一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法

本发明涉及机场资源调度，具体涉及一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法。

背景技术：

1、联合调度方法是指在复杂场景下，通过对多个任务（或资源）之间的关系和约束进行统一建模和求解，实现系统整体性能优化的方法。其中，跑道和滑行道联合调度方法是一种用于优化机场地面运行效率的技术。在机场地面运行中，航班需要从停机位滑行到起飞跑道或者从着陆跑道滑行到停机位。跑道和滑行道之间的资源共享和冲突可能导致滑行延误和资源浪费，急需一种联合调度方法解决上述问题。

2、目前，现有多资源系统调度通常分为两个阶段：先进行航班进离场调度，然后再为航空器分配滑行路径。在进离场调度阶段，调度人员根据航班的计划和机场的运行情况，安排航班的起飞和降落时间；在滑行路径分配阶段，调度人员为每架航空器分配适当的滑行路径，确保航班能够顺利在地面上移动。然而，这种传统方法难以体现多跑道机场的滑行系统与跑道系统的相互影响，且每个阶段都只考虑了局部的优化目标，而没有整体地考虑系统的全局最优解，容易导致不一致、重复或冲突的调度决策，从而影响整个系统的效率和安全性。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题提供一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，包括以下步骤：

4、步骤1：获取机场和进离场航班数据；

5、步骤2：构建跑道调度模型和滑行道调度模型；跑道调度模型以最小化航班延误为目标函数；滑行道调度模型以最小化航班的总滑行时间为目标函数；

6、步骤3：以跑道调度模型为上层模型，滑行道模型为下层模型，构建滑行时间不确定下的跑道滑行道联合调度模型；根据联合调度模型对跑道和滑行道进行联合调度；

7、步骤4：采用遗传算法对联合调度模型进行求解；

8、步骤5：根据优先级顺序对跑道上航班穿越顺序进行调整；

9、步骤6：针对航班在滑行过程中的冲突，通过时间转移方法转移高成本路由点的到达时间；

10、步骤7：对步骤4～步骤6进行迭代，满足迭代条件即可得到联合调度方案。

11、进一步的，所述步骤1中的进离场航班数据包括航班号、航班计划调度时间、航班的类型和计划载客数。

12、进一步的，所述步骤2中跑道调度模型的约束条件包括使用同一跑道的航班之间的安全间隔约束、使用不同跑道的航班之间的安全间隔约束。

13、进一步的，所述步骤2中滑行道调度模型的约束条件包括在同一滑行道上滑行的航班之间，相邻航班之间有足够的时间间隔。

14、进一步的，所述步骤3中的联合调度方法如下：根据跑道调度系统得到航班着陆起飞计划，将由跑道调度系统得到的航班着陆起飞计划传递给滑行道系统；为开始滑行时间设计统一的滑行缓冲时间；滑行道系统将滑行冲突信息以惩罚函数的形式反馈给跑道调度模型的目标函数。

15、进一步的，所述步骤5中排序方法如下：为每个航班设计二维优先级表，考虑运行方式和飞机类型两个特征参数；其中运行方式重要性大于飞机类型；遍历每个航班得到所有航班的优先级。

16、进一步的，所述通过时间转移方法转移高成本路由点的到达时间过程如下：

17、计算每个滑行航班的时间-路由列表；

18、当一个航班的路由点与另一个航班的路由点相同且发生交叉冲突或追尾冲突时，判断两架航班的优先级；

19、优先级高的航班，将其安全时间差转移至优先级低的航班且后续航班已安全时间差向后推迟；

20、根据修正后的滑行到达时间，更新得到新的时间-路由表。

21、进一步的，所述步骤4中遗传算法中引入自适应交叉概率调节方法。

22、进一步的，所述步骤4中求解过程如下：

23、随机生成初始化种群，设置参数；

24、通过自适应交叉概率调节，动态调整交叉概率；

25、对联合调度模型进行求解。

26、进一步的，所述自适应交叉概率调节方法如下：

27、

28、

29、式中： pci为个体 i发生交叉算子的概率， g为进化过程的最大迭代数， g为当前迭代数， pcmax为交叉算子的概率最大值， pcmin为交叉算子的概率最小值， fi为个体 i的适应度函数值， fmax为当前所有个体的最大适应度值，为当前种群的平均适应度值。

30、本发明的有益效果是：

31、（1）本发明的基于自适应交叉概率调节机制的遗传算法的机场跑道和滑行道的联合调度方法，提高了遗传算法的收敛性、多样性和算法效率，适应不同问题和搜索空间的需求，有效解决了多资源联合调度问题，显著改善了航班延误状况；

32、（2）本发明将跑道给予滑行道的信息为滑行系统指定滑行约束，滑行系统的冲突信息以惩罚函数的形式反馈给跑道调度模型作为联合点实现滑行道系统和跑道系统的有效联合，以减少航班延误，提高机场运营效率；

33、（3）本发明采用基于优先级的跑道上航班穿越调整策略以减少跑道使用的冲突和等待时间，提高跑道的使用效率和吞吐量；采用时间转移策略转移高成本路由点的到达时间，减少滑行时间。

技术特征：

1.一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，所述步骤1中的进离场航班数据包括航班号、航班计划调度时间、航班的类型和计划载客数。

3.根据权利要求1所述的一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，所述步骤2中跑道调度模型的约束条件包括使用同一跑道的航班之间的安全间隔约束、使用不同跑道的航班之间的安全间隔约束。

4.根据权利要求1所述的一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，所述步骤2中滑行道调度模型的约束条件包括在同一滑行道上滑行的航班之间，相邻航班之间有足够的时间间隔。

5.根据权利要求1所述的一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，所述步骤3中的联合调度方法如下：根据跑道调度系统得到航班着陆起飞计划，将由跑道调度系统得到的航班着陆起飞计划传递给滑行道系统；为开始滑行时间设计统一的滑行缓冲时间；滑行道系统将滑行冲突信息以惩罚函数的形式反馈给跑道调度模型的目标函数。

6.根据权利要求1所述的一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，所述步骤5中排序方法如下：为每个航班设计二维优先级表，考虑运行方式和飞机类型两个特征参数；其中运行方式重要性大于飞机类型；遍历每个航班得到所有航班的优先级。

7.根据权利要求1所述的一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，所述通过时间转移方法转移高成本路由点的到达时间过程如下：

8.根据权利要求1所述的一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，所述步骤4中遗传算法中引入自适应交叉概率调节方法。

9.根据权利要求8所述的一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，所述步骤4中求解过程如下：

10.根据权利要求9所述的一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，其特征在于，所述自适应交叉概率调节方法如下：

技术总结
本发明涉及机场资源调度技术领域，公开了一种滑行时间不确定下的机场跑道和滑行道联合调度方法，包括以下步骤：步骤1：获取机场和进离场航班数据；步骤2：构建跑道调度模型和滑行道调度模型；步骤3：构建滑行时间不确定下的跑道滑行道联合调度模型；对跑道和滑行道进行联合调度；步骤4：采用遗传算法对联合调度模型进行求解；步骤5：根据优先级顺序对跑道上航班穿越顺序进行调整；步骤6：针对航班在滑行过程中的冲突，通过时间转移方法转移高成本路由点的到达时间；步骤7：迭代，满足迭代条件即可得到联合调度方案；本发明采用联合调度方法，实现跑道和滑行道资源的高效使用，提高机场运营效率，减少航班延误。

技术研发人员：林毅,张丽蓉,苟晓林,豆保可
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24