一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法技术

本发明专利技术公开了一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法，包括：获取空管情报信息，所述空管情报信息包括跑道运行参数信息和气象信息；根据所述气象信息和跑道运行参数获取约束变量信息；根据所述约束变量信息构建混合整数线性规划模型；对所述混合整数线性规划模型采用特定算法进行求解，得到约束目标函数在约束条件定义域内的最优解，并根据所述约束目标函数最优解进行进离场航班优化排序。本发明专利技术将航班进场和离场问题集成至一个约束模型内表示，同时考虑多跑道运行情况；当跑道运行模式在单跑道运行模式、相关运行模式、独立运行模式之间发生切换时，所述模型能根据实际管制运行需求输出组合最佳排序方案。际管制运行需求输出组合最佳排序方案。际管制运行需求输出组合最佳排序方案。

【技术实现步骤摘要】
一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法


[0001]本专利技术涉及机场航班排序
，具体涉及一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法。

技术介绍

[0002]跑道是衔接空域和场面的必要组成部分，跑道容量作为量化机场运行效率的主要参考指标，其决定着进离场交通流能否处于稳定流动状态。提升跑道容量的最直接的方式是增加跑道数量，即利用空域资源换取时间资源，但这势必会带来空间、资金和人员巨大消耗，且空间资源相对有限，不能无限对跑道进行扩建。对于多跑道机场，提升跑道容量间接的方式是优化跑道运行模式和航班优化排序。其中，优化跑道运行模式则将多条跑道根据跑道构形和进离场程序，采用独立平行仪表进近、相关平行仪表进近、独立平行离场、隔离平行运行四种基本运行模式的不同组合方式实现跑道容量最大化。航班优化排序则是在满足一定准则约束下确定航班在各条跑道上最佳的起飞/降落次序以提升跑道实时容量。
[0003]一般而言，多跑道一般具有以下两类运行模式：多跑道独立运行模式是指任意两条平行跑道中心线距离大于760米时，多条跑道可以同时用于航班进场和离场，并且不同跑道的进离场交通流彼此之间互不相关的运行模式。多跑道相关运行模式是指任意两条跑道中心线距离小于760米，多跑道间的进离场交通流相互影响，在该模式下不同跑道航班对降落/起飞需要配备规定的雷达间隔，同跑道降落航班对也需满足尾流间隔标准。即必须采用相关运行模式起降航班，即呈现出跑道之间的距离越近,影响越大,跑道数量越多，运行越复杂的特征。
[0004]目前国内外专利和论文主要聚焦以下多跑道机场进离场航班优化排序方法：
[0005](1)先到先服务排序方法(FCFS)：目前最常用的进离场航班排序方法按照先到先服务原则根据每架航班的估计到达时间(ETA)和估计离场时间(ETD)依次为航班分配跑道和可用时隙。该方法较大概率直接输出局部可行解，其并不能提供最大吞吐量或最小航班总延误的排序计划.
[0006](2)航班进离场独立优化排序方法：该方法将进离场航班排序分解为两个独立的子问题分别进行求解，即航班进场排序问题和航班离场排序问题。首先求解航班进场排序问题，为每架进场航班分配跑道和时隙，并对该跑道和时隙进行冻结，以提供固定和不可变进场航班时刻表。其次，求解航班离场排序问题，即对离场航班序列进行优化排序。最后，在满足尾流间隔约束条件下，将进场航班时隙依次插入至离场航班时隙中优化航班进离场时刻表。该方法将航班进场和离场视为两个独立的过程，其输出为局部最优解，在一定程度上其输出结果优于先到先服务排序方法，但该方法仍未得到最佳排序计划。
[0007](3)多变量约束优化进离场航班排序方法：目前大多前瞻性研究聚焦将航班进离场排序问题抽象为多变量约束优化进离场航班排序模型，即给定一个或多个约束目标函数以及一系列约束条件建立数学规划模型。目前数学模型大多为非混合线性规划模型，通常采用智能优化算法进行求解。然而，智能优化算法需要大量算力进行迭代，通常情况无法满
足实时输出的需求。
[0008]同时，目前多跑道机场进离场航班优化排序模型较为零散，无法将单跑道航班排序、多跑道独立运行模式航班排序、多跑道相关运行模式航班排序场景进行统一关联、表达，导致工程应用价值较低。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法，包括：
[0010]获取空管情报信息，所述空管情报信息包括跑道运行参数信息和气象信息；
[0011]根据所述气象信息确定跑道运行模式，并根据所述跑道运行模式和跑道运行参数获取约束变量信息；
[0012]根据所述约束变量信息构建混合整数线性规划模型，所述混合整数线性规划模型包括约束目标函数和约束条件；
[0013]对所述混合整数线性规划模型采用特定算法进行求解，得到约束目标函数在约束条件定义域内的最优解，并根据所述约束目标函数最优解进行进离场航班优化排序；
[0014]所述根据所述约束变量信息构建混合整数线性规划模型，包括：
[0015]根据所述约束变量信息构建前序进场
‑
后续进场尾流间隔约束条件，以约束前序进场
‑
后续进场航班对的时间间隔大于标准尾流分离间隔；
[0016]所述前序进场
‑
后续进场尾流间隔约束条件包括：
[0017]t
p
≥t
p
‑
RL
+(ya
i，p
+ya
j，p
‑1‑
1)d
i，j
+(ya
i，p
+ya
j，p
‑1‑
1)dst
i，j
+ψa
i，r
(d
i，j
‑
dst
i，j
)+ψa
j，r
d
i，j
+ψa
j，r
‑1(2d
i，j
+dst
i，j
‑
2D
max
)
‑
2d
i，j
[0018][0019]其中，t
p
为航班被委派于位置槽p的计划进离场时间，t
p
‑
RL
为航班被委派于位置槽p
‑
RL的计划进离场时间，ya
i，p
为进场航班i位置槽p选择0
‑
1决策变量，ya
j，p
‑1为进场航班j位置槽p
‑
1选择0
‑
1决策变量，ψa
i，r
为进场航班i跑道r选择0
‑
1决策变量，ψa
j，r
为进场航班j跑道r选择0
‑
1决策变量，ψa
j，r
‑1为进场航班j跑道r
‑
1选择0
‑
1决策变量，d
i，j
为前序i航班与后续j航班基于时域的同跑道进离场航班对最小尾涡分离时间，dst
i，j
为前序i航班与后续j航班基于时域的相关跑道进离场航班对最小尾涡分离时间，D
max
为同跑道下最大进离场航班对尾涡分离时间。
[0020]进一步地，所述根据所述气象信息确定跑道运行模式，并根据所述跑道运行模式和跑道运行参数获取约束变量信息，包括：
[0021]根据所述气象信息确定跑道运行模式，所述机场跑道运行模式包括单跑道运行模式、相关跑道运行模式、独立跑道运行模式；
[0022]根据所述跑道运行模式和跑道运行参数获取约束变量信息，所述约束变量信息包括进离场航班集合、进离场排序队列可用位置槽、机场可用跑道集合、航班估计进离场时间集合、进离场航班数量、进离场航班最大延误量、基于时域的同跑道进离场航班对最小尾涡分离时间、基于时域的相关本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法，其特征在于，包括：获取空管情报信息，所述空管情报信息包括跑道运行参数信息和气象信息；根据所述气象信息确定跑道运行模式，并根据所述跑道运行模式和跑道运行参数获取约束变量信息；根据所述约束变量信息构建混合整数线性规划模型，所述混合整数线性规划模型包括约束目标函数和约束条件；对所述混合整数线性规划模型采用特定算法进行求解，得到约束目标函数在约束条件定义域内的最优解，并根据所述约束目标函数最优解进行进离场航班优化排序；所述根据所述约束变量信息构建混合整数线性规划模型，包括：根据所述约束变量信息构建前序进场
‑
后续进场尾流间隔约束条件，以约束前序进场
‑
后续进场航班对的时间间隔大于标准尾流分离间隔；所述前序进场
‑
后续进场尾流间隔约束条件包括：t
p
≥t
p
‑
RL
+(ya
i，p
+ya
j，p
‑1‑
1)d
i，j
+(ya
i，p
+ya
j，p
‑1‑
1)dst
i，j
+ψa
i，r
(d
i，j
‑
dst
i，j
)+ψa
j，r
d
i，j
+ψa
j，r
‑1(2d
i，j
+dst
i，j
‑
2D
max
)
‑
2d
i，j
其中，t
p
为航班被委派于位置槽p的计划进离场时间，t
p
‑
RL
为航班被委派于位置槽p
‑
RL的计划进离场时间，ya
i,p
为进场航班i位置槽p选择0
‑
1决策变量，ya
j，p
‑1为进场航班j位置槽p
‑
1选择0
‑
1决策变量，ψa
i，r
为进场航班i跑道r选择0
‑
1决策变量，ψa
j，r
为进场航班j跑道r选择0
‑
1决策变量，ψa
j，r
‑1为进场航班j跑道r
‑
1选择0
‑
1决策变量，d
i，j
为前序i航班与后续j航班基于时域的同跑道进离场航班对最小尾涡分离时间，dst
i，j
为前序i航班与后续j航班基于时域的相关跑道进离场航班对最小尾涡分离时间，D
max
为同跑道下最大进离场航班对尾涡分离时间。2.根据权利要求1所述的一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法，其特征在于，所述根据所述气象信息确定跑道运行模式，并根据所述跑道运行模式和跑道运行参数获取约束变量信息，包括：根据所述气象信息确定跑道运行模式，所述机场跑道运行模式包括单跑道运行模式、相关跑道运行模式、独立跑道运行模式；根据所述跑道运行模式和跑道运行参数获取约束变量信息，所述约束变量信息包括进离场航班集合、进离场排序队列可用位置槽、机场可用跑道集合、航班估计进离场时间集合、进离场航班数量、进离场航班最大延误量、基于时域的同跑道进离场航班对最小尾涡分离时间、基于时域的相关跑道进离场航班对最小尾涡分离时间、航班最大位移偏移量以及同跑道下最大进离场航班对尾涡分离时间。3.根据权利要求2所述的一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法，其特征在于，所述根据所述跑道运行模式和跑道运行参数获取约束变量信息，包括：当所述机场跑道运行模式为相关跑道运行模式时，所述基于时域的相关跑道进离场航班对最小尾涡分离时间的范围为：大于0且小于等于同跑道下最大进离场航班对尾涡分离时间；当所述机场跑道运行模式为独立跑道运行模式时，所述基于时域的相关跑道进离场航班对最小尾涡分离时间为0；
当所述机场跑道运行模式为单跑道运行模式时，设定跑道条数为1，且所述基于时域的相关跑道进离场航班对最小尾涡分离时间为0。4.根据权利要求3所述的一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法，其特征在于，所述根据所述跑道运行模式和跑道运行参数获取约束变量信息，还包括：定义决策变量，所述决策变量包括进离场航班
‑
位置槽选择0
‑
1决策变量、进离场航班
‑
跑道选择0
‑
1决策变量以及航班被委派于特定位置槽的计划进离场时间；当进离场航班选择特定位置槽时，定义所述进离场航班
‑
位置槽选择0
‑
1决策变量为1，否则为0；当进离场航班选择特定跑道时，定义所述进离场航班
‑
跑道选择0
‑
1决策变量为1，否则为0。5.根据权利要求4所述的一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法，其特征在于，所述根据所述约束变量信息构建混合整数线性规划模型，包括：根据所述进离场航班
‑
位置槽选择0
‑
1决策变量、航班被委派于特定位置槽的计划进离场时间以及航班估计进离场时间集合构建约束目标函数；所述约束目标函数包括：minimize：其中，P为进离场排序队列可用位置槽，t
p
为航班被委派于位置槽p的计划进离场时间，ya
f,p
为进场航班f位置槽p选择0
‑
1决策变量，yd
f,p
为离场航班f位置槽p选择0
‑
1决策变量，Eta
f
为进场航班f估计进场时间集合，Etd
f
为离场航班f估计离场时间集合。6.根据权利要求5所述的一种面向跑道运行模式切换的进离场航班优化排序方法，其特征在于，所述根据所述约束变量信息构建混合整数线性规划模型，还包括：根据所述进离场航班数量和进离场航班
‑
位置槽选择0
‑
1决策变量，构建进离场航班数量约束条件，以约束在航班指派过程中航班数量等于排序计划航班数量；根据所述进离场航班
‑
位置槽选择0
‑
1决策变量，构建航班唯一性约束条件，以约束每个位置槽仅有一架航班进行起降；根据所述进离场航班
‑
位置槽选择0
‑
1决策变量，构建进离场排序队列位置槽选择唯一性约束，以约束每个位置槽的航班分配唯一跑道；根据所述进离场航班
‑
位置槽选择0
‑
1决策变量和进离场航班
...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏朝禹，杨春嵘，侯昌波，裴锡凯，薛康，郭春波，于跃，范丽娟，
申请(专利权)人：中国民用航空总局第二研究所，
类型：发明
国别省市：