航空公司飞行任务的自动组环优化算法研究与实现

摘要

随着近年来中国民航客运行业的高速发展，国内机场数量、航班起降数量以及航空公司飞机的拥有数量都在逐年增加。运输网络日趋庞大和复杂，运输网络上所承载的运力也在逐年上升。面对上述行业发展规模，国内各航空公司均投入了大量的人力物力进行航班排班问题的研究和应用，目的是为了能够快速、准确的安排飞机的运营线路，尽最大可能降低飞机运营的成本。
　　根据航班飞行任务计划来安排航班和人员作为民航企业日常生产经营中的一项重要活动，如何制定合理的排班计划，有效地组织航空运输生产活动具有重要意义。一般来讲，航空公司都将飞机飞行任务按照航班计划组成环状任务串，并希望能够借助计算机技术将飞行任务的安排过程计算机化。国内由于民航业较国际发展相对滞后，此方面研究也晚于国际水平。之前的研究和应用更多的注重于排班结果的优化，随着国内航空公司客运量和航线航班数量的增长，更为基础的飞行任务组环的优化也得到航空公司的重视。
　　本文将针对国内航空公司生产计划中的飞行任务组环问题的特点，结合该问题中的各类条件，建立相应数学模型，实现对满足约束条件飞行任务环进行优化筛选，生成近似最优解作为机组配对及机组成员指派问题的基础。设计和实现过程中，本文在传统遗传算法的基础上，根据特定问题的特性，首先对航班计划表中各元素、约束规则建立数学模型，然后有针对性的设计算法流程和算法参数以适应航空公司的具体要求，最后编写执行程序加以实现。在实例测试中，程序能够在符合各项约束规则的条件下输出任务环上的航班号及飞行总时长。程序快速且准确的完成了航班计划的组环工作，从而证明了模型的正确性与实用性。自动组环模型的建立和实现，能够帮助航空公司提高飞机排班的效率与准确度，具备实现航空公司实现运营的精细化管理、有效控制运营成本和提高灵活快速相应市场的能力等意义。
　　本论文研究选题来源于上海民航华东凯亚系统集成有限公司与复旦大学的合作研究项目“华东凯亚航空公司飞行机组自动排班建模及优化引擎软件开发”。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与选题意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 选题意义

1．2 国内外研究综述

1．2．1 文献检索

1．2．2 研究综述

1．3 本文的研究内容

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

第二章 航空公司飞行任务的组环问题分析

2．1 航空公司飞行生产计划

2．1．1 相关基本术语

2．1．2 飞机排班计划

2．1．3 机组排班计划

2．1．4 计划编制流程

2．2 飞行任务组环的问题分析

2．2．1 任务组环问题

2．2．2 任务组环方法

2．2．3 系统解决思路

2．3 本章小结

第三章 自动组环优化算法的关键技术研究

3．1 建模技术

3．1．1 运筹学建模

3．2．2 数据挖掘建模

3．2 算法研究

3．2．1 最优化算法

3．2．2 启发式算法

3．3 算法选择

3．4 本章小结

第四章 基于遗传算法的自动组环优化算法设计

4．1 标准遗传算法概述

4．1．1 基因的染色体编码

4．1．2 初始种群与适应度

4．1．3 遗传操作中的算子

4．2 任务组环数学模型

4．3 组环优化算法设计

4．3．1 初始种群设计

4．3．2 染色体编码设计

4．3．3 适应度计算设计

4．3．4 遗传算子设计

4．4 组环优化算法试算

4．4．1 试算算例描述

4．4．2 Matlab试算编码

4．4．3 算法试算结果

4．5 本章小结

第五章 基于遗传算法的自动组环优化算法实现

5．1 自动组环算法的实现

5．1．1 C语言概述

5．1．2 软件设计及编译环境

5．1．2 优化算法程序设计

5．1．3 部分关键程序代码

5．2 测试与结果分析验证

5．3 本章小结

第六章 本文的总结与展望

6．1 论文研究总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢

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