市场机制下飞机推出时隙分配模型与算法研究

摘要

航空运输的蓬勃发展使得航空需求不断增长，机场容量趋于饱和，尤其是在进离场高峰时段，场面拥堵及航班延误已成为国内外机场面临的共性问题，这不仅降低机场运营效率，也给航空公司带来巨大损失。针对这些问题，目前国内外学者主要围绕滑行路径优化、起飞队列预测开展研究，鲜有从飞机推出管理角度出发。本文以飞机推出管理为研究对象，建立飞机推出时隙分配模型以优化推出顺序及时刻，分析飞机推出时隙分配过程中机场与航空公司之间的博弈关系，同时探寻市场机制下价格策略对飞机推出时隙分配的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴给出了飞机推出时隙和飞机推出时隙资源的确切定义，分析了机场场面滑行容量曲线特征、滑行容量与推出时隙的内在关系，将滑行容量假定为区间值，提出了“弹性滑行容量”的概念，探讨了滑行容量临界值的确定方法和有效推出时隙的度量方法，设计了弹性滑行容量限制下的飞机推出决策基本流程。为了体现航空公司的决策能力，在对飞机推出时隙分配的有效性、效率性和公平性研究和飞机地面运行成本分析的基础上，建立了飞机地面运行成本最优的飞机推出时隙分配模型，提出了改进离散差分进化算法。⑵分别从拥挤收费及非合作博弈两个角度研究了市场机制下的推出时隙定价问题。从对拥挤造成的场面运行质量的下降进行货币补偿角度出发，提出“场面拥挤外部成本”的概念及量化方法，以此作为飞机推出时隙拥挤定价依据，建立了基于需求集中度和基于地面成本的飞机推出时隙分配拥挤定价模型。基于需求集中度的飞机推出时隙分配拥挤定价模型以“推出需求集中度”的计算值为依据对飞机推出时隙资源进行区别定价，体现不同时段推出需求强度对资源定价的影响；基于地面成本的飞机推出时隙分配拥挤定价模型在目标函数设计中考虑时隙支付成本变量，以全部飞机地面成本最低为目标进行优化，设计改进离散差分进化求解算法。从非合作博弈角度出发，建立了基于 stackelberg博弈的飞机推出时隙定价模型，证明了推出时隙定价纳什均衡的存在性。给出完全信息博弈下纳什均衡求解的逆向归纳法，更新不完全信息博弈下的博弈模型，设计了基于边际效用的迭代算法。⑶建立了市场机制下基于非合作博弈的飞机推出时隙分配模型，利用双层规划理论和不同的价格策略进一步将其扩展为无价格策略、需求集中度价格策略、地面成本价格策略的三种双层规划模型，并设计改进的人工鱼群算法，通过对新郑国际机场的应用研究，确定了不同飞机推出时隙分配模型的适用范围。应用结果表明，价格策略能有效调整拥挤时段内飞机推出需求，均衡航空公司地面成本，缓解机场场面拥堵。⑷遵循“理论研究-模拟验证-应用分析”的整体研究思路，研究市场机制下考虑不同推出环境、不同决策主体和优化目标的飞机推出时隙分配模型及算法，旨在优化飞机推出管理，完善机场场面运行与调度系统。研究成果为飞机推出决策优化研究提供了一种新的思路，为机场管理部门制定行之有效的飞机推出策略和科学合理的场面运行与调度方案提供了参考借鉴，对于建立更加适应市场机制的飞机推出管理系统具有重要意义。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 国内外文献综述

1.3 论文的主要研究内容

1.4 论文研究的技术路线

第2章 弹性滑行容量和有效推出时隙的概念及度量

2.1 飞机推出时隙的概念界定

2.2 机场场面弹性滑行容量概念的提出

2.3 有效推出时隙的度量

2.4 基于弹性滑行容量的飞机推出决策流程设计

2.5 本章小结

第3章 基于弹性滑行容量的飞机推出时隙分配模型

3.1 飞机推出时隙分配的概念及属性

3.2 离港飞机地面运行时间及成本分析

3.3 基于弹性滑行容量的飞机推出时隙分配建模

3.4 求解飞机推出时隙分配模型的改进离散差分进化算法

3.5 模型仿真验证

3.6 本章小结

第4章 市场机制下飞机推出时隙定价模型

4.1 飞机推出时隙定价策略可行性分析

4.2 市场机制下飞机推出时隙拥挤定价模型

4.3 市场机制下飞机推出时隙博弈定价模型

4.4 市场机制下飞机推出时隙定价模型仿真验证

4.5 飞机推出时隙定价模型适用性分析

4.6 本章小结

第5章 市场机制下飞机推出时隙分配模型

5.1 市场机制下飞机推出时隙分配stackelberg博弈模型

5.2 市场机制下飞机推出时隙分配双层规划模型

5.3 求解飞机推出时隙分配双层规划模型的改进人工鱼群算法

5.4 本章小结

第6章 市场机制下飞机推出时隙分配模型应用研究

6.1 基础数据准备

6.2 无价格策略的推出时隙分配双层规划模型应用研究

6.3 需求集中度价格策略的推出时隙分配双层规划模型应用研究

6.4 地面成本价格策略的推出时隙分配双层规划模型应用研究

6.5 市场机制下飞机推出时隙分配模型应用效果分析

6.6 市场机制下飞机推出时隙分配模型适用性分析

6.7 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

个人简历