基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法，包括以下步骤：步骤S1，中枢辐射式航线网络枢纽机场选址；步骤S2，构建环境影响评估模型；步骤S3，引入点对点式航线网络进行对比分析；步骤S4，搭建基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络；步骤S5，根据构建的多目标优化模型，生成绿色中枢辐射式航线网络；步骤S6，灵敏度分析。本发明专利技术方法将航空器在航线网络中运行产生的环境影响考虑在内，在减少总客流量运输成本的同时，降低了中枢辐射式航线网络的环境影响，有利于开展对中枢辐射式航线网络优化设计的研究，也有利于我国航空运输业的可持续发展。

【技术实现步骤摘要】
基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法
本专利技术涉及基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法，属于航线网络优化

技术介绍
随着经济全球化的迅速发展，航空运输业呈现蓬勃向上的发展趋势，其已经成为可以支撑起世界各国经济发展的重要产业，可以将各个国家、地区进行连接，达到全世界的互联互通。但是，在全球经济迅速发展、航空出行便利的同时，交通运输量以持续猛增的状态迅速增长，航空器运行消耗燃油，造成污染气体排放、温室效应等一系列环境问题亦不容忽视。航空器在运行过程中，由于高空持续时间久、飞行距离长、产生的污染气体排放在大气中，与地面相比更加难以被吸收，因此对环境的影响是个长久的过程。有关调查研究显示，航空运输业以每年3.6％的温室气体排放增长率迅速增加，根据国际民航组织(ICAO)的统计数据，按照当前温室气体排放增长趋势，全球的航空排放量预计到2036年将比2006年高出1.5-3倍；预计到2050年，航空运输业产生的二氧化碳排放量将比2010年增加近4倍。除此之外，增加的燃油成本是航空运输业面临的另一个问题。国际航空运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S1，中枢辐射式航线网络的枢纽机场选址；/n步骤S2，构建环境影响评估模型；/n步骤S201，建立航空器的排放和航空器的燃油消耗模型；/n步骤S202，评估计算航空器的燃油消耗和航空器的污染物排放情况；/n步骤S203，构建环境影响评估模型；/n步骤S3，将中枢辐射式航线网络与点对点式航线网络对比分析；/n步骤S301，根据环境影响评估模型，评估计算点对点式航线网络的环境影响；/n步骤S302，将点对点式航线网络与中枢辐射式航线网络进行对比分析，得到中枢辐射式航线网络和点对点式航线网络的环境影响情况；/n步...

【技术特征摘要】
1.基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，中枢辐射式航线网络的枢纽机场选址；
步骤S2，构建环境影响评估模型；
步骤S201，建立航空器的排放和航空器的燃油消耗模型；
步骤S202，评估计算航空器的燃油消耗和航空器的污染物排放情况；
步骤S203，构建环境影响评估模型；
步骤S3，将中枢辐射式航线网络与点对点式航线网络对比分析；
步骤S301，根据环境影响评估模型，评估计算点对点式航线网络的环境影响；
步骤S302，将点对点式航线网络与中枢辐射式航线网络进行对比分析，得到中枢辐射式航线网络和点对点式航线网络的环境影响情况；
步骤S4，搭建基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络；
步骤S401，建立中枢辐射式航线网络的成本模型；
步骤S402，考虑机场气象数据，建立航空器的污染物排放评估模型；
步骤S403，建立航空器的噪声影响模型；
步骤S5，根据构建的多目标绿色航空模型，生成绿色中枢辐射式航线网络；
步骤S6，中枢辐射式航线网络的灵敏度分析；
步骤S601，对中枢辐射式航线网络中转运部分的折扣系数进行分析；
步骤S602，分析噪声灵敏度对机队组成的影响；
步骤S603，分析航空器的污染物排放对机队组成的影响。


2.根据权利要求1所述的基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法，其特征在于，步骤S1包含以下步骤：
步骤S101，选取代表城市；
步骤S102，进行枢纽机场选址；
步骤S103，构建初始的中枢辐射式航线网络。


3.根据权利要求2所述的基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法，其特征在于，在所述步骤S101中，对前两年的民航机场旅客吞吐量进行排序，选择旅客吞吐量排名前20位的机场所在的城市为代表城市，对其旅客吞吐量和航段距离数据进行收集汇总；
在步骤S102中，忽略枢纽机场和航线的容量限制，对于枢纽机场的个数提前给定，枢纽机场限制在中枢辐射式航线网络的节点范围内，枢纽机场之间直接连接，非枢纽机场之间通过枢纽机场间接连接，非枢纽机场之间的客流经过枢纽机场进行中转，非枢纽机场与枢纽机场之间是多分配连接方式，以总客流量运输成本最低为目标，建立起中枢辐射式航线网络枢纽机场选址模型，求解出枢纽机场以及枢纽机场与非枢纽机场之间的航线分配方案，从而构建出初始的中枢辐射式航线网络。


4.根据权利要求1所述的基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法，其特征在于，在所述步骤S201中，基于航空器的污染物排放和航空器的燃油消耗模型对中枢辐射式航线网络进行评估，其中，污染物总排放量表示为：



其中，Tj是机型为j的航空器的运行时间；Gj表示机型为j的航空器的发动机数量；Fj表示机型为j的航空器在运行时间Tj内的燃油流率；Ij,p表示机型为j的航空器关于p污染物的排放指数，污染物主要为CO、HC和NOx；
计算航空器的燃油消耗率：












公式(2)中，Fc表示爬升阶段的燃油流量，Vt表示真空速，Cf1表示第一单位推力的燃油消耗系数，Cf2表示第二单位推力的燃油消耗系数，K是发动机推力；公式(3)中，Fd下降阶段的燃油流量，Cf3为第一下降阶段的燃油消耗系数，Cf4为第二下降阶段燃油流率；公式(4)中，Fl表示巡航阶段的燃油流量，Cfr表示巡航阶段的燃油流率；A为飞行高度；U为航空器的总燃油消耗量；
在步骤S202中，根据步骤S201中构建好的航空器的排放和航空器的燃油消耗模型，对中枢辐射式航线网络的环境影响情况进行评估计算，得到整个中枢辐射式航线网络航空器的燃油消耗和航空器的污染物排放情况。


5.根据权利要求4所述的基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法，其特征在于，在所述步骤S301中，根据选定的代表城市的机场，将任意两个通航的机场之间连成一条航线，从而构建起点对点式的航线网络，根据构建好的环境影响评估模型来评估计算整个点对点式航线网络中航空器的燃油消耗以及航空器的污染物排放情况；
在步骤S302中，根据航空器的环境影响评估模型，对航空器分别在中枢辐射式航线网络中的环境影响和点对点式航线网络中的环境影响进行评估计算并对比分析，根据公式(1)至(5)，计算出航空器在航线网络中运行产生的燃油消耗量和污染物排放量。


6.根据权利要求1所述的基于绿色航空模型的中枢辐射式航线网络优化设计方法，其特征在于，在步骤S401中，建立中枢辐射式航线网络的成本模型：
1)将每个起讫点之间的路径分为三个部分：汇运、转运和分运；
2)定义汇运的成本系数为χ、转运的成本系数为α和分运的成本系数为δ，由于在中枢辐射式航线网络的运营中枢纽机场之间的转运具有规模经济性，所以设置0≤α≤χ，δ≤1；
3)由于旅客运输的特殊性，规定旅客经过枢纽机场周转的次数最多为两次；
4)在各个枢纽机场之间采用座位数在200座以上的航空器进行运输，在非枢纽机场和枢纽机场之间采用座位数在151-200座的航空器进行运输；
以航空运输的客流量运输总成本最小为目标函...

【专利技术属性】
技术研发人员：田勇，孙梦圆，彭秋萍，万莉莉，李超，张梦雅，
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