一种基于混合遗传算法的多跑道机场航班起降协同优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107016462A(43)申请公布日2017.08.04(21)申请号201710217356.4(22)申请日2017.04.05(71)申请人张玉州地址246002安徽省安庆市集贤北路1318号(72)发明人张玉州陈文莉江克勤(74)专利代理机构安徽汇朴律师事务所34116代理人李启胜(51)Int.Cl.G06Q10/04(2012.01)G06Q50/30(2012.01)G06N3/12(2006.01)权利要求书4页说明书13页(54)发明名称一种基于混合遗传算法的多跑道机场航班起降协同优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于混合遗传算法的多跑道机场航班起降协同优化方法，包括以下步骤：1)描述航班列队组成；2)设置航班优先权；3)设定单条跑道上航班的优先系数；4)建立多跑道机场进离港地面等待问题协同优化模型；5)设置协同优化评价标准；6)提出启发式局部搜索策略；7)混合遗传算法的设计；本发明旨在解决地面等待策略在多跑道机场进、离港地面等待问题中的应用难题，使得延误费用能够在进离港航班队列之间进行合理的分配，相比现有技术本发明建立的模型以降低延误损失为目标，实现延误损失的协同优化；使用当量航班平均延误损失作为启发信息，引导局部搜索朝着既定的方向进行，避免了搜索的盲目性，对延误费用的协同优化有了明显的提高。CN107016462ACN107016462A权利要求书1/4页1.一种基于混合遗传算法的多跑道机场航班起降协同优化方法，其特征在于，包括以下步骤：1)描述航班列队组成航班的单位时间延误成本反映了该航班被延误时将造成的经济损失，单位时间延误成本同时还体现了该航班应该承担的延误损失；从而，进、离港队列的航班组成可表示为相应队列中航班单位时间延误成本的叠加，为叙述方便，称该叠加为队列的服务需求量，所述队列的服务需求量定义如下：定义1设由M架航班组成队列FS，令CDm表示FS中飞机m的单位时间地面延误损失系数，令服务需求量反映了队列航班如果被延误则会造成的延误损失量，即队列航班使用跑道总的期望值，同时也体现了该队列航班应该承担的延误损失；2)设置航班优先权航班对跑道的使用优先权体现了飞行管制人员对航班类型的倾向性，多跑道机场中起降航班的优先性考虑了以下两个因素：a.队列服务需求量队列服务需求量划分为两部分，即当前已服务的需求量和尚待服务的需求量，显然航班使用跑道的优先权正比于所在队列的总需求量以及尚待服务的需求量，反比于该队列已服务的需求量，因为已服务需求量体现了跑道资源在一段时间内被该队列使用情况；b.专用跑道和混合跑道的构成航班进行起降时，机场为其分配专用跑道或混合跑道，而机场中进、离港专用跑道以及混合跑道数可能存在差异，所以为了均衡航班队列的延误损失，航班在专用和混合跑道中选择一条合理的跑道进行起降；因此，混合跑道rm上航班nrm的优先系数其中，FRMA、FRMD和FRM分别为混合跑道上的进港航班、离港航班及所有航班，FAQ为进港队列，FDQ为离港队列；其中，(2)式中将进港专用跑道视为一个系统，以Dtrans(FAQ)在专用和混合跑道上的分配比例作为相应航班的优先系数,来调节进港队列FAQ在专用、混合跑道上的分布；以Dtrans(FDQ)在专用和混合跑道上的分配比例作为相应航班的优先系数,来调节离港队列FDQ在专用、混合跑道上的分布；实际中，由于进港专用跑道数RA和离港专用跑道数RD的不同，进一步优化得到进港航班优先系数为Dtrans(FRA)/RA/Dtrans(FAQ)，以均衡相应队列航班在专用跑道上的优先权，其中，FRA为专用跑道上进港航班；对于混合跑道，进港航班优先系数为其服务需求量与混合跑道服务总需求量的比例，即Dtrans(FRMA)/Dtrans(FRM)；3)设定单条跑道上航班的优先系数2CN107016462A权利要求书2/4页令采用cr(r)作为跑道r上航班的优先系数，当跑道r上航班延误损失较大时，其对应的优先系数则较大，反之亦然，所以通过系数cr(r)可调节跑道r的负载量；式中，表示跑道r上航班nr在时间使用跑道r时所产生的地面延误费用；kc为常量；4)建立多跑道机场进离港地面等待问题协同优化模型以航班进离港专用跑道以及混合跑道的优先权为基础，建立多跑道机场进离港地面等待问题协同优化模型，目标函数描述如下：式中，RA、RD分别为进港专用跑道数和离港专用跑道数；RM为混合跑道数；Nr为分配到跑道r上的航班数；表示飞机p在跑道r上进行起降时的分配下降时间；5)设置协同优化评价标准当GA通过遗传操作生成新的个体后，计算该个体的进、离港延误费用，记为CPA和CPD；由于所述定义1中Dtrans(FS)反映了队列FS的服务