CN101465067A - 机场场面航班调度辅助决策方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机场场面航班调度辅助决策方法和系统。方法包括：获取当前时刻空域流量信息、滑行网络的节点信息和所有航班的信息，获得进港航班数据和离港航班数据；根据空域流量信息、进港航班数据和离港航班数据获得离港航班的起飞时隙，并由起飞时隙形成离港航班的航班起飞序列；根据进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列；判断在当前时刻下推出当前推出时间序列是否满足离港航班的起飞时隙；输出航班起飞序列和当前推出时间序列。本发明可以实时地输出航班起飞序列和推出时间序列，为管理人员提供航班调度决策方案，可以有效减少管理人员的工作负荷和压力。

Description

机场场面航班调度辅助决策方法和系统

技术领域

本发明涉及一种飞行管理方法和系统，特别是一种机场场面航班调度辅助决策方法和系统。

背景技术

随着航空运输业的快速发展，空中交通流量需求的急剧增加引起了越来越严重的航班延误，因此空中交通流量管理的一个重要课题就是如何减少航班进离港的延误，以提高服务质量和提高机场的整体运行效率。

目前，现有航班离港放行系统的功能较为简单，采用语音或数据的形式接收航班放行请求，然后将航班放行请求转发给管理人员，管理人员判断处理后，航班离港放行系统再将许可出行命令转发出去。因此现有航班离港放行系统只起到转发放行和许可的作用，实际上是人工型的机场场面航班调度和决策。随着流量的增长，现有技术这种人工型调度和决策已经无法满足民航事业发展的要求，其主要缺陷体现在：飞机流量大时造成机场场面上存在大量的滑行等待；飞行计划变更时推出新的调度和决策时间长，不能根据机场场面航班的实时情况及时制定航班出行计划，管理效率低；管制人员长期处于工作负担大等。

发明内容

本发明的目的是提供一种机场场面航班调度辅助决策方法和系统，通过实时地为管理人员提供航班调度决策方案，有效提高机场场面运行效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种机场场面航班调度辅助决策方法，包括：

步骤1、获取当前时刻空域流量信息、滑行网络的节点信息和所有航班的信息，对所有航班的信息进行解析、转换和整理处理，获得进港航班数据和离港航班数据；

步骤2、根据所述空域流量信息、进港航班数据和离港航班数据获得离港航班的起飞时隙，并由所述起飞时隙形成离港航班的航班起飞序列；

步骤3、根据所述进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列；

步骤4、判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否满足所述离港航班的起飞时隙，是则执行步骤5，否则执行步骤2；

步骤5、输出所述航班起飞序列和当前推出时间序列。

所述步骤2包括：

步骤21、提取所述进港航班数据中的进港时间和离港航班数据中的计划起飞时间；

步骤22、根据所述空域流量信息和进港时间确定进港航班的降落时隙和当前可用时隙；

步骤23、判断是否还有未安排起飞时隙的离港航班，是则执行步骤24，否则执行步骤27；

步骤24、从离港航班数据中提取一个离港航班，根据所述离港航班的计划起飞时间为所述离港航班安排最早的起飞时隙；

步骤25、根据所述空域流量信息判断所述离港航班的起飞时隙是否满足起飞规则，是则执行步骤26，否则放弃所述离港航班的起飞时隙，执行步骤23；

步骤26、将所述最早的起飞时隙添加到航班起飞序列中，执行步骤23；

步骤27、输出所述航班起飞序列。

所述步骤3包括：

步骤31、接收所述航班起飞序列；

步骤32、从所述离港航班数据中提取每个离港航班的计划推出时间，形成当前推出时间序列；

步骤33、根据所述滑行网络的节点信息判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否存在滑行冲突，是则执行步骤34，否则执行步骤36；

步骤34、以所述航班起飞序列为时间约束，采用推出时间优化模型生成一个当前推出时间序列；

步骤35、根据所述滑行网络的节点信息判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否存在滑行冲突，是则执行步骤34，否则执行步骤36；

步骤36、更新滑行网络的节点信息，输出所述当前推出时间序列。

所述推出时间优化模型包括最小推出时间目标函数、最小滑行时间目标函数、时间间隔约束条件、纵向间隔约束条件和时间安排约束条件，其中，

最小推出时间目标函数为： $\min \underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}|{\mathrm{SPT}}_i-{\mathrm{RPT}}_i|$

最小滑行时间目标函数为： $\min \underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{TAX}}_i$

时间间隔约束条件为：|SPT_ik-SPT_jk|>Δ

纵向间隔约束条件为：|SPT_il-SPT_jl|>T_ij

时间安排约束条件为：RT_i≤SPT_i≤TOT_i-minTAX_i

式中，N为准备推出的离港航班集合，SPT_i表示第i架航班的实际推出时间，RPT_i表示第i架航班的计划推出时间，TAX_i表示第i架航班的滑行时间，SPT_ik为第i架航班到达滑行节点k的时间，SPT_jk为第j架航班到达滑行节点k的时间，Δ为预先设定的冲突探测时间阀值，SPT_il为第i架航班经过滑行道l的时间，SPT_jl第j架航班经过滑行道l的时间，T_ij为预先设定的尾流间隔或纵向间隔，RT_i表示第i架航班的准备好时间，TOT_i表示第i架航班的起飞时间。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种机场场面航班调度辅助决策系统，包括：

航班数据获取模块，用于获取当前时刻空域流量信息、滑行网络的节点信息和所有航班的信息，对所有航班的信息进行解析、转换和整理处理，获得进港航班数据和离港航班数据；

起飞序列获取模块，与所述航班数据获取模块连接，用于根据所述进港航班数据和离港航班数据获得离港航班的起飞时隙，并由所述起飞时隙形成离港航班的航班起飞序列；

推出时间生成模块，与所述起飞序列获取模块连接，用于根据所述进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列；

起飞时隙限制模块，与所述推出时间生成模块和起飞序列获取模块连接，用于判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否满足所述离港航班的起飞时隙；

调度决策输出模块，与所述起飞时隙限制模块连接，用于输出所述航班推出时间和当前航班起飞序列。

所述起飞序列获取模块包括：

时间数据提取单元，与所述航班数据获取模块连接，用于提取所述进港航班数据中的进港时间和离港航班数据中的计划起飞时间；

起飞时隙分配单元，与所述时间数据提取单元连接，用于根据所述空域流量信息和进港时间确定进港航班的降落时隙和当前可用时隙，根据所述离港航班的计划起飞时间为所述离港航班安排最早的起飞时隙；

起飞规则限制单元，与所述起飞时隙分配单元连接，用于根据所述空域流量信息判断所述离港航班的起飞时隙是否满足起飞规则，在离港航班的起飞时隙满足起飞规则时，发送所述起飞时隙，在离港航班的起飞时隙不满足起飞规则时，放弃该起飞时隙，向所述起飞时隙分配单元发送重新安排起飞时隙的指令；

起飞序列生成单元，与所述起飞规则限制单元连接，用于将所述起飞时隙添加到航班起飞序列中，并输出所述航班起飞序列。

所述推出时间生成模块包括：

起飞序列获取单元，与所述起飞序列获取模块连接，用于接收所述航班起飞序列，并从所述离港航班数据中提取每个离港航班的计划推出时间，形成当前推出时间序列；

滑行冲突限制单元，与所述起飞序列获取单元连接，用于根据所述滑行网络的节点信息判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否存在滑行冲突，如果在当前时刻下推出当前推出时间序列存在滑行冲突时，则发送生成当前推出时间序列的指令，如果在当前时刻下推出当前推出时间序列不存在滑行冲突时，则发送所述当前推出时间序列；

推出时间生成单元，与所述滑行冲突限制单元连接，用于接收来自滑行冲突限制单元发送的生成当前推出时间序列的指令，根据所述进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列，并将所述当前推出时间序列发送给所述滑行冲突限制单元；

推出时间输出单元，与所述滑行冲突限制单元连接，用于接收来自滑行冲突限制单元发送的所述当前推出时间序列，根据所述当前推出时间序列更新滑行网络的节点信息，输出所述当前推出时间序列。

本发明提出了一种机场场面航班调度辅助决策方法和系统，根据机场场面航班的实际情况，实时地输出航班起飞序列和推出时间序列，为管理人员提供航班调度决策方案，不仅有效减少了管理人员的工作负荷和压力，而且也减少了由于人为失误造成的航班延误和潜在的安全隐患。本发明提高了机场现有安全水平，解决了机场场面大量的滑行等待和潜在的冲突风险，提高了机场场面运行效率，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明机场场面航班调度辅助决策方法的流程图；

图2为本发明获得航班起飞序列的流程图；

图3为本发明生成当前航班推出时间的流程图；

图4为本发明机场场面航班调度辅助决策系统的结构示意图；

图5为本发明起飞序列获取模块的结构示意图；

图6为本发明推出时间生成模块的结构示意图；

图7为本发明机场场面航班调度辅助决策系统具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明机场场面航班调度辅助决策方法的流程图，包括：

步骤1、获取当前时刻空域流量信息、滑行网络的节点信息和所有航班的信息，对所有航班的信息进行解析、转换和整理处理，获得进港航班数据和离港航班数据；

步骤2、根据所述空域流量信息、进港航班数据和离港航班数据获得离港航班的起飞时隙，并由所述起飞时隙形成离港航班的航班起飞序列；

步骤3、根据所述进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列；

步骤4、判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否满足所述离港航班的起飞时隙，是则执行步骤5，否则执行步骤2；

步骤5、输出所述航班起飞序列和当前推出时间序列。

本发明提供了一种机场场面航班调度辅助决策方法，首先采集当前时刻的空域流量信息、滑行网络的节点信息和所有航班的信息，根据所有航班的信息获得进港航班数据和离港航班数据，然后根据空域流量信息、进港航班数据和离港航班信息为每个离港航班分配起飞时隙，并由每个离港航班的起飞时隙形成离港航班的航班起飞序列；在获得离港航班的航班起飞序列后，将该航班起飞序列作为时间约束，根据滑行网络的节点信息采用推出时间优化模型生成推出时间序列；判断在当前时刻下推出当前推出时间序列是否满足离港航班的起飞时隙，如果不满足起飞时隙，则执行步骤2，即重新进行航班起飞序列的处理，如果满足起飞时隙，则输出航班起飞序列和当前航班推出时间。由此可见，本发明首先根据进港航班数据和离港航班信息，结合空域限制条件建立航班起飞序列，制定出航班的离港次序，然后根据地面限制条件和航班起飞序列得到推出时间序列，最后将航班起飞序列和当前航班推出时间输出，为管理人员提供实时的、优化的航班调度决策方案，有效减少了管理人员的工作负荷和压力，减少了场面延误，提高机场运行效率，同时也减少了人为失误造成的航班延误和潜在的安全隐患。

本发明步骤1中，首先获得当前时刻作为空域限制条件的空域流量信息、作为地面限制条件的滑行网络的节点信息、所有进港和计划离港航班的信息，将航班信息进行解析、转换和整理处理后获得进港航班数据和离港航班数据，进港航班数据包括进港时间，离港航班数据包括计划起飞时间和状态参数等。本发明中，对所有航班的信息进行解析、转换和整理处理均采用常规的处理方法，处理过程也为本领域技术人员所熟知，这里不再赘述。例如，解析处理是先将航班信息缓存，判断航班信息是否能够被处理，将不能处理的航班信息丢弃；转换处理是将不同数据格式的航班信息进行格式转换，对不同格式的数据进行统一语义；整理处理的一个内容是对进港时间加入扰动，将进港时间扩展成一个时间范围，以符合实际进港情况，另一个内容是为每个离港航班的计划起飞时间选择预先设置的离港航班的准备时间。实际应用中，本发明步骤1之前还可以包括初始化流程，根据实际机场结构进行初始化处理，建立机场模型信息。该初始化流程只是在系统投入运行或机场结构改变时执行。

图2为本发明获得航班起飞序列的流程图。图1所示技术方案中，步骤2包括：

步骤21、提取所述进港航班数据中的进港时间和离港航班数据中的计划起飞时间；

步骤22、根据所述空域流量信息和进港时间确定进港航班的降落时隙和当前可用时隙；

步骤23、判断是否还有未安排起飞时隙的离港航班，是则执行步骤24，否则执行步骤27；

步骤24、从离港航班数据中提取一个离港航班，根据所述离港航班的计划起飞时间为所述离港航班安排最早的起飞时隙；

步骤25、根据所述空域流量信息判断所述离港航班的起飞时隙是否满足起飞规则，是则执行步骤26，否则放弃所述离港航班的起飞时隙，执行步骤23；

步骤26、将所述最早的起飞时隙添加到航班起飞序列中，执行步骤23；

步骤27、输出所述航班起飞序列。

图2所示技术方案中，首先提取进港航班数据和离港航班数据，并从进港航班数据中得到进港航班的进港时间和从离港航班数据中得到离港航班的计划起飞时间。然后根据空域流量信息和进港时间确定进港航班的降落时隙和当前可用时隙，由于降落时隙专用于航班降落，并将整个时隙分隔成数个间断的时间段，因此这些间断的时间段就成为当前可用时隙。在获得当前可用时隙后，就可以依次安排每个航班的起飞时隙。在安排每个航班的起飞时隙中，首先根据离港航班的计划起飞时间在可用时隙中为离港航班安排最早的起飞时隙，然后根据空域流量信息判断所安排的起飞时隙是否满足起飞规则。起飞规则是机场现行实施的一些起飞限制条件，例如，同一航路、同一高度层的航班和同一航路、不同高度的航班应该间隔一定时间等。如果安排的起飞时隙不满足起飞规则，则将该离港航班的起飞时隙放弃，返回步骤23，重新为该航班安排另一个起飞时隙或安排另一个航班的起飞时隙；如果安排的起飞时隙满足起飞规则，则将该离港航班的起飞时隙添加到航班起飞序列中。依次类推，在处理完所有的离港航班后，输出航班起飞序列。由此可见，本发明航班起飞序列实际上是一种按起飞时隙排序的起飞排序结果。进一步地，本发明依据当前可用时隙安排每个航班的起飞时隙时，还可以考虑进港航班占用时隙改变情况。例如，当进港航班延误时，为其分配较晚的时隙，或当进港航班取消时，取消已分配的时隙，将空出来的时隙用于离港航班。

图3为本发明生成当前航班推出时间的流程图。图1所示技术方案中，步骤3包括：

步骤31、接收所述航班起飞序列；

步骤32、从所述离港航班数据中提取每个离港航班的计划推出时间，形成当前推出时间序列；

步骤33、根据所述滑行网络的节点信息判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否存在滑行冲突，是则执行步骤34，否则执行步骤36；

步骤34、以所述航班起飞序列为时间约束，采用推出时间优化模型生成一个当前推出时间序列；

步骤35、根据所述滑行网络的节点信息判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否存在滑行冲突，是则执行步骤34，否则执行步骤36；

步骤36、更新滑行网络的节点信息，输出所述当前推出时间序列。

图3所示技术方案中，由于航班起飞序列中已经确定了每个离港航班的起飞时隙，因此接收航班起飞序列后就可以获得上述数据，同时从离港航班数据中提取每个离港航班的计划推出时间，并由数个计划推出时间形成当前推出时间序列。显然，此时的当前推出时间序列是由计划推出时间组成的序列。之后，本发明首先判断该当前推出时间序列是否可行，即根据滑行网络的节点信息(包括滑行道占用信息等)、地面运行状态、地面运行规则和速度限制等信息判断，判断在当前时刻下推出该当前推出时间序列是否存在滑行冲突。如果推出该当前推出时间序列不存在滑行冲突，说明在当前时刻下推出该当前推出时间序列是可行的，则更新滑行网络的节点信息，直接输出该当前推出时间序列。如果推出该当前推出时间序列存在滑行冲突，说明在当前时刻下推出该当前推出时间序列不可行，则需要重新设置新的推出时间序列。在重新设置新的推出时间序列过程中，本发明以航班起飞序列为时间约束，采用推出时间优化模型生成一个经过优化的当前推出时间序列。显然，此时的当前推出时间序列是由实际推出时间组成的序列。之后根据滑行网络的节点信息等判断在当前时刻下推出该当前推出时间序列是否存在滑行冲突，如果推出该当前推出时间序列不存在滑行冲突，说明在当前时刻下推出该当前推出时间序列是可行的，则更新滑行网络的节点信息，输出该当前推出时间序列，如果推出该当前推出时间序列存在滑行冲突，说明在当前时刻下推出该当前推出时间序列不可行，则重新采用推出时间优化模型生成一个经过优化的当前推出时间序列，再进行滑行冲突判断，直到在当前时刻下推出该当前推出时间序列是可行的，最后更新滑行网络的节点信息，输出该当前推出时间序列。

实际处理中，根据航班起飞序列中每个离港航班的起飞时隙和滑行网络的节点信息，先制定出每个离港航班的滑行策略，滑行策略包括每个离港航班的滑行路径和滑行节点时间，根据每个离港航班的滑行路径和滑行节点时间即可计算出每个离港航班的滑行时间。

上述技术方案中，本发明引入了推出时间优化模型，通过推出时间优化模型生成经过优化的当前推出时间序列。具体地，推出时间优化模型包括目标函数和约束条件，目标函数为最小推出时间目标函数和最小滑行时间目标函数，约束条件为时间间隔约束、纵向间隔约束和时间安排约束，其中，

最小推出时间目标函数为：

$\min \underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}|{\mathrm{SPT}}_i-{\mathrm{RPT}}_i|$

最小滑行时间目标函数为：

$\min \underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{TAX}}_i$

式中，N为准备推出的离港航班集合，SPT_i表示第i架航班的实际推出时间，RPT_i表示第i架航班的计划推出时间，TAX_i表示第i架航班的滑行时间。

时间间隔约束条件为：

|SPT_ik-SPT_jk|>Δ

式中，SPT_ik为第i架航班到达滑行节点k的时间，SPT_jk为第j架航班到达滑行节点k的时间，Δ为预先设定的冲突探测时间阀值。该约束条件表示不同航班达到相同滑行节点时要保持一定的时间间隔，即第i架航班与第j架航班达到滑行节点k的时间差绝对值要大于预先设定的冲突探测时间阀值Δ。

纵向间隔约束条件为：

|SPT_il-SPT_jl|>T_ij

T_ij为预先设定的尾流间隔或纵向间隔。该约束条件表示不同航班要满足一定的尾流间隔或纵向间隔，即第i架航班与第j架航班经过滑行道l的时间差绝对值要大于预先设定的尾流间隔或纵向间隔T_ij。

时间安排约束条件为：

RT_i≤SPT_i≤TOT_i-minTAX_i

式中，RT_i表示第i架航班的准备好时间，TOT_i表示第i架航班的起飞时间。该约束条件表示航班应该在准备时间之后推出，在起飞时隙之前即起飞时间到达跑道，即对于第i架航班，其实际推出时间SPT_i应该大于或等于其准备时间RT_i，并小于或等于其起飞时间TOT_i与最小滑行时间TAX_i之差。

此外，约束条件还可以包括避免对头冲突约束和放飞间隔约束。避免对头冲突约束是指，当航班i从滑行节点u到滑行节点v滑行时，而航班j从滑行节点v到滑行节点u滑行，如果航班i比航班j早到滑行节点u，那么它应该比航班j早到滑行节点v；在经过同一滑行路径时为避免追尾冲突通过限制后机的滑行速度小于前机的滑行速度，这里不再赘述。

由此可见，本发明生成航班推出时间的过程就是结合约束条件求解目标函数的过程。实际应用中，求解推出时间优化模型可以采用现有成熟的优化算法，如遗传算法，通过推出时间优化模型寻找满足滑行网络中约束限制规则的推出时间，该推出时间具有最小的实际推出时间与计划推出时间之差、具有最小滑行时间(即跑道吞吐量最大化)，既保证了优化的实际推出时间，又充分利用滑行网络资源

虽然前面流程已经获得了航班起飞序列和优化的推出时间序列，但还需要验证该优化的航班起飞序列和推出时间序列是否符合实际情况，即判断在当前时刻下推出当前推出时间序列是否满足离港航班的起飞时隙，如果不满足起飞时隙，则执行步骤2，即重新为离港航班安排起飞时隙，形成新的航班起飞序列。如此往复，直到最终得到既不存在滑行冲突、又满足起飞时隙的推出时间序列，并将航班起飞序列和推出时间序列输出。实际应用中，可以采用可视化输出航班起飞序列和推出时间序列的方式供管理人员参考，有效地提高了空中交通流量的管理效率。

本发明提出了一种机场场面航班调度辅助决策方法，根据机场场面航班的实际情况，实时地输出航班起飞序列和推出时间序列，为管理人员提供航班调度决策方案，不仅有效减少了管理人员的工作负荷和压力，而且也减少了由于人为失误造成的航班延误和潜在的安全隐患。本发明提高了机场现有安全水平，解决了机场场面大量的滑行等待和潜在的冲突风险，提高了机场场面运行效率，具有广阔的应用前景。

图4为本发明机场场面航班调度辅助决策系统的结构示意图。如图4所示，本发明机场场面航班调度辅助决策系统包括航班数据获取模块1、起飞序列获取模块2、推出时间生成模块3、起飞时隙限制模块4和调度决策输出模块5，航班数据获取模块1用于获取当前时刻空域流量信息、滑行网络的节点信息和所有航班的信息，对所有航班的信息进行解析、转换和整理处理，获得进港航班数据和离港航班数据；起飞序列获取模块2与航班数据获取模块1连接，用于根据进港航班数据和离港航班数据获得离港航班的起飞时隙，并由起飞时隙形成离港航班的航班起飞序列；推出时间生成模块3与起飞序列获取模块2连接，用于根据进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列；起飞时隙限制模块4与推出时间生成模块3和起飞序列获取模块2连接，用于判断在当前时刻下推出当前推出时间序列是否满足离港航班的起飞时隙，在当前时刻下推出当前推出时间序列满足离港航班的起飞时隙时，将当前推出时间序列向调度决策输出模块5发送，在当前时刻下推出当前推出时间序列不满足离港航班的起飞时隙时，放弃该当前推出时间序列，向起飞序列获取模块2发送重新生成航班起飞序列的指示；调度决策输出模块5与起飞时隙限制模块4连接，用于输出航班推出时间和当前航班起飞序列。

本发明提供了一种机场场面航班调度辅助决策系统，首先由航班数据获取模块1采集当前时刻的空域流量信息、滑行网络的节点信息和所有航班的信息，根据所有航班的信息获得进港航班数据和离港航班数据，然后起飞序列获取模块2根据空域流量信息、进港航班数据和离港航班信息为每个离港航班分配起飞时隙，并由每个离港航班的起飞时隙形成离港航班的航班起飞序列；推出时间生成模块3将该航班起飞序列作为时间约束，根据滑行网络的节点信息采用推出时间优化模型生成推出时间序列；起飞时隙限制模块4判断在当前时刻下推出当前推出时间序列是否满足离港航班的起飞时隙，如果不满足起飞时隙，则由起飞序列获取模块2重新进行航班起飞序列的处理，如果满足起飞时隙，则由调度决策输出模块5输出航班起飞序列和当前航班推出时间。由此可见，本发明首先根据进港航班数据和离港航班信息，结合空域限制条件建立航班起飞序列，制定出航班的离港次序，然后根据地面限制条件和航班起飞序列得到推出时间序列，最后将航班起飞序列和当前航班推出时间输出，为管理人员提供实时的、优化的航班调度决策方案，有效减少了管理人员的工作负荷和压力，减少了场面延误，提高机场运行效率，同时也减少了人为失误造成的航班延误和潜在的安全隐患。

图5为本发明起飞序列获取模块的结构示意图。如图5所示，本发明起飞序列获取模块包括时间数据提取单元21、起飞时隙分配单元22、起飞规则限制单元23和起飞序列生成单元24。时间数据提取单元21与航班数据获取模块1连接，用于提取进港航班数据中的进港时间和离港航班数据中的计划起飞时间；起飞时隙分配单元22与时间数据提取单元21连接，用于根据空域流量信息和进港时间确定进港航班的降落时隙和当前可用时隙，根据离港航班的计划起飞时间为离港航班安排最早的起飞时隙；起飞规则限制单元23与起飞时隙分配单元22连接，用于根据空域流量信息判断离港航班的起飞时隙是否满足起飞规则，在离港航班的起飞时隙满足起飞规则时，向起飞序列生成单元24发送该起飞时隙，在离港航班的起飞时隙不满足起飞规则时，放弃该起飞时隙，向起飞时隙分配单元22发送重新安排起飞时隙的指令；起飞序列生成单元24与起飞规则限制单元23连接，用于将起飞规则限制单元23发送的起飞时隙添加到航班起飞序列中，并输出航班起飞序列。

图6为本发明推出时间生成模块的结构示意图。如图6所示，本发明推出时间生成模块包括起飞序列获取单元31、滑行冲突限制单元32、推出时间生成单元33和推出时间输出单元34。起飞序列获取单元31与起飞序列获取模块2中的起飞序列生成单元24连接，用于接收航班起飞序列，并从离港航班数据中提取每个离港航班的计划推出时间，形成当前推出时间序列；滑行冲突限制单元32与起飞序列获取单元连接，用于根据滑行网络的节点信息判断在当前时刻下推出当前推出时间序列是否存在滑行冲突，如果在当前时刻下推出当前推出时间序列存在滑行冲突时，发送生成当前推出时间序列的指令，如果在当前时刻下推出当前推出时间序列不存在滑行冲突时，输出该当前推出时间序列；推出时间生成单元33与滑行冲突限制单元32连接，用于接收来自滑行冲突限制单元32发送的生成当前推出时间序列的指令，根据进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列，并将当前推出时间序列发送给滑行冲突限制单元32；推出时间输出单元34与滑行冲突限制单元32连接，用于接收来自滑行冲突限制单元32发送的当前推出时间序列，根据当前推出时间序列更新滑行网络的节点信息，并输出当前推出时间序列。

图7为本发明机场场面航班调度辅助决策系统具体实施例的结构示意图，可以进一步说明本发明机场场面航班调度辅助决策系统的技术方案。图7中各模块、各单元的具体内容已在前面详细说明，这里不再赘述。

本发明提出了一种机场场面航班调度辅助决策系统，根据机场场面航班的实际情况，实时地输出航班起飞序列和推出时间序列，为管理人员提供航班调度决策方案，不仅有效减少了管理人员的工作负荷和压力，而且也减少了由于人为失误造成的航班延误和潜在的安全隐患。本发明提高了机场现有安全水平，解决了机场场面大量的滑行等待和潜在的冲突风险，提高了机场场面运行效率，具有广阔的应用前景。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种机场场面航班调度辅助决策方法，其特征在于，包括：

步骤1、获取当前时刻空域流量信息、滑行网络的节点信息和所有航班的信息，对所有航班的信息进行解析、转换和整理处理，获得进港航班数据和离港航班数据；

步骤2、根据所述空域流量信息、进港航班数据和离港航班数据获得离港航班的起飞时隙，并由所述起飞时隙形成离港航班的航班起飞序列；

步骤3、根据所述进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列；

步骤4、判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否满足所述离港航班的起飞时隙，是则执行步骤5，否则执行步骤2；

步骤5、输出所述航班起飞序列和当前推出时间序列。

2.根据权利要求1所述的机场场面航班调度辅助决策方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤21、提取所述进港航班数据中的进港时间和离港航班数据中的计划起飞时间；

步骤22、根据所述空域流量信息和进港时间确定进港航班的降落时隙和当前可用时隙；

步骤23、判断是否还有未安排起飞时隙的离港航班，是则执行步骤24，否则执行步骤27；

步骤24、从离港航班数据中提取一个离港航班，根据所述离港航班的计划起飞时间为所述离港航班安排最早的起飞时隙；

步骤25、根据所述空域流量信息判断所述离港航班的起飞时隙是否满足起飞规则，是则执行步骤26，否则放弃所述离港航班的起飞时隙，执行步骤23；

步骤26、将所述最早的起飞时隙添加到航班起飞序列中，执行步骤23；

步骤27、输出所述航班起飞序列。

3.根据权利要求1所述的机场场面航班调度辅助决策方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤31、接收所述航班起飞序列；

步骤32、从所述离港航班数据中提取每个离港航班的计划推出时间，形成当前推出时间序列；

步骤33、根据所述滑行网络的节点信息判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否存在滑行冲突，是则执行步骤34，否则执行步骤36；

步骤34、以所述航班起飞序列为时间约束，采用推出时间优化模型生成一个当前推出时间序列；

步骤35、根据所述滑行网络的节点信息判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否存在滑行冲突，是则执行步骤34，否则执行步骤36；

步骤36、更新滑行网络的节点信息，输出所述当前推出时间序列。

4.根据权利要求3所述的机场场面航班调度辅助决策方法，其特征在于，所述推出时间优化模型包括最小推出时间目标函数、最小滑行时间目标函数、时间间隔约束条件、纵向间隔约束条件和时间安排约束条件，其中，

最小推出时间目标函数为： $\min \underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}|{\mathrm{SPT}}_i-{\mathrm{RPT}}_i|$

最小滑行时间目标函数为：

时间间隔约束条件为：|SPT_ik-SPT_jk|>Δ

纵向间隔约束条件为：|SPT_il-SPT_jl|>T_ij

时间安排约束条件为：RT_i≤SPT_i≤TOT_i-minTAX_i

式中，N为准备推出的离港航班集合，SPT_i表示第i架航班的实际推出时间，RPT_i表示第i架航班的计划推出时间，TAX_i表示第i架航班的滑行时间，SPT_ik为第i架航班到达滑行节点k的时间，SPT_jk为第j架航班到达滑行节点k的时间，Δ为预先设定的冲突探测时间阀值，SPT_il为第i架航班经过滑行道l的时间，SPT_jl第j架航班经过滑行道l的时间，T_ij为预先设定的尾流间隔或纵向间隔，RT_i表示第i架航班的准备好时间，TOT_i表示第i架航班的起飞时间。

5.一种机场场面航班调度辅助决策系统，其特征在于，包括：

航班数据获取模块，用于获取当前时刻空域流量信息、滑行网络的节点信息和所有航班的信息，对所有航班的信息进行解析、转换和整理处理，获得进港航班数据和离港航班数据；

起飞序列获取模块，与所述航班数据获取模块连接，用于根据所述进港航班数据和离港航班数据获得离港航班的起飞时隙，并由所述起飞时隙形成离港航班的航班起飞序列；

推出时间生成模块，与所述起飞序列获取模块连接，用于根据所述进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列；

起飞时隙限制模块，与所述推出时间生成模块和起飞序列获取模块连接，用于判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否满足所述离港航班的起飞时隙；

调度决策输出模块，与所述起飞时隙限制模块连接，用于输出所述航班推出时间和当前航班起飞序列。

6.根据权利要求5所述的机场场面航班调度辅助决策系统，其特征在于，所述起飞序列获取模块包括：

时间数据提取单元，与所述航班数据获取模块连接，用于提取所述进港航班数据中的进港时间和离港航班数据中的计划起飞时间；

起飞时隙分配单元，与所述时间数据提取单元连接，用于根据所述空域流量信息和进港时间确定进港航班的降落时隙和当前可用时隙，根据所述离港航班的计划起飞时间为所述离港航班安排最早的起飞时隙；

起飞规则限制单元，与所述起飞时隙分配单元连接，用于根据所述空域流量信息判断所述离港航班的起飞时隙是否满足起飞规则，在离港航班的起飞时隙满足起飞规则时，发送所述起飞时隙，在离港航班的起飞时隙不满足起飞规则时，放弃该起飞时隙，向所述起飞时隙分配单元发送重新安排起飞时隙的指令；

起飞序列生成单元，与所述起飞规则限制单元连接，用于将所述起飞时隙添加到航班起飞序列中，并输出所述航班起飞序列。

7.根据权利要求5所述的机场场面航班调度辅助决策系统，其特征在于，所述推出时间生成模块包括：

起飞序列获取单元，与所述起飞序列获取模块连接，用于接收所述航班起飞序列，并从所述离港航班数据中提取每个离港航班的计划推出时间，形成当前推出时间序列；

滑行冲突限制单元，与所述起飞序列获取单元连接，用于根据所述滑行网络的节点信息判断在当前时刻下推出所述当前推出时间序列是否存在滑行冲突，如果在当前时刻下推出当前推出时间序列存在滑行冲突时，则发送生成当前推出时间序列的指令，如果在当前时刻下推出当前推出时间序列不存在滑行冲突时，则发送所述当前推出时间序列；

推出时间生成单元，与所述滑行冲突限制单元连接，用于接收来自滑行冲突限制单元发送的生成当前推出时间序列的指令，根据所述进港航班数据、滑行网络的节点信息和航班起飞序列，采用推出时间优化模型生成当前推出时间序列，并将所述当前推出时间序列发送给所述滑行冲突限制单元；

推出时间输出单元，与所述滑行冲突限制单元连接，用于接收来自滑行冲突限制单元发送的所述当前推出时间序列，根据所述当前推出时间序列更新滑行网络的节点信息，输出所述当前推出时间序列。

8.根据权利要求5所述的机场场面航班调度辅助决策系统，其特征在于，所述推出时间优化模型包括最小推出时间目标函数、最小滑行时间目标函数、时间间隔约束条件、纵向间隔约束条件和时间安排约束条件，其中，

最小推出时间目标函数为： $\min \underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}|{\mathrm{SPT}}_i-{\mathrm{RPT}}_i|$

最小滑行时间目标函数为：

时间间隔约束条件为：|SPT_ik-SPT_jk|>Δ

纵向间隔约束条件为：|SPT_il-SPT_jl|>T_ij

时间安排约束条件为：RT_i≤SPT_i≤TOT_i-minTAX_i

式中，N为准备推出的离港航班集合，SPTi表示第i架航班的实际推出时间，RPT_i表示第i架航班的计划推出时间，TAX_i表示第i架航班的滑行时间，SPT_ik为第i架航班到达滑行节点k的时间，SPT_jk为第j架航班到达滑行节点k的时间，Δ为预先设定的冲突探测时间阀值，SPT_il为第i架航班经过滑行道l的时间，SPT_jl第j架航班经过滑行道l的时间，T_ij为预先设定的尾流间隔或纵向间隔，RT_i表示第i架航班的准备好时间，TOT_i表示第i架航班的起飞时间。

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