di]。


3.根据权利要求1所述一种机场特种车辆调度优化方法，其特征在于：加油服务和上客服务的时间约束关系具体为：
当满足及时，表示每个航班有且只由一个加油车和一个摆渡车服务；
当满足si∈[ai,bi]即ai≤si≤bi及si+pi≤ti≤di时，表示每一航班加油车与摆渡车的时间约束关系；当同时满足
si+pi+hij+M(xik+xjk-2)≤sj+M(1-μij)
ti+qi+h′ij+M(yil+yjl-2)≤tj+M(1-νij)
时，表示航班i和航班j(i＜j)之间的加油服务和上客服务时间约束关系，其中，M为一个足够大的常量，当且仅当xik＝xjk＝μij＝1时，存在约束si+pi+hij≤sj，同理，当且仅当yil＝yjl＝νij＝1时，存在约束ti+qi+h′ij≤tj，其它情况下不成立；
当满足xik+xjk-1≤μij+μji≤1、yil+yjl-1≤νij+νji≤1时，表示决策变量之间的关系；
其中，m1：加油车总数；m2：摆渡车总数；n：不同机位上的需要接受服务的航班总数；ai：航班i接受加油车服务允许的最早开始服务时间；bi：航班i接受加油车服务允许的最晚开始服务时间；[ai,bi]：加油车服务时间窗；ci：航班i接受上客服务允许的最早开始服务时间；di：航班i接受上客服务允许的最晚开始服务时间；[ci,di]：摆渡车服务时间窗；pi：燃油加注时间30min；qi：摆渡车服务时间15min；hij：加油车从航班i所在机位到达航班j所在机位所需要的时间；dij：加油车从航班i所在机位到达航班j所在机位的距离；h′ij：摆渡车从航班i所在机位到达航班j所在机位所需要的时间；d′ij：摆渡车从航班i所在机位到达航班j所在机位的距离；d0i：加油车从车场到航班i停机位的距离；d′0i：摆渡车从车场到航班i的距离；xik：加油车k是否指派给航班i；yil：摆渡车l是否指派给航班i；zk：加油车k是否被使用；z′l：摆渡车l是否被使用；si：航班i的加油服务开始时间；ti：航班i的上客服务开始时间；s′i：加油车到达航班i所在停机位的时间；t′i：摆渡车到达航班i所在停机位的时间。


4.根据权利要求1所述一种机场特种车辆调度优化方法，其特征在于：运用...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾召华，贾丽琦，李娇，黄维，章翔瑞，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61