民用机场停机位退出运营计划的反推算法及仿真

摘要

改革开放后，随着我国经济的高速增长，民航业获得了高速的发展。特别是近十年来，飞机数量发生了巨大的变化。飞机数量的巨额增加，空中交通流量也显著增加。枢纽机场的容量压力越来越大，建设第二或第三条跑道已成为必然趋势，机场的运营调度问题将日趋复杂，管制人员的工作负荷也大幅度增加，机场的运营安全和效率面临新的考验。原有的空中交通管制系统已经不能满足日益增长的交通流量需求。仅仅通过改善空中交通管制和机场的地面设施已经不能作为提高空中交通流量的主要增长点，应该从管制方式和机场地面调度入手，建立更加优化的运营计划，以便更有效地利用有限的空域和地面机场资源。
　　 本文采用工程设计和系统分解的方法，从系统的功能需求（或优化目标）、约束条件、设计参数和变量元等方面对跑道运营计划(ROP)进行全面、深入的分析，提出一种对机场跑道运营计划问题进行分解的方法及数学模型，进而设计出相应的分阶段优化算法。
　　 分阶段优化算法的最终输出为跑道运营计划，即给定时间内，地面上各种飞机进入跑道的顺序和时间。而实际的机场运营工作中，管制人员首先需要的是起飞飞机的停机位退出运营计划。理想的情况下，各个飞机从停机位退出、再滑行到跑道入口的时间是确定的，因此，只要将跑道运营计划中的起飞时间分别减去相应的退出、滑行时间就可以得到对应的各飞机的停机位退出时间。然而，实际运行中，即使滑行路线不变，飞机的滑行时间也存在一定的随机性。在本文中我们以概率统计理论为基础，以不牺牲优化算法所得到的跑道利用率为目标，兼顾其它优化目标，充分考虑到飞机地面滑行时间的不确定性，研究飞机退出停机位的时间调整量与退出顺序的变化关系，通过分析、试验寻找该调整量与退出顺序的变化曲线，从而得到跑道运营计划到停机位退出运营计划的反推算法；
　　 根据收集到的北京机场的有关地面数据和各类机型数据，构造了一个双跑道的基准机场，将它作为机场调度的仿真环境；构造各类飞机进港，离港的序列，在此基础上检验跑道运营计划和停机位退出计划的可行性。