地面等待策略中的时隙分配模型与算法研究

摘要

地面等待策略是解决机场拥挤的一种有效方法，其核心问题就是时隙分配问题。本论文较全面地分析了地面等待策路（GHP）中的时隙分配问题的历史发展和最新研究成果；从集权式和分布式两种分配方式出发，对时隙分配问题的数学模型和分配算法展开了深入的研究，为科学合理的分配时隙提供了理论依据。 本论文分析了时隙分配问题中时隙、时隙分配等概念，重点阐述了时隙分配的3个属性：有效性、效率性和公平性，为时隙分配奠定基础。 确定可用时隙数量是实现有效性的基础。本论文明确了容量样本、容量样本聚类、典型容量样本、典型容量样本树、典型容量值、有效容量与有效时隙等概念，分析了相互之间的关系。然后利用自组织神经网络（SOM）和k均值（k-means）混合聚类算法对容量样本的历史数据进行了聚类分析，获得了典型容量值，计算了相应的出现概率。在此基础上利用随机GHP模型，采用数学归纳法研究了有效容量的判别方法，从而确定有效时隙，并对上述方法进行了验证。 针对单目标集权式时隙分配，建立了加入公平性因素的均衡优化模型。效率性用减少延误时间或减少延误成本来表征，公平性则要根据具体问题而定。对效率性和公平性进行量化处理，以效率性为目标函数、有效性和公平性为约束条件建立单目标优化模型。利用人工鱼群算法快速求解模型，并进行了算例分析。 针对多目标集权式时隙分配，建立了多目标优化模型。效率性用航空公司和流量管理部门的决策目标来表征，公平性用尽可能满足这些决策目标来表征。研究了提高航班正点率、减少旅客延误时间、减少延误成本等航空公司和流量管理部门关注的决策目标，从而建立了多目标优化模型。改进了人工鱼群算法来寻求多目标优化的Pareto解集，并进行了算例分析。 针对时隙交换的分布式分配方式，以序贯博弈理论为指导，建立了时隙分配模型，并提出了启发式算法。效率性用航空公司的决策目标来表征，公平性用尽可能满足这些决策目标来表征。在完全且完美信息情况下，在同一博弈过程分别考虑了单一决策目标和多种决策目标，建立了模型，提出了逆向归纳法、固定优先权TTC和动态优先权3种分配方法，并进行了算例分析。 针对时隙交易的分布式分配方式，以拍卖理论为指导，研究了分配规则和支付规则。效率性用整体收益最大来表征，公平性用航空公司获得自己期望的投标来表征。在不完全信息情况下，建立了单一拍卖和组合拍卖模型来获得最优分配，然后在vickrey支付规则的基础上，设计了满足预算平衡的支付规则，最后对标价策略以及各种支付规则的影响进行了算例分析。 本文对地面等待策略中的时隙分配模型与算法进行了比较全面、系统的研究，所提出的分配方法针对性强且易于实现，弥补了我国在该领域研究基础薄弱的不足，不仅完善了时隙分配的理论与方法，而且有助于协同决策（CDM）理论在空中交通流量管理领域的进一步研究和应用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、注释表、缩略语

声明

第一章 绪论

第二章 时隙分配的概念与属性研究

第三章 基于容量样本聚类的有效时隙研究

第四章 基于单目标优化的集权式时隙分配研究

第五章 基于多目标优化的集权式时隙分配研究

第六章 基于博弈的分布式时隙分配研究

第七章 基于拍卖的分布式时隙分配研究

第八章 结论与展望

参考文献

致 谢

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