本发明涉及计算机程序领域的应用软件技术，尤其涉及空管领域的计算机软件程序应用。
背景技术：
近年来，随着空中交通流量持续快速增长，飞行流量与空管保障能力之间的矛盾日益突出，航路、终端区交通拥塞，对进港航班管制安全、效率等压力倍增，航班延误频繁。这需要提高我国空管系统的保障能力，加强进港航班管理，提高进港航班的安全、效率和空域资源的利用率。
目前航班到某机场进场降落的管制过程一般是先经区域管制后再交进近管制区管制，最后交塔台管制使之降落。进场航班流由多个区管扇区从不同进港点向一个进近管制区移交，不同进港点航班流向同一个跑道对应的iaf、faf等点汇聚并降落。进港航班流总体处在由区管向进近再向跑道汇聚的状态，导致进近、塔台管制空域进港航班密度增大，空域拥挤，需要加强进港航班管理，保障进港航班的安全、顺畅、有序的进场降落。而目前我国空管对航班进港管理尚处于经验性，缺乏全局性、统一情景意识的人为决策状态。目前，管制员对进港航班管理调配，主要依据自动化系统的航班态势与飞行计划等信息，依据管制规则(管制移交协议、管制预案、运行模式、平行跑道运行规则等)和管制经验指挥调配本管制扇区内飞机(主要通过发布高度、速度、航向等指令)，凭经验按照一定的间隔、高度、速度向下一管制扇区移交，最终按照一定的间隔、次序安全有序的进场降落。这种方法管制员基本关注本扇区航班，缺乏全局性、统一情景意识，并且是经验性的、比较粗略的人为决策，且在进场流量增大或变化时，不能提前预知流量和平衡扇区流量，管制员的工作负荷较大，管制效率较低，可能会导致大量的航班延误。
故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种适用于机场进港管理的进港航班排序的实现方法，采用计算机技术实现放行时刻合理有效的安排。
为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种进港航班排序的实现方法，其特征在于，包括以下步骤；
(1)、定义各类数据集合，包括
1.1、到本机场降落的所有飞行计划集合f：
对于该集合中的任何一个飞行计划经过计划数据预处理过程，具有以下属性：航班号，起降机场，飞行类型，计划状态，是否为专机，预计降落时间，预计过空中各航路点的时间，预计飞行中所经过的区域，进入区域的时间，优先级级别；其中飞行类型分为：起飞机场在本机场所在管制区范围内即区内飞行；起飞机场是外管制区即区外飞行；飞行状态分为：起飞状态，指该航班已经按照实际起飞时间起飞正在空中飞行；移交出状态，指该航班从外管制区已经移交给本管制区；降落状态，指该航班完成了这次飞行，已经降落在本机场；终止状态表示从计划集合中删除；
1.2、到本机场降落的所有全模式航班集合a：只要是雷达相关的航班后者是人工修改过的航班都列为全模式航班，在排序的过程中，先排全模式航班；
1.3到本机场降落的所有简单模式航班集合b：到本机场降落的，除全模式航班以外的剩下的航班都是简单模式航班，在排序的过程中，排完全模式航班以后，再排简单模式航班；
1.4本管制区范围内的所有区域集合s：该集合中的每个区域具有以下属性：区域名，区域性质(冻结区、稳定区、非稳定区)，区域水平位置坐标，区域上下限高度；区域性质包括冻结区、稳定区、非稳定区；
在处理过程中，需要根据每架航班的预测飞行轨迹信息计算该航班途经的区域及进出区域的时间，作为后续计算航班sta时采用不同算法的依据；sta为航班的降落时刻；
1.5本机场内的所有跑道集合p：
该集合中的每条跑道有以下属性：跑道名，跑道运行方式，跑道间隔，跑道容量，预计降落的跑道上航班队列，经过决策处理后的跑道上的航班序列；跑道运行方式包括起飞模式、降落模式、起降模式、关闭模式；跑道间隔为前后降落的航班必须满足的前后间隔；跑道容量为跑道单位时间内所能降落的航班数量；
6)管制移交协议限制集合c
在本管制区范围内，区管向进近移交，进近向塔台移交的过程中都需要考虑基础的管制移交协议，这些协议都将转换为移交点处的间隔、高度规定；
(2)、确定目标函数及约束条件；
定义w为队列总延误值，m为受影响的航班个数，stai为第i个航班新的sta值，sta′i为第i个航班上一次的sta值，stax为第x个航班新的sta值，tx为x个航班最希望插入的位置；遍历受影响的航班求出其总体延误值，该值越小为优化目标，则目标函数为：
(3)、进港航班排序算法的实现
包括：
3.1、初始关键节点队列创建
根据前面定义的放行过程的关键节点，考虑模型中的优化目标及约束函数，建立各关键节点的队列，初始状态为空队列，即包括：各跑道的航班队列、各内区移交点的航班队列、各外区移交点的航班队列；
3.2、采用插入法排序
首先对参与排序航班的优先级进行划分：雷达相关或者区内已经起飞的航班为全模式航班，优先级比较高；其余航班未简模式航班，优先级比较低；全模式航班中，如果已经进入冻结区的航班或者人工修改过的航班优先级最高，进入稳定区的航班优先级第二，其余为第三；
其次，对航班集合中的每一个航班信息，通过分配的跑道名称、移交点名称对比可以确定该航班将进入哪几个队列。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
首先，综合考虑制约各运行环节放行的因素，统一建模；
第二，用数学问题的方法描述实现方法，定义了最优目标及约束条件；
第三，采用插入排序方法，同时检验各个约束条件的是否满足，最终给出统一的放行序列。
本方法主要用于空中交通流量管理系统(atfms)中的战术流量管理阶段，通过系统解算，给管制部门提供统一的安全、有序的进港航班序列，以实现空域资源的最大利用，提高空管运行效率，确保空中交通安全。
具体实施方式
进港航班管理指的是综合考虑管制运行中的各种业务规则及空中目前实际运行状况，为管制员提供科学、有序、安全的进港航班序列信息，即统一的空中移交点时刻、统一的落地时刻，保障了我国空管安全、有序、高效运行。
进港航班排序决策算法能够最优化利用现有空域资源，缓解自然交通高峰，提高进港容量，减少航班延误；能够提供优化排序队列，平衡各扇区管制员间的工作量，减少管制员的工作负荷；能够减少延误，减少飞行时间，节能减排，降低航空公司运行成本。
进港航班排序决策算法的实现包含以下三个过程：1)进港航班计划的预处理；2)进港航班排序算法模型的建立；3)进港航班排序算法的实现。
3.1进港航班计划的预处理过程
对于进港的航班计划，在参与排序计算之前，对其进行一下预处理过程：
1)、参与进港排序航班的选取工作。不是所有的进港航班一开始就参与系统计算，考虑到航班时刻以及先到先服务原则，必须满足eta时间在当前时间加vsp时间范围内的航班才能参与进港排序，eta时间为航班预计降落时间，vsp为设定的一个时间参数。
2)、降落跑道分配。根据航班的进港点、停机位等信息，按照跑道分配规则，给进港航班分配进港跑道。
3)、根据航班飞行路线，考虑执行航班任务所用机型的性能参数、飞行计划信息等，不考虑任何限制因素采用4d航迹外推技术预先推算航班飞行中所经过的各航路的具体信息(位置、高度、时间、速度)。其中外推技术结合了理论性能数据、经验飞行数据，对起飞后的目标需要考虑雷达等监视数据的修正，确保高精度的预测轨迹。
4)、排序模式划分。根据航班的不同属性，将航班分为不同的排序模式。目前有两种排序模式：全模式排序和简单模式排序。全模式排序航班主要指已经与雷达航迹相关上的航班和区内机场起飞且已经有实际起飞时间的航班。简单模式排序航班主要指参与排序的航班，除全模式航班以外的其他航班都是简单模式排序航班。
5)、航班优先级划分。按照预计降落时间的先后顺序作为航班排序的先后顺序，但是当两个航班的预计降落时间一致时，如何进行排序，需要给航班划分优先级别。航班的优先级如下：专机、要客、人工干预航班、空中航班、地面航班。
6)、航班模式判断。根据航班的位置信息，将航班划分以下模式：非稳定、稳定、冻结。不同模式的航班在排序时考虑的规则不同。
经过上述预处理，每一个要执行的航班的飞行过程的具体信息都预先得到，接下来就是要计算航班的降落时刻(sta)和过点时间(sto)，在计算的过程中，当航班之间的时间发生冲突时，需要满足管制间隔和各种约束条件。
3.2进港航班排序算法模型的建立
3.2.1排序应考虑条件
本发明在排序优化过程中，需要考虑以下限制因素：
1)根据国际民航组织icao文件4444标准，航空器在飞行过程中，前后两架飞机应遵循最低安全间隔，即尾流间隔。
2)同跑道上的前后降落的两个航班，应该满足跑道上的最小间隔。
3)多跑道运行模式时，应考虑相关平行进近时相邻航向道的侧向间隔，同一跑道的尾流间隔；独立平行进近时的尾流间隔。
4)若航班为专机，则其前后间隔要保证正常的雷达间隔的2倍；若航班为要客，则其前后间隔要保证正常的雷达间隔的1倍。
5)航班飞行经过进近扇区、高空扇区时是否满足各扇区的容量约束。
6)航班降落时，应该考虑跑道容量。
7)区域管制向进近管制、进近管制向塔台管制移交时是否满足管制移交协议，即基本的管制间隔。
8)本区域内塔台、进近、区管三者之间也会根据运行、人员等情况对移交方进行限制，直接转化为跑道间隔或本区域移交点间隔约束。
3.2.2航班进港时刻计算流程
前面已经按照4d轨迹技术预测了进港航班过报告点的时间eto以及进港时刻eta。但是航班能不能按照预测的时刻飞行，必须检验航班是否满足上述所有的约束条件，得出计算后的过点时间sto和进港时刻sta。
本发明的目的在于提前给出安全、有序的进港航班序列及每个航班的进港时刻。由于进港的航班都已经在空中了，所以如果当计算的sta时刻与预测的eta差值过大，也就是航班的延误值过大，也会影响航班的安全飞行，此刻，本发明还会智能给出各种决策建议，辅助管制员引导航班安全、有序的降落。
由于4d轨迹技术预测的过点时间和进港时间都是基于计划和实时雷达航迹进行修正得到的，并没有考虑到基础的移交协议、跑道上的间隔等各种约束条件。因此在进行排序的时候，首先根据“先到先服务的原则”，即eta的先后顺序进行排序，当第一个航班按照eta时刻插入到跑道队列时，检验所有的约束条件，该航班的sta＝eta，没有任何的延误。当第二个航班按照eta时刻插入到跑道队列时，检验所有的约束条件，为了满足所有的约束条件，该航班产生了延误值，即sta≠eta，依据此流程可以计算出所有进港航班的sta时刻，同时也可以得到过各个移交点的时刻sto，管制员参考这些时刻指挥飞机进行降落。
3.2.3数学模型建立
进港航班序列求解即每个航班的进港时刻计算是非常复杂的决策过程，数学模型建立如下：
第一步：定义各类数据集合，如下：
1)到本机场降落的所有飞行计划集合f
对于该集合中的任何一个飞行计划经过计划数据预处理过程，具有以下属性：
航班号，起降机场，飞行类型，计划状态，任务性质(是否专机)，预计降落时间，预计过空中各航路点的时间，预计飞行中所经过的区域，进入区域的时间，优先级级别；
其中飞行类型分为：起飞机场在本机场所在管制区范围内即区内飞行；起飞机场是外管制区即区外飞行。
飞行状态分为：起飞状态，指该航班已经按照实际起飞时间起飞正在空中飞行；移交出状态，指该航班从外管制区已经移交给本管制区；降落状态，指该航班完成了这次飞行，已经降落在本机场；终止状态表示从计划集合中删除。
2)到本机场降落的所有全模式航班集合a
只要是雷达相关的航班后者是人工修改过的航班都列为全模式航班，在排序的过程中，先排全模式航班。
3)到本机场降落的所有简单模式航班集合b
到本机场降落的，除全模式航班以外的剩下的航班都是简单模式航班，在排序的过程中，排完全模式航班以后，再排简单模式航班。
4)本管制区范围内的所有区域集合s
该集合中的每个区域具有以下属性：区域名，区域性质(冻结区、稳定区、非稳定区)，区域水平位置坐标，区域上下限高度。
在处理过程中，需要根据每架航班的预测飞行轨迹信息计算该航班途经的区域及进出区域的时间，作为后续计算航班sta时采用不同算法的依据。
5)本机场内的所有跑道集合p
该集合中的每条跑道有以下属性：跑道名，跑道运行方式(起飞模式、降落模式、起降模式、关闭模式)，跑道间隔(前后降落的航班必须满足的前后间隔)，跑道容量(跑道单位时间内所能降落的航班数量)，预计降落的跑道上航班队列，经过决策处理后的跑道上的航班序列。
6)管制移交协议限制集合c
在本管制区范围内，区管向进近移交，进近向塔台移交的过程中都需要考虑基础的管制移交协议，这些协议都将转换为移交点处的间隔、高度规定。
第二步：确定目标函数及约束条件
考虑实际运行中的多种因素，定义w为队列总延误值，m为受影响的航班个数，stai为第i个航班新的sta值，sta′i为第i个航班上一次的sta值，stax为第x个航班新的sta值，tx为x个航班最希望插入的位置。遍历受影响的航班求出其总体延误值，该值越小为优化目标，则目标函数为：
航班在插入的过程中，必须满足以下条件：
1)计算的stax时间，必须满足该跑道上的间隔，即该航班的建议降落时间与该跑道上航班队列中前后航班满足间隔。
2)计算的stax时间，必须满足跑道上的容量，即跑道上降落的航班流量不得超过设置的容量值。
3)以计算的stax时间推算的过内区点时间必须满足内区点队列中前后航班的管制间隔；
4)以计算的stax时间推算的过外区点时间必须满足外区点队列中前后航班的管制间隔；
这样求出的建议进港时间，是考虑了各种限制约束条件，减少各种资源的消耗、确保的飞行安全。
3.3进港航班排序算法的实现
根据每个航班的飞行计划信息，进行计划数据的预处理后，首先对航班集合f进行筛选，剔除掉已经降落的计划，其余航班都纳入排序计算中，算法实现按以下步骤：
1)初始关键节点队列创建
根据前面定义的放行过程的关键节点，考虑模型中的优化目标及约束函数，建立各关键节点的队列，初始状态为空队列，即包括：
各跑道的航班队列；
各内区移交点的航班队列；
各外区移交点的航班队列；
2)采用插入法排序
首先对参与排序航班的优先级进行划分：雷达相关或者区内已经起飞的航班为全模式航班，优先级比较高；其余航班未简模式航班，优先级比较低。全模式航班中，如果已经进入冻结区的航班或者人工修改过的航班优先级最高，进入稳定区的航班优先级第二，其余为第三。
其次，对航班集合中的每一个航班信息，通过分配的跑道名称、移交点名称对比可以确定该航班将进入哪几个队列；
现在按照航班的优先级将其插入到航班所经过的跑道、区内移交点、外区移交点各自的队列中，参考以下步骤：
a)检查航班的模式，若为全模式航班优先插入相应队列；
全模式航班都是已经雷达相关或者区内已经起飞的航班，且已经在空中的航班，按照空中航班优先原则，先排这些全模式航班，全模式航班在排的过程中，依据先到先服务原则，按照航班的eta时间进行排序。
b)全模式航班中，根据如下方法插入队列：
第一，如果航班在冻结区域、超稳定区域，按照轨迹推算的进港时间eta，过点时间eto，直接插入到跑道队列和点队列上，这些航班定义为冻结航班。
第二，如果航班是人工修改过时间的航班，直接按照人工修改的时间，插入到跑道队列和点队列上，这些航班定义为冻结航班。
第二，如果航班是专机、要客航班，直接插入到跑道队列和点队列上，这些航班定义为冻结航班。
第四，如果航班不属于以上三种情况，则定义为可移动航班，这些航班按照eta的先后顺序依次插入到相应的队列上，当航班插入到队列里时，首先根据其eta确定预先要插入的位置，存在以下四种情况：
a)与前后航班满足所有的间隔要求，即获得航班的sta时间；
b)与前航班不满足间隔要求，与后航班满足间隔要求，则移动前航班，前航班在移动的过程中，需要考虑航班是否为可移动航班，如果为冻结航班，则需要依次向后寻找直至找到可移动航班，如果为可移动航班，则需要考虑前航班移动的时长不能超过该航班剩余飞行时长的10％，如果超过10％，则无法移动前航班，需要依次向后寻找直至找到可移动航班。
c)与前航班满足间隔要求，与后航班不满足间隔要求，则移动后航班，后航班在移动的过程中，需要考虑航班是否为可移动航班，如果为冻结航班，则需要依次向后寻找直至找到可移动航班，如果为可移动航班，则需要考虑后航班移动的时长不能超过该航班剩余飞行时长的15％，如果超过15％，则无法移动后航班，需要依次向后寻找直至找到可移动航班。
d)与前、后航班均不满足间隔要求，则需要移动前、后航班，前、后航班在移动的过程中，需要考虑前、后航班是否为可移动航班，如果为冻结航班，则需要依次向后寻找直至找到可移动航班，如果为可移动航班，则需要考虑前航班移动不能超过该航班剩余飞行时长的10％，后航班移动不能超过该航班剩余飞行时长的15％，如果均无法满足，则需要依次向后寻找直至找到可移动航班。
c)经过b)步骤，插入了一个全模式航班，对其他的全模式航班继续按照b)步骤的方法执行，直到将所有全模式航班都插入各自队列，完成全模式航班排序。
d)当所有全模式航班排完以后，再排简单模式航班，排序方式如下：
a)依据先到先服务原则，根据航班的eta先后顺序到队列中找可用的时隙。
b)如果找到可用的时隙，检查与前后航班是否满足各种约束条件，如果不满足，则继续向后寻找可用时隙。
e)经过d)步骤，插入了一个简单模式航班，对其他的简单模式航班继续按照d)步骤的方法执行，直到将所有简单模式航班都插入各自队列，完成简单模式航班排序。
3)智能决策建议生成
根据插入排序方法，得出所有参与排序航班的建议进港时间sta、建议过点时间sto，根据计算的时间可以得出与原始航班预测信息的差值，即每个航班的延误时间，根据每个航班的延误时长不同，给出不同的智能决策建议，包括以下两种建议：
第一，如果sta-eta<0，给出减速建议ttg；
第二，如果12>sta-eta>0，给出加速建议ttl；
第三，如果sta-eta>12，给出进等待区建议；
通过上述三个过程的求解，给出了进港航班的序列，每个航班的建议进港时间sta以及智能决策建议。