基于运行安全的机场停机位分配问题研究

摘要

停机位是民用机场中的重要运行设施和资源，为每个进离港的航班选择并分配合理的停机位是机场运行管理中的一项核心任务。现有的停机位分配问题研究主要基于运行效率等方面，对于停机位分配时飞机的运行安全性考虑较少。本文以避免飞机推出冲突为切入点，运用安全管理中防患于未然的管理理念，在概念创新和原有只考虑效率研究的基础上，系统研究了兼顾运行安全和运行效率的停机位分配优化问题。 本论文详细讨论了现有停机位分配相关问题的研究现状，分析了现有研究中的不足之处，指出实现系统运行安全和运行效率双赢是本文研究停机位分配问题的新思维。文章对机场停机位分配问题的研究对象进行了描述，给出了建模需要考虑的约束条件和现有主要优化目标的数学描述，并对影响问题求解的因素和问题求解方法进行了讨论。 在对飞机机坪运行冲突进行分析的基础上，研究了机位资源充足时考虑运行安全的停机位分配问题。提出以“关口前移”的主动避免方法，将限制推出冲突的条件作为安全性约束，建立了推出冲突避免的单目标停机位分配问题新模型。在问题规模较小时，采用整数规划对其进行精确求解；在问题规模增大时，考虑到变量和约束条件数量快速增长带来的组合爆炸问题，设计粗粒度并行遗传算法进行求解。在停机位资源充足的条件下，该模型可达到避免冲突且尽量提高运行效率的目的。 考虑到繁忙机场高峰时段经常出现的停机位资源暂时短缺现象，以及严格约束可能导致的不可解性问题，提出以解除冲突导致的相关旅客等待时间来评价分配方式的运行安全性，建立机坪冲突影响最小化的过约束停机位分配问题新模型，并采用粗粒度并行遗传算法进行求解，得到的优化分配方式可有效降低飞机的邻接机位冲突、机坪滑行冲突，以及停机位资源短缺时分配到同一机位的连续航班对机位利用的冲突等不安全因素的影响。 对机位资源充足时的推出冲突避免多目标机位分配问题进行了研究。采用机位空闲时间段的模糊隶属度代替确定性的0-1关系来描述航班-机位之间的匹配程度，并设计基于航班-机位模糊隶属度的调节函数，将分配方式鲁棒性和旅客行走距离最小两个重要优化目标转换为单目标，采用粗粒度并行遗传算法进行优化，在避免推出冲突条件下达到两个相矛盾目标之间的妥协优化。 考虑运行安全和运行效率等目标，研究了过约束的多目标停机位分配问题，优化目标包括基于运行安全的相关旅客等待时间最小，以及旅客模糊行走距离最小、行李模糊搬运距离最小。设计基于Pareto排序的多目标粗粒度并行遗传算法对其进行优化，优化结果可获得一组在Pareto前沿分布均匀的Pareto最优解集合，供决策者选择。 此外，对现有停机位分配问题的主要研究方向进行了分析和改进。分析和设计了预分配方式鲁棒性目标的优化算法；对旅客行走距离最小目标的优化特点进行了分析；对机位资源受限时考虑机型匹配的航班靠桥率最大化优化算法进行了研究；对实时运行中部分航班时刻发生改变的停机位实时再分配问题进行了分析和建模，并采用启发式算法和禁忌搜索算法进行优化。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第一章 绪论

第二章 停机位分配问题概述

第三章 经典停机位分配问题研究

第四章 基于运行安全的停机位分配问题

第五章 基于运行安全的停机位分配问题进一步研究

第六章 兼顾运行安全的多目标停机位分配问题

第七章 结论与展望

参考文献

致　谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录