民航机场站坪停机位时限性动态约束方法与流程

本发明涉及基于约束条件的民航机场航班停机位分配实时控制技术领域，具体涉及民航机场站坪停机位时限性动态约束方法。

背景技术：

在民航航班量持续快速增长，地面保障服务愈发要求智能化、合理化和实时化的趋势下，如何动态优化停机位配置、提高停机位利用率成为国内民航机场，特别是各大枢纽机场和干线机场亟待解决的问题。

站坪的资源是有限的，由于空中交通管理、导航设备、助航灯光、跑道等对周边地形地貌和建筑设施的极高限制，任何机场都难以随航班量的增长对飞行区进行持续扩容。在这样的前提下，如何提高有限站坪资源的利用率成为瓶颈、重点和难点。

民航机场站坪停机位管理目前面临一个重要且复杂的问题，即如何量化描述停机位容量动态变化、机位滑行通道进出限制、航空公司集群、来往疫区航班等复杂业务场景，并提供统一的设计模型和功能模块进行支持。这些业务场景对于某些航班量/停机位容量比较高的繁忙机场，甚至已成为亟待解决的问题，例如广州新白云国际机场、乌鲁木齐地窝堡国际机场等。

目前业内所使用的航班运营资源分配系统，其针对停机位约束的相关计算逻辑存在以下问题：

(1)仅能处理“固定约束”，无法对“动态约束”的情形提供有效支持。

(2)仅能够处理上述部分单一业务场景，无法处理上述单一业务场景发生组合或融合时的情形。

(3)能处理部分上述复杂业务场景，但设计上未映射到这些业务场景的本质，未将其归纳总结并量化为一种独立于具体业务的设计理念和计算逻辑来指导产品研发，极大的影响系统的业务适用性和可扩展性。

下面针对停机位容量缩减和航空公司集群同时出现的情况，举一个示例进行说明：

(1)a、b、c是相邻的3个停机位。

(2)在固定机型约束下，a、b、c均可停放b757机型，且b最大可停放b747机型；在固定航空公司约束下，a、b、c均可停放承运人为3u和ca的航班。

(3)当b停放自身最大容限的b747机型时，将对a和c的容限造成影响，使a和c不再能够停放b757机型，仅能够停放b737机型；当b停放承运人为ca的航班时，基于航空公司集群考虑，a和c不再能够停放承运人不是ca或zh的航班。

(4)在实际运营过程中，b停放了b747机型，且该航班承运人为ca。

(5)此时如果a或c再安排b757机型，应判断其为机型冲突，因为a和c的容量已经临时缩减到仅支持b737的停放；同样，基于航空公司集群考虑，此时如果a和c再安排承运人不是ca或zh的航班，应判断其为航空公司冲突。

(6)若仅通过固定约束对该业务场景进行处理会出现失效：例如c停放承运人3u，机型b757的航班。若仅根据固定约束来判断，为该航班分配停机位c是正确的。但是如果考虑时限性动态约束，结合停机位b的停放情况，为该航班分配停机位c将同时导致机型冲突和航空公司冲突。

(7)停放在b的承运人ca，机型b747的航班推出停机位，准备滑行并起飞，此时a和c的容量得到释放，再次能够允许承运人为3u，机型为b757的航班停放。

由上述示例可以看到，如果仅通过停机位固定约束对实时运行状况下的停机位分配进行决策，将出现重大偏差，甚至可能造成事故。事实上，在实际运营过程中，各停机位由于飞行器的停放造成的临时相互影响正是停机坪调度繁忙性和复杂性的一种重要体现。而传统的运营资源管理系统，其相关计算逻辑并未考虑这种实时动态关联影响，或者为了解决某个特定的复杂问题，把该问题作为一种特例进行单独处理，既不利于系统的扩展性和灵活性，也造成了业务和算法的紧密绑定。

停机位容量动态变化、机位滑行通道进出限制、航空公司集群、来往疫区航班、机坪部分区域维护限制等业务场景映射到系统设计层面，其本质和结果是产生停机位时限性动态约束。因此，系统应提供功能模块或算法对停机位时限性动态约束进行支持，当任何业务场景导致某停机位固定约束与动态约束暂时不一致时，均由该模块或算法结合固定约束算法进行统一处理。

技术实现要素：

针对上述业务场景或业务场景的组合，本发明目的在于提供一种基于时限性动态约束的停机位推荐分配方法，解决现有技术由于仅使用固定约束而无法高效且灵活地适应动态变化的待分配停机位可用性态势等技术问题。

本发明涉及四个重要的既有概念和处理逻辑，如下：

(1)停机位固定约束：长期有效的停放规则，为行业术语，其含义为通过停机位的固定属性抽象而成的飞行器及航班限制停放条件，这样的限制条件在较长时间内是固定的，不会受到其他停机位航班停放的影响。因此，它可以进行预先配置，并在动态分配、调整停机位的过程中为业务人员自动提供相应决策,例如“机位-机型约束”、“机位-航班属性约束”等。

(2)停机位甘特图：民航机场指挥中心/aoc对航班进行停机位分配、调整时最流行、最常用、且相对先进的ui及人机交互功能模块。甘特图是一个图形化界面，纵向为停机位号码，横向为时间轴，操作人员通过拖拽航班甘特条的方式在其上对停机位资源进行分配和调整，航班甘特条通过着色、形状等组合呈现方式表达既定信息。停机位甘特图的最大优势是可以非常直观的呈现停机位分配结果所造成的基于停机位固定约束计算所产生的冲突，特别是时间冲突。本发明专利前，停机位甘特图仅包含航班甘特条和目标拖位甘特条，不包含时限性动态约束甘特条。

(3)航班甘特条：动态航班在停机位甘特图上的呈现方式，通过在停机位甘特图上拖拽航班甘特条，可对该航班进行停机位分配、调整和回收。

(4)目标拖位甘特条：当在停机位甘特图上对某一航班甘特条进行预拖拽时，结合该航班属性及各待分配停机位的固定约束，在各目标位置分别生成虚拟目标拖位，即目标拖位甘特条。目标拖位甘特条通过底色向操作人员提示该航班是否符合各待分停机位的固定约束，帮助操作人员决策分配意向。目标拖位甘特条是临时的，它随对航班甘特条的预拖拽生成，随航班甘特条的拖拽分配完成而销毁。

下面提出本发明创造的技术名词及对应定义，用于支撑本发明：

(1)停机位时限性动态约束(temporaldynamicconstraintofcraftsite，后简称tdc)：由于本停机位的占用，导致其临近某停机位，或临近区域多个停机位的约束条件与其固定约束暂时不一致的情况，它与“停机位固定约束”最本质的区别在于：“时限性动态约束”实时考虑和处理区域内由于停机位分配产生的相互临时影响，而“固定约束”作为静态停机位属性，则不考虑此因素；

(2)真/假冲突(true/falseconflict，后简称t/f)：所谓“停机位分配冲突”，是指分配于该航班的停机位，其固定约束条件或时限性动态约束与航班的某项或某几项属性存在不匹配的情况，根据实际业务运营规则要求，当这些不匹配的属性全部视为“可忽略”时，则产生的冲突为“假冲突”，否则，产生的冲突为“真冲突”；

(3)影响因子序列(influencefactorsequence，后简称ifs)：当考虑tdc时，对某个停机位分配某个航班，或由于其他情况导致的限定占用，将可能对剩余空闲停机位的容限产生影响，将这些影响逐个抽象为在业务逻辑上可进行量化判断的“属性”，该属性称为“影响因子”(简称为if)，当存在多个属性时，则属性组成的序列称为“影响因子序列”；

(4)时限性动态约束的配置表(后简称“配置表”)：对tdc进行配置，明确当为符合哪些属性或属性组合的航班分配哪个或哪些停机位后，将对其余哪些空闲停机位的约束条件造成何种影响；

(5)真假冲突判定表(后简称“冲突配置表”)：也可称为“真假冲突配置表”，对if进行配置，明确哪些if是业务运营规则中必须匹配的因素(这些if一旦匹配，将导致真冲突)，哪些if是业务运营规则中可以不匹配的因素；

(6)时限性动态约束的动态表(后简称“动态表”)：在动态运营阶段，航班停机位分配/调整后，与“时限性动态约束配置表”进行计算并匹配，产生真实的tdc。“动态表”中的数据是结合当前停机位分配的实际情况和“配置表”中的数据自动计算和调整的。该表中数据的含义为：根据当前已分配停机位情况，明确这些分配结果已对哪些机位造成了何种与其固定约束不同的临时约束；

(7)时限性动态约束甘特条(temporaldynamicconstraintganttbar，后简称tdc-gb)：tdc在停机位甘特图上的一种呈现方式，其左始点为tdc的开始时间，右终点为tdc的截至时间。通过不同的底色将一个tdc-gb划分为左右两个部分，左部分上描述产生该时限性动态约束的原因，右部分上描述对应的ifs；

(8)融合目标拖位(fusiondraggingtarget，后简称fdt)：当不考虑tdc时，在停机位甘特图上拖拽航班甘特条，将结合目标机位的固定约束和待拖拽航班的属性进行计算，判定两者是否存在冲突，在存在冲突的目标拖位上，呈现以警示色为背景的虚拟甘特条，在不存在冲突的目标拖位上，呈现以正常色为背景的虚拟甘特条，若考虑tdc，则其产生的tdc-gb可能与目标拖位产生的虚拟甘特条重合或部分重合，此时需要将tdc的ifs与目标拖位产生的虚拟甘特条的ifs进行融合计算，产生最终的fdt。

本发明要点如下：

(1)民航机场站坪停机位时限性动态约束构造方法；

(2)民航机场站坪停机位时限性动态约束的ui设计和人机交互模式；

(3)时限性动态约束数据构造算法。

本发明采用的技术方案如下：

民航机场站坪停机位时限性动态约束构造方法，包括以下步骤：

步骤1、设置时限性动态约束的配置表，其为数据相对固定的表，除非客户手工对其进行数据修改，否则该表中的数据不会变动；

步骤2、设置时限性动态约束的动态表，并随航班停机位的分配，结合配置表中的数据，对动态表进行持续更新。

上述方法中，所述的步骤2，其细化计算步骤为：

步骤①、客户对某航班进行停机位分配，并实际产生分配结果；

步骤②、系统根据当前分配结果(所分配停机位号和占用时间)和该航班各项属性(包含承运人、机型、航班号、进出标识)，与配置表中存储的数据进行联合计算，判定该分配结果是否对其他空闲停机位造成临时容限影响；

步骤③、若步骤②的判定结果为“非”，则系统不对动态表进行更新，也不做任何其他后续工作，若步骤②的判定结果为“是”，则系统继续自动执行后续步骤；

步骤④、获取在配置表中所预置的初始约束和不同的if；

步骤⑤、根据实时占用机位的开始时间和结束时间，计算出受影响机位的时限特征；

步骤⑥、在时限特征内，根据配置表的影响性质，找出受影响机位的ifs；

步骤⑦、将ifs中的每个if与预设影响原因匹配，再将匹配到的影响原因对应每个if放入至格式化的影响原因模板；

步骤⑧、根据计算结果，更新动态表；

步骤⑨、若再次发生步骤①中所述情形，则系统再次自动执行步骤②至步骤⑧。

上述方法中，所述的步骤2，还包括：

步骤①、操作人员对当前已为某航班分配的停机位进行回收，或某航班由于撤轮挡导致为该航班已分配的停机位被释放；

步骤②、结合被回收停机位航班的属性和分配结果，在动态表中找出匹配项，并删除动态表中匹配的项目；

步骤③、若再次发生步骤①中所述情形，则系统再次自动执行步骤②。

民航机场站坪停机位时限性动态约束的ui设计和人机交互方法，包括以下内容和步骤：

步骤1、设置冲突配置表，明确哪些if属可忽略因素，哪些if属必须满足的因素；

步骤2、当在停机位甘特图上对任意一个航班甘特条(以下简称甘特条为gb)进行预拖拽时，利用停机位固定约束确定出容纳待分配航班的机位集合，结合实时已分配航班所占用机位，在机位集合中确定出空闲机位集合，在目标停机位的对应时间范围内生成多个初始目标拖位gb；

步骤3、当预拖入空闲机位时所产生的某个初始目标拖位gb与该空闲机位上已经产生的tdc-gb存在重叠或部分重叠现象，在动态表中找出该tdc-gb所对应的ifs，结合该初始化目标拖位所对应的固定约束进行融合计算，更新该目标拖位gb的ifs，形成初始化fdt；

步骤4、通过步骤3，对每一个初始目标拖位gb进行更新和加工(若目标拖位gb未与该停机位上已经产生的tdc-gb重叠或部分重叠，则将该初始目标拖位gb作为fdt)，形成初始化fdt序列；

步骤5、结合待分配航班各项属性和初始化fdt的ifs，逐一判断待拖动航班gb在各fdt上的冲突情况，逐一将所有在冲突配置表中配置为忽略特性的if消除，形成最终fdt序列和每一个最终fdt所对应的ifs；

步骤6、对目标拖位gb重着底色，更新目标拖位gb序列为最终fdt序列；

步骤7、将待分配航班gb拖入最终fdt序列中的某个最终fdt；

步骤8、读取该fdt所对应的ifs，结合所分配航班的各项属性，给予客户相应的信息提醒；

步骤9、本次分配完成后，执行“民航机场站坪停机位时限性动态约束构造方法”中所述步骤②-⑧，然后根据动态表的更新结果，在停机位甘特图上画出一个或多个tdc-gb；

步骤10、继续对其他航班进行停机位分配，则继续执行步骤2到步骤9。

一种时限性动态约束的时间计算方法，包括以下步骤：

步骤1、设置用于节点群与标记规则化的初始固定特征向量或获取用于所述节点群与标记临时规则化的当前时限性动态特征向量；

步骤2、利用初始固定特征向量或当前时限性动态特征向量确定已标记节点的标记开始时间和标记结束时间，根据节点群中已标记节点的标记开始时间和标记结束时间，计算出与已标记节点相邻的受入侵节点的时限特征；

步骤3、在时限特征内，结合实时的标记持续时间增量，通过修改固定特征向量或通过增加特征向量创建或更新受入侵节点的时限性动态特征向量；

步骤4、利用时限性动态特征向量的列向量特征确定出待分配标记的节点。

上述方法中，还包括：

步骤5、在标记分配至节点后，更新时限性动态特征向量为当前时限性动态特征向量，跳转至步骤1。

一种用于生成时限性动态约束数据项的计算模块，包括以下内容：

时间解析模块：包括影响时间变量、字符串判定工具和时间数据格式化工具，字符串判定工具和时间数据格式化工具通过占用机位的停放开始时间和结束时间计算出受影响时间，影响时间变量接收受影响时间的值；

规则解析模块：包括具有编号的机位信息变量、临时数据集和规则修改器，临时数据集获取数据库内对应机位信息变量的固定约束且按机位信息变量顺序循环遍历对应当前机位的每个固定约束，在每次遍历中规则修改器由影响时间变量选择地增加时限性动态约束；

原因解析模块：包括原因模板、类型缓存字符串和原因缓存字符串，在每次遍历中由影响时间变量和固定约束的影响性质生成影响因子、由影响因子匹配原因模板、由影响因子赋值给类型缓存字符串且由匹配到的原因模板赋值原因缓存字符串；

时限性动态约束数据库：接收规则修改器遍历生成的所有时限性动态约束且对应机位信息变量通过影响时间变量、类型缓存字符串、原因缓存字符串和时限性动态约束生成关于影响时间、影响因子、影响原因的时限性动态约束数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

[1]本发明提供了一种停机位时限性动态约束的构造方法，以及相应的实时计算和处理方案，相对地，现有技术正是由于停机位管理业务影响因素复杂且量化困难而存在处理模型难以构建的技术壁垒；

[2]将某些复杂的停机坪机位调度业务进行归纳总结，并进行统一抽象和设计。当某业务场景造成某个或某些停机位的当前约束条件与其固定约束暂时不一致时，纳入停机位时限性动态约束的处理范畴，提高系统的业务适应性和可扩展性；

[3]将时限性动态约束引入停机位甘特图的ui和人机交互逻辑，并提出了一种时限性动态约束在停机位甘特图上的呈现和人机交互方式。通过时限性动态约束和固定约束的联合处理，以及真假冲突判定算法，帮助客户在运营阶段对航班停机位分配和调整进行更加快速、精准和有效的决策，提高站坪资源利用率；

[4]解决了以往仅通过固定约束提供停机位分配决策所造成的判断失效，避免了类似“刮蹭飞行器”等事故的发生，提升民航安全；

[5]动态决策能够为今后可能出现的停机位资源运营态势分析提供基础和依据；

[6]停机位批量分配中的优选规则生成是当前民航机场停机位分配管理的另一重点和难点，该技术方案所产生的动态表，可对其数据结果进行归集，产生大数据，并通过ann神经网络的模拟，持续优化分配表达式，形成基于大数据分析的停机位批量分配优选规则，持续优化停机位批量自动分配逻辑。

附图说明

图1为本发明实施例的时间计算源代码示意图(java语言)；

图2为本发明实施例的影响因子和原因匹配计算源代码示意图(java语言)；

图3为本发明实施例的受影响停机位详情计算源代码示意图(java语言)；

图4为本发明实施例中，为航班号为hu7201/3，机型为b747的航班分配201停机位后，在200、202、203停机位上生成的共计7个tdc-gb；

图5为本发明实施例中，对待分配停机位的航班gb进行预拖拽时，在目标停机位上根据固定约束产生目标拖位gb序列的示意图；

图6为本发明实施例中，对待分配停机位的航班gb进行预拖拽时，102号停机位所产生的目标拖位gb与102号停机位上已经存在的tdc-gb产生部分重叠后，经计算产生fdt和对应ifs，并对目标拖位重着底色的示意图；

图7为本发明实施例中，将待分配停机位的航班gb拖入102号停机位的fdt时所产生的提醒信息；

图8为本发明的处理流程示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

实施例1

[1]设计配置表，如表1所示：

表1

对id为1的数据行解释：当承运人为国航的航班停放在101停机位时，在其推入前30分钟及推出后20分钟的时间范围内，102、103、104停机位上均不能够停放承运人不是国航、深航、山东航的航班，原因是需满足航空公司集群要求。

[2]设计冲突配置表，如表2所示：

表2

id1：停机位-机型冲突配置为真冲突，且无限定条件，即在任何情况下，机型冲突均判定为真冲突；

id2：停机位-时间冲突配置为有条件的假冲突，即当纳入冲突判定的航班未前方起飞时，产生的时间冲突为假冲突，否则为真冲突。

[3]在航班动态运营阶段，基于航班各项属性，通过停机位固定约束，确定待分配航班可以停放的机位序列。例如，目标机场仅201、301、302、303号停机位可停放机型为b747的航空器，则hu7203次航班(如前述，设其执飞机型为b747)通过固定约束确定可停放的机位序列为201、301-303。

[4]根据该航班可停放的机位序列和航班各项属性，通过配置表，逐一确定该航班在可停放机位序列中，将对周边停机位的停放条件造成的影响及影响原因，生成动态表，其算法如下：

①创建工具类utils，用于判定字符串样式publicstaticbooleanisempty(stringstr){xxx}和格式化时间数据publicsynchronizedstaticstringformattime(datedate){xxx}；

②创建数据库操作类dbtool，用于时限性动态约束配置表的读取publicstaticlist<rule>getrules(){xxx}和时限性动态约束动态表的数据存入publicstaticvoidsavedetailinfo(list<detailinfo>dis){xxx}；

③创建flight实体类publicflight(stringairway,stringcrafttype,stringflightno,stringisoffin,stringcraftsite,stringstate,datebegintime,dateendtime){xxx}，用于定义航班属性及停机位分配情况；

④创建detailinfo类publicclassdetailinfo{xxx}，定义最终的时限性动态约束影响详情；

⑤创建影响时间计算类affecttime，publicclassaffecttimeimplementscomparable<affecttime>{xxx},其中计算影响时间的关键代码，如图1；

⑥创建规则类rule，其作用为当新创建一条规则时，自动对规则中的数据项进行解析，以便后续运算，类中定义私有变量privatefinalmatchernum＝pattern.compile("(\\d+)[～\\s,]+(\\d+)").matcher("")和privatefinalmatcheratypes＝pattern.compile("(.+？):(.+)").matcher("")；

⑦创建checkresult类，其中对影响因子和影响原因的匹配和计算，如图2；

⑧创建craftsitecheck类，定义checkflight方法，其中根据动态航班信息检查停机位占用冲突并计算受影响机位详情的关键代码，如图3。

实际情况下，当机型为b320的ca2515航班和机型为b747的hu7203航班可分配停机位序列产生的动态表数据如表3所示：

表3

[5]当客户在甘特图中拖动航班gb，并将航班hu7203分配在201停机位后，结合所分配停机位的序号及上述动态表中的数据内容，自动在甘特图中产生一个或多个tdc-gb，如图4，共计7个tdc-gb分别生成在200、202和203停机位上(其中200一个，202和203各三个)。

[6]当客户在甘特图中拖动甘特条，对某航班进行停机位分配时：

①查询动态表中所有已生成的限定约束数据；

②若在某个或多个停机位上，其限定约束与目标拖位存在重叠，则逐一对重叠所对应停机位的tdc-cs和固定约束进行联合判断和计算，结果取交集，产生最终ifs，若不存在重叠，则直接取固定约束作为最终ifs；

③将ifs与待分配航班对应属性及冲突配置表进行匹配，逐一产生并呈现最终fdt。

案例如下：

①100、101、102停机位固定航空公司约束，可停放承运人为ca、zh、sc、3u的航班，当在甘特图中对一个承运人为zh的航班gb进行拖拽并分配停机位时，假设该航班其他属性满足100、101、102的其他固定约束，则在100、101、102上产生的目标拖位为绿色(即可用)，如图5；

②设在105号停机位上，由于停放了一个承运人为mu的航班，由于航空公司集群限制，导致102号停机位仅能够停放承运人为非ca、非zh、非sc的航班(即105号停机位上承运人为mu的航班的停放导致在102停机位上产生了一个tdc-cs，其ifs为|ca、|zh、|sc)，设该tdc-gb与102上产生的目标拖位存在部分重叠，此时，结合102号停机位目标拖位的ifs(ca、zh、sc、3u)及102号停机位上tdc-gb的ifs(|ca、|zh、|sc)进行计算，可知在相应时间范围内，102号停机位仅能够停放承运人为3u的航班(即最终ifs为3u)；

③设在冲突配置表中，承运人被配置为真冲突条件，由于102号停机位目标拖位上产生的最终ifs为3u，则该if为真冲突(若if有多个，则只要其中一个被配置为真冲突条件，即视为真冲突)，因此当对承运人为非3u的航班进行拖拽以分配停机位时，在102号停机位上产生的目标拖位应由绿色变为深红色，如图6所示；

④若将该承运人为zh的航班拖拽至102号停机位，将给予客户相应提醒，如图7所示。

[7]当客户对任何航班进行停机位分配后，每次分配完成，系统自动执行一次[5]中所描述的运算过程，持续生成tdc-gb。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。