多機(jī)場終端區(qū)進(jìn)離場交通流協(xié)同排序方法

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1、航空學(xué)報ActaAerOnauticaetAstronauticaSinicaFeb．252017VOI．38No．2SSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．educnhkxb@buaa．edu．cn多機(jī)場終端區(qū)進(jìn)離場交通流協(xié)同排序方法馬園園1’2?，胡明華1’2’3’*，尹嘉男L2?，田文1’2’31．南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，南京2111062．國家空管飛行流量管理技術(shù)重點(diǎn)實驗室，南京2111063．中德飛行流量管理技術(shù)聯(lián)合實驗室，南京211106摘要：針對大都市及都市圈飛行沖突、空域擁堵和航班延誤日益嚴(yán)峻的現(xiàn)狀，研究了

2、多機(jī)場終端區(qū)進(jìn)離場交通流協(xié)同排序問題。綜合考慮尾流間隔、跑道間隔、時間窗、進(jìn)離場容量等約束限制，從時空多維角度引入航班滿意度概念，建立了多機(jī)場終端區(qū)進(jìn)離場交通流協(xié)同排序模型，設(shè)計了帶精英策略的非支配排序多目標(biāo)遺傳算法(NSGA—II)，尋求多機(jī)場終端區(qū)進(jìn)離場排序問題的Pareto最優(yōu)解。實例驗證表明，所提方法可對多機(jī)場終端區(qū)進(jìn)離場交通流進(jìn)行優(yōu)化排序，有效降低航班延誤總時間，顯著提高航班總滿意度，并實現(xiàn)多機(jī)場系統(tǒng)對終端區(qū)空域資源的公平均衡使用。與經(jīng)典的先到先服務(wù)策略相比，協(xié)同排序策略的整體優(yōu)化效果較為顯著，其中航班延誤時間得到了一定的降低。關(guān)鍵詞：空中交通管理；多

3、機(jī)場終端區(qū)；進(jìn)離場排序；多跑道；多目標(biāo)優(yōu)化；航班滿意度中圖分類號：V355．2；TP391．9文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000—6893(2017)0232022213航空運(yùn)輸作為綜合交通運(yùn)輸體系的重要組成部分，其發(fā)展水平已成為衡量國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會現(xiàn)代化程度的重要指標(biāo)。特別在中國長三角、珠三角和京津冀等東部發(fā)達(dá)地區(qū)，為切實滿足航空運(yùn)輸發(fā)展需求，機(jī)場新改擴(kuò)建進(jìn)程不斷加快，機(jī)場密集程度日益增加，“一市兩場”或“一市多場”的戰(zhàn)略布局已初見端倪，機(jī)場群系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展趨勢愈發(fā)明顯。從空中交通管理視角審視，傳統(tǒng)的單機(jī)場終端區(qū)空域正面臨復(fù)雜的多機(jī)場協(xié)同運(yùn)行環(huán)境。在大都市及都市

4、圈內(nèi)，多機(jī)場終端區(qū)成為典型的中低空空域結(jié)構(gòu)，具有空域結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜、機(jī)場之問耦合關(guān)聯(lián)、空中交通流量密集、管制運(yùn)行規(guī)則多樣、運(yùn)行環(huán)境動態(tài)多變等顯著特點(diǎn)，且轄區(qū)內(nèi)各個機(jī)場一般為飛行繁忙地區(qū)航空樞紐和主干航線網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其運(yùn)行效率高低在很大程度上直接反映航空運(yùn)輸服務(wù)品質(zhì)。然而，目前多機(jī)場終端區(qū)空域系統(tǒng)供給與空中交通需求之間存在明顯的不匹配情況，因容流失衡頻繁引發(fā)飛行沖突、空域擁堵和航班延誤等問題，多機(jī)場系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行效率一直較為低下，進(jìn)而導(dǎo)致航空公司運(yùn)行成本增加、機(jī)場運(yùn)行服務(wù)品質(zhì)下降、航空旅客滿意程度降低、空管部門社會形象受損。因此，為科學(xué)配置機(jī)場空域資源，高效調(diào)度空中

5、交通流量，顯著提高多機(jī)場一體化運(yùn)行能力和進(jìn)離場協(xié)同運(yùn)行效率，亟需研究多機(jī)場終端區(qū)進(jìn)離場交通流協(xié)同排序問題。國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者針對空中交通流排序問題已開展大量研究，研究視角經(jīng)歷了由進(jìn)場口。31向離收稿日期：2016—03—14；退修日期：2016—04—01；錄用日期：2016—04—20；網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016一04—2814：13網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V201604281413002htmI基金項目：國家自然科學(xué)基金(71301074)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項資金；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃(KYLX

6、0290)；國家自然科學(xué)基金民航聯(lián)合研究基金(U1333202)*通訊作者．E—mail：minghuahu@nuaa．educa引用格武；馬西圄，胡明華。尹嘉勇．等i多機(jī)場終端區(qū)迸離場交通流協(xié)同排序方法LJJ．航空學(xué)報，2017，38(2)：3202227MAYY，HUMH。YINJN．etalCollaborativesequencingandschedulingmethodforarrivalanddeparturetrafficflowlnmulti-airportterminalareaEJ2．ActaAeronauticaetAstronautica

7、S}nica，2017，38(2)：320222320222—1航空學(xué)報場H屯、由進(jìn)場／離場[_。8]向進(jìn)離場一”10]、由單跑道。“。1糾向多跑道u3?！耙弧⒂蓡螜C(jī)場[15q73向多機(jī)場u8之¨的逐漸演變與發(fā)展，相關(guān)的建模手段和求解算法等亦豐富多樣，先后提出了先到先服務(wù)(FCFS)、約束位置交換、時間窗和航班優(yōu)先級等排序概念，建立了基于整數(shù)規(guī)劃、混合整數(shù)規(guī)劃、靜態(tài)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃等數(shù)學(xué)思想的排序模型，并采用窮舉法、搜索樹算法、滑動時間窗算法、模糊推理算法、遺傳算法和禁忌搜索算法等對所建模型進(jìn)行求解。上述研究成果雖較為豐富，但仍存在以下3大問題：①當(dāng)前研究大多聚焦

8、于單機(jī)場進(jìn)場／離場／進(jìn)離