CN103426331B - 多机场协同放行系统航班排序决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多机场协同放行系统航班排序决策方法包含以下三个过程：1）民航航班计划的预处理；2）多机场协同放行决策算法模型的建立；3）多机场协同放行决策算法的实现。能够给参与放行的各管制单位、机场、航空公司提供统一的放行序列，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。

Description

多机场协同放行系统航班排序决策方法

技术领域

属于计算机科学领域的应用软件技术，更具体地说，本发明涉及一种采用人工智能决策方法对多机场协同放行系统航班序列进行自动解算。

背景技术

随着全球航空运输迅猛发展、航空流量大幅度增长，空中交通堵塞、航班延误现象频繁发生，针对这种情况，各国政府都采取了相应的措施，例如优化空域结构、增加基础设施等，不可否认，这些做法也解决了不少问题。但这种做法不能从根本上解决由飞行流量不断增加造成的空中交通拥挤的趋势或现状，采用新型、智能化的空中交通管理设施，提高相关部门之间的协同决策能力，进一步增强管制水平已经成为解决空中交通延误和拥堵的共识。

我国的飞行量以每年8％－10％的比例在增长，并且70％多的飞行集中在包含北京、上海、广州三大区管的东北至西南线以东地区，其飞行量密集而且不断增大，如何应对未来的发展，如何进行有效的流量管理，是当前中国民航领域研究的热点。

我国没有全国范围的流量管理系统，更没有建设经验，国外的系统不适合中国国情，不能照搬，只能通过各地区从各自管制运行中发现问题、分析问题、了解各地的实际运行需求，搭建符合各地民航运行的地区流量管理系统，才能有依据、有基础去构建并整合形成全国范围的流量管理系统，因此区域流量管理系统的建设至关重要。

随着飞行流量的增加，目前航空运行体制的问题越来越明显。首先，管制部门依据航班计划，根据人工经验进行放行，管制员、机场当局、航空公司三方缺乏协同机制，导致放行方案优化程度不高、资源利用不充分、工作效率低下、方案调整难度大等问题。其次，所有的放行工作全部使用话音手段，所有的放行方案全部由管制员凭借经验给出，这样的放行过程本身使得管制员工作负荷大，再加上需要人工判断给出放行时刻，这无疑又增加了管制员的压力。另外，考虑到民航运行安全第一，管制员在给出放飞时隙时，通常按照以往的经验留有更多的余量，这种处理方法也会造成资源的浪费。从以上分析可知，建立统一的信息服务平台，利用计算机技术实现统一的决策，给出各单位最优的放行次序是目前运行体制下极为紧迫的工作，也是促进民用航空发展的一大技术进步。

协同决策(CDM-Collaborative Decision Making)理念正是解决管制部门、运营部门(航空公司、机场)之间航班放行的最佳方法，它旨在充分利用民航各个子部门的信息，使得相关决策者能够既考虑到自己的利益又能考虑到相关部门的特殊要求和现行运行环境因素，通过相应的辅助决策软件运算，得到最佳的航班飞行序列决策方案。

多机场协同放行系统正是CDM理念的一种产物，是流量管理系统中的战术管理子系统，它综合考虑管制部门、航空公司、机场等航班运行控制部门的业务需求，利用计算机技术，建立统一的信息平台，从全局利益出发提供最佳的辅助决策，给出航班放行次序和时刻，支持空中交通管制正常运行，改变了以往信息孤立，互不沟通的航空运行局面。

随着航班量逐年递增，必须借助计算机技术解决这种多目标决策问题，于是多机场放行模型、放行策略的研究成为当前空管界的攻关热点，考虑哪些因素，如何建立算法模型，如何使用计算机决策给出放行时隙也成为了多系统协同放行系统的关键技术。

目前有关多机场协同放行决策系统建设及协同算法的研究情况从两方面来体现：

一是国外先进的流量管理系统建设。美国、欧洲、亚洲等先进国家已经建立了全国的流量管理系统，涵盖了流量管理的各个阶段，即战略流量管理(计划执行前7天至180天)、预战术流量管理(执行前1至7天)、战术流量管理(执行当日起飞前、起飞后)。美国的空域统一由FAA(联邦航空局)管理，能够灵活的调整使用，并且网络通信资源相当丰富，所有的系统、所有的信息都是相通的，能够方便地实施协同决策。欧洲考虑到其国家由22个主权国家组成，各国空域较小，各国独立管理自己的空域，建设的系统倾向于战略管理，即全国统一的计划审核、计划分发，即在执行前就安排好每天的飞行。但是流量管理系统必须基于各国的国情，必须符合国家的空中交通管理体制，因此流量管理系统不可能照抄照搬，必须考虑实际的运行体制，针对面临的具体问题采用相应的方法。我国目前基本上管制替代管理的角色。由于没有全国的流量管理体系，部分地区对区域级管理系统的研究还处于摸索验证阶段、已经建成的放行系统都是为单个塔台的业务工作服务，不存在协作性，信息孤立，很难从全局角度来决策管理。

二是协同放行算法的研究情况。国内对多机场协同运行问题也进行了初步探讨，高校、研究院所根据国内空域的实际情况对多机场地面等待策略问题建模并求解，建立多元受限航班时刻优化模型，进而提出了解决该模型的改进的启发式算法。但是这些研究大多基于很多假设，都是从理论出发，没有考虑目前航班运行过程中面临的实际问题，所以这些研究一直不能转换为应用。本文要提出的协同放行实现方法依托于航班运行管理流程，考虑运行中的实际问题，最终给出一套适应中国国情的多机场协同放行系统的航班排序决策算法。

纵观现有的离场放行系统及放行决策算法，存在以下问题：

基本立足单个工作流程，能解决民航运行中单个环节的问题，但不能从根本上解决由于流量剧增而引起的拥挤问题，不能解决旅客长时间在飞机上等待的问题，更不能解决航班延误问题。

大多数研究都止于理论，没有进行实际的应用验证。

目前已有的理论研究提出的各种离场放行系统以及多机场放行模型大多基于理论假设，也有些考虑了放行业务流程，但对民航运行的实际性问题没有全面掌握，于是建立的系统或模型方案在实际的航班运行中根本不能使用。

没有考虑多方协作的信息互用，不能从全局上掌握问题的实质

众所周知，民航航班运行需要多个部门互相协作，但目前研究或建设的系统，不管是管制部门的、航空公司的还是机场当局的都是为各自单位的航班运行服务，不了解其他运行控制部门的动态，这样就不可能提供一套令所有参与方都满意的放行方案。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多机场协同放行系统航班排序决策方法，能有效地减少管制员的工作压力，能快速协同航班运行各控制单位的需求，充分地提高空域资源的利用率，减少航班延误。

为实现上述发明目的，本发明多机场协同放行系统航班排序决策方法可采用如下技术方案：

一种多机场协同放行系统航班排序决策方法，包括以下步骤：

(1)、航班计划的预处理过程，包括：

(1a)、从起飞机场获取该航班的停机位信息并进行航班起飞跑道的预分配；

(1b)、根据该机场的运行规定、该航班分配的跑道、航路信息中的入航路点信息进行航班标准仪表离场航线的分配；

(1c)、航班从撤轮档时间推算，得到跑道头的预计起飞时间，飞行中各航路点的信息，以及降落机场的预计降落时间；

(2)、协同放行模型建立，包括：

(2a)、定义以下关键节点:

建议推出时间；建议起飞时间；内区移交点时间；外区移交时间；

(2b)、定义各类数据集合，包括：本地区范围内参与协同放行的机场集合A、与本地区范围相关的所有飞行计划集合F、本地区范围内的所有扇区集合S、本地区内的所有移交点集合P、航路集合R、流量控制限制集合C；

(2c)、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f_eobt为第f个航班的撤轮档时间，f_cal为第f个航班的建议起飞时间，将单个航班的延误值最小作为优化目标，则目标函数为：

min(f_eobt-f_cal)

f属于航班集合中的任一航班，必须需要满足以下约束条件：以建议起飞时间f_cal在分配的跑道上起飞，必须满足该跑道的起降尾流间隔，即该航班的建议起飞时间与该跑道上航班队列中前后航班满足间隔；以建议起飞时间f_cal推算的飞行轨迹信息，求出所经过的各扇区，每个扇区的实际飞行流量不得超过设置的容量值；以建议起飞时间f_cal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；以建议起飞时间f_cal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；以建议起飞时间起飞时，飞经航路时，必须满足与同航路上的航班队列中前后航班的管制间隔；

(3)协同放行方法的实现，包括：

(3a)、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；各扇区的航班队列；各航路的航班队列；

(3b)采用插入法排序，首先对航班的优先级进行划分：在空中飞行的航班优先级为最高级；对未起飞的航班专机优先级排第二，人工干预指定移交时间的排第三，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、航路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，包括以下步骤：

(3b1)、检查航班计划状态，若有航班在空中飞行，则将这些航班首先插入相应队列；

(3b2)、对地面上未起飞的专机或人工指定了过点时间的航班，直接插入相应队列占定时隙；

(3b3)、对地面上未起飞的其他航班，插入队列方法如下：

第一，以每个航班预测的飞行轨迹信息标记出该航班经过的队列名称，然后依次检查该航班插入时与队列中已占定时隙的航班之间是否满足各种约束条件，若是扇区队列则判断是否超出容量；

第二，如果所有约束条件都满足，记录该航班的延误值为0，若存在不满足约束的情况，对不满足的队列依次求解预测轨迹信息与要插入队列中已占定时隙的航班的间隔与约束间隔的差值，取最大的作为该航班的最小延误值；

第三，以该航班的预测轨迹信息加上上一步计算的最小延误作为新的轨迹信息按照第一步的方法依次检查，若都满足约束，则记录该值为该航班的最小延误值；

第四，对所有的航班按照上述方法依次执行，得出所有航班的最小延误值；

第五，在所有航班的最小延误值中找出最小值对应的航班，若最小值对应一个航班，则直接插入；若最小值对应多个航班，则判断这几个航班的优先级，最高的插入相应队列占定时隙；并且记录该航班的最终延误值就是该最小值；

(3b4)、经过(3b3)步骤，插入了一个航班，对其他的航班继续按照(3b3)步骤的方法执行，直到将所有航班都插入各自队列，得出所有航班的最终延误值，排序完成；

(3c)、航班建议推出时间的计算：建议推出时间＝跑道头时间－滑行时间－滑行冗余量，其中滑行冗余量为各机场根据自身实际的场面实际运行情况自行设置；

通过上述步骤(3)的求解，将得到的航班排序结果及航班建议推出时间向各协作运行单位发布以实现多机场协同放行。

与现有技术相比，本发明能够给参与放行的各管制单位、机场、航空公司提供统一的放行序列，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。

附图说明

图1是本发明中单个航班推算的飞行过程信息示意图。

图2是本发明中关键节点定义示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明公开多机场协同放行系统的航班排序决策算法的实现包含以下三个过程：民航航班计划的预处理；多机场协同放行决策算法模型的建立；多机场协同放行决策算法的实现。

(1)、航班计划的预处理过程

对于民航航班飞行，首先由中国民航空管局会同各航空公司提出每季度航班飞行计划表(包括定期和临时航班)，说明每个航班的飞行日期，起降机场及对应的起降计划时间，飞行航路，执行任务的机型等；在航班计划时间前VSP1到VSP2(该参数民航局有规定)范围内由航空公司发送FPL报确认该计划执行，进一步确定预计撤轮档时间、飞行航路信息、机型等信息。计划信息确定后，对其进行以下预处理过程：

(1a)、从起飞机场获取该航班的停机位信息，考虑起飞机场的跑道数量及跑道运行模式、所停的机位、航路信息中的入航路点信息等要素进行航班起飞跑道的预分配。再考虑机场的停机位推出方向、滑行路线，由撤轮档时间+推出时间+滑行时间计算出该航班到达跑道头时间。这是不考虑滑行中的冲突计算的到达跑道头时间，即最早到达跑道头时间，也就是说，该航班调配时只能往后延误，若提前，航空公司不一定能提前准备好。

(1b)、根据该机场的运行规定、该航班分配的跑道、航路信息中的入航路点信息等要素进行航班标准仪表离场航线的分配。

(1c)、根据民航航班飞行必须按照预定路线飞行，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，如图1所示。

其中，航班从撤轮档时间推算，得到跑道头的预计起飞时间，飞行中各航路点的信息，以及降落机场的预计降落时间；整个过程经过图示的1，2，3三个本区域范围的管制，移交给相邻的管制区。

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，接下来就要判断按照航空公司发送的撤轮档时间、推算的飞行过程执行时，航班与航班之间会不会发生冲突，满足不满足管制间隔规定。

(2)协同放行模型建立

协同放行应考虑条件

由于本发明是针对地区空管局管辖范围内的多机场放行问题的解决，也就是说满足与相邻管制区的移交条件即可，因此协同放行需要考虑以下因素：

1)从停机位推出滑行后，上跑道的时间是否满足跑道滑行时前后飞机的运行间隔；

2)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；

3)进近管制向区域管制、本区域管制向外区域管制移交时是否满足管制移交协议，即基本的管制间隔；

4)外区域出现天气、设备故障等情况对本区域发布的流量限控条件，直接转化为外区域移交点处的设置管制间隔；

5)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，直接转化为跑道起降间隔或本区域移交点间隔约束；

6)若航班为专机，则其前后间隔要保证有基本管制间隔的2倍；

7)从起飞到区内点的飞行，不分高度层，必须满足移交间隔；而高空按高度层飞行，即必须考虑同高度层同航路上航班之间满足基本管制间隔。

放行时刻计算流程

前面已经按照航空公司提交的撤轮档时间对整个飞行轨迹信息进行了预推计算，但航班能不能按照预推的轨迹飞行，必须检验航班能够满足上述约束条件。

本发明的目的在于提前理顺并安排好各协作单位之间的交接时间，各单位按照安排的移交时间实施业务工作，对各单位内部业务流程不加以干涉，也就是说进入跑道时间变化多少，后续的移交时间就变化多少，于是定义以下关键节点(参阅图2所示)：建议推出时间、建议起飞时间、内区移交点时间、外区移交时间；其中“建议推出时间”供航空公司和机场参考，塔台接手管制；“建议起飞时间”供塔台管制和进近管制移交使用；“内区移交点时间”供进近和区域管制移交使用；“外区移交时间”供本区域管制与相邻管制移交使用。

由于航班停在不同机场的不同停机位上，所以推出时间不会有冲突，但同一机场不同停机位的航班被安排在同一跑道起飞时，必须考虑上跑道的时间不能冲突；不同机场起飞的航班经过同一区内移交点时，必须考虑移交时不能冲突；不同机场起飞，经过不同的区内移交点，若经过同一外区移交点，必须考虑外区移交时不能冲突；当然过程中还必须考虑所经过的扇区容量，同航路飞行都必须满足间隔；于是可知，一个航班能不能起飞，必须从最外面的移交点往回推，也就是说从外区往内逐层检验，直到所有约束都满足，这时得到的跑道头时间，即“建议起飞时间”。

即只要求出每架航班的建议起飞时间，就可以确定航班执行中各节点的移交时间，各协作单位参考执行即可。

数学模型建立

多机场协同放行航班序列求解即每个航班的放行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)本地区范围内参与协同放行的机场集合A

根据区域管制范围的机场情况，建立参与协同放行的机场集合，即这些机场的航班建议起飞时间都由系统解算提供。对于该集合的每一个机场，具有以下属性：

机场名：机场的唯一表识；

机场静态数据：机场停机位信息，机场的跑道信息，进离场航线数据，运行规定中规定的离港点和进港点，即内区移交点名；停机位到跑道头滑行所用时间。

机场动态数据：跑道运行策略，跑道运行间隔规定，进离场航线使用策略。

2)与本地区范围相关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)，预计起飞时间，预计飞越空中各航路点的时间，预计飞行中所经过的扇区，进入扇区的时间，预计降落时间，优先级级别；

其中飞行类型分为：起飞机场在本地区范围内，降落机场在外管制区内的为离港航班；降落机场在本地区范围内，起飞机场在外管制区内的为进港航班；起降机场都不在本地区内的为飞越航班；起降都在本地区内的为区内航班；

飞行状态分为：计划状态，即已获批准的定期或临时安排的飞行信息；待飞状态，指收到航空公司提交的FPL报，获取航班的预计撤轮档时间、航路等信息，确认计划将要执行；起飞状态，指该航班已经按照建议的起飞时间起飞正在空中飞行；移交出状态，指该航班从本管制范围已经移交给相邻管制区；降落状态，指该航班完成了这次飞行，已经降落在目的机场；终止状态表示从计划集合中删除。

从机场集合A中起飞的航班还包括以下属性：分配的起飞跑道、所经区内移交点信息，外区移交点信息；降落到集合A中的航班也包括以下属性：进入本区域的外区移交点信息，区内移交点信息，分配的降落跑道。

3)本地区范围内的所有扇区集合S

该集合中的每个扇区具有以下属性：扇区名，扇区性质(高空扇区、进近扇区)，扇区水平位置坐标，扇区上下限高度，高空扇区管制容量(每一时刻扇区能容纳的飞行架次)，进近扇区管制容量(某一段时间范围扇区内所服务的架次，比如1小时80架次)。

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扇区及进出扇区的时间，整理计算扇区每时刻的流量值以及对应的具体航班信息。

4)本地区内的所有移交点集合P

该集合中的每个移交点有以下属性：移交点名，类型(区内移交点、外区移交点)，移交点处的运行协议规定(管制间隔规定)，移交点处的流控限制，预计的飞越移交点的航班队列，经过决策处理后的飞越移交点的航班序列。

进近阶段的飞行处于爬升状况，是不分高度层的，因此区内移交点会分为进港点和离港点，起飞的航班从离港点移交，而降落的航班从进港点移交，这样划分有助于飞行安全。

航路集合R

该集合中包含了本地区范围的关键航路(可设置添加、删除)，对这些航路上飞行的航班必须判断前后间隔是否满足规定。

流量控制(简称流控)限制集合C

在运行过程中，由于天气、军方、设备等情况的变化，外管制区或本管制区都会发布流量控制限制信息，这在目前的实际运行中是非常普遍的，流控限制一般以限制通过移交点的交通频度(飞行高度)或者落地和起飞交通频度的形式出现，因此在处理时直接将流控限制转换为移交点的间隔规定。

该集合中包含：外区发布的流控限制信息，本区发布的流控限制。

外区发布限制本区的流控，影响的是从本区飞往外区的航班，也就是说对需要放行的航班必须考虑外区流控；本区发布的流控限制外管制区进入本区的航班，外区进来的航班少了，本区放行的量就会增大。

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f_eobt为第f个航班的撤轮档时间，f_cal为第f个航班的建议起飞时间，将单个航班的延误值最小作为优化目标，则目标函数为：

min(f_eobt-f_cal)

f属于航班集合中的任一航班，必须需要满足以下条件：

以建议起飞时间f_cal在分配的跑道上起飞，必须满足该跑道的起降尾流间隔，即该航班的建议起飞时间与该跑道上航班队列中前后航班满足间隔。

以建议起飞时间f_cal推算的飞行轨迹信息，求出所经过的各扇区，每个扇区的实际飞行流量不得超过设置的容量值；

以建议起飞时间f_cal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；

以建议起飞时间f_cal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；

以建议起飞时间起飞时，飞经航路时，必须满足与同航路上的航班队列中前后航班的管制间隔；

这样求出的建议起飞时间，是考虑了各协作单位运行情况的移交时刻，各单位参照此时刻执行航班飞行任务，减少各种资源的消耗。

(3)、协同放行算法的实现

根据航空公司提交的FPL报文，对每个航班进行计划数据的预处理后，首先对航班集合F进行筛选，剔除掉航空公司没有提交FPL报文的计划，其余航班都纳入排序计算中，算法实现按以下步骤：

(3a)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；

各扇区的航班队列

各航路的航班队列

由于推出对应的停机位只能对应一个航班，不需要建立队列。

(3b)采用插入法排序

首先对航班的优先级进行划分：在空中飞行的航班优先级为最高级；对未起飞的航班专机优先级排第二，人工干预指定移交时间的排第三；剩余航班考虑起飞机场的优先级、航空公司提交FPL报文的时间先后、FPL报文中的撤轮档时间先后等进行优先级的赋值，人工可以通过系统设置来更改优先级序列。

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、航路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：

检查航班计划状态，若有航班在空中飞行，则将这些航班首先插入相应队列；

考虑民航航班运行是不间隔的连续过程，系统开始计算时刻，空中可能有目标在飞行，所以这一步骤有必要执行。

空中飞行航班会根据雷达探测到当前实际位置、速度、航向等因袭，利用外推技术求解未来飞行轨迹预测，判断该航班经过哪些关键节点队列，直接插入队列，占定时隙。

对地面上未起飞的专机或人工指定了过点时间的航班，直接插入相应队列占定时隙；

对地面上未起飞的其他航班，插入队列方法如下：

第一，以每个航班预测的飞行轨迹信息标记出该航班经过的队列名称，然后依次检查该航班插入时与队列中已占定时隙的航班之间是否满足各种约束条件，若是扇区队列则判断是否超出容量。

第二，如果所有约束条件都满足，记录该航班的延误值为0，若存在不满足约束的情况，对不满足的队列依次求解预测轨迹信息与要插入队列中已占定时隙的航班的间隔与约束间隔的差值，取最大的作为该航班的最小延误值；

第三，以该航班的预测轨迹信息加上上一步计算的最小延误作为新的轨迹信息按照第一步的方法依次检查，若都满足约束，则记录该值为该航班的最小延误值；

第四，对所有的航班按照上述方法依次执行，得出所有航班的最小延误值；

第五，在所有航班的最小延误值中找出最小值对应的航班，若最小值对应一个航班，则直接插入；若最小值对应多个航班，则判断这几个航班的优先级，最高的插入相应队列占定时隙；并且记录该航班的最终延误值就是该最小值。

经过对地面上未起飞的其他航班的插入队列方法步骤，插入了一个航班，对其他的航班继续按照对地面上未起飞的其他航班的插入队列方法步骤的方法执行，直到将所有航班都插入各自队列，得出所有航班的最终延误值，排序完成。

(3c)、航班建议推出时间的计算

简单方法，根据插入排序方法得出的每个航班的跑道头时间，减去该航班的停机位到跑道头的滑行时间，就是该航班的建议推出时间。该方法没考虑滑行过程中的冲突问题，因此要考虑各机场的场面实际运行情况，设置一个滑行冗余量，这样可保证建议起飞时间的可用性。

于是，建议推出时间＝跑道头时间－滑行时间－滑行冗余量，航空公司和机场将该时间作为最晚关闭舱门的时间即可。

通过上述三个过程的求解，各协作运行单位关心的放行数据都有了结果，将各单位关心的数据通过发布到各单位，就可以实现多机场协同放行。

本发明多机场协同放行系统航班排序决策方法具有如下优点：

首先，将航空公司、机场、管制部门纳入统一的平台，考虑了各协作单位的运行流程、实际因素，统一进行区域内多机场之间的放行安排；

第二，综合考虑各运行环节影响放行的因素，统一建模；

第三，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；

最后，采用插入排序方法，同时检验约束的符合性，最终给出各单位同一的放行方案。

Claims (5)

1.一种多机场协同放行系统航班排序决策方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、航班计划的预处理过程，包括：

(1a)、从起飞机场获取该航班的停机位信息并进行航班起飞跑道的预分配；

(1b)、根据该机场的运行规定、该航班分配的跑道、航路信息中的入航路点信息进行航班标准仪表离场航线的分配；

(1c)、航班从撤轮档时间推算，得到跑道头的预计起飞时间，飞行中各航路点的信息，以及降落机场的预计降落时间；

(2)、协同放行模型建立，包括：

(2a)、定义以下关键节点:

建议推出时间；建议起飞时间；内区移交点时间；外区移交时间；

(2b)、定义各类数据集合，包括：本地区范围内参与协同放行的机场集合A、与本地区范围相关的所有飞行计划集合F、本地区范围内的所有扇区集合S、本地区内的所有移交点集合P、航路集合R、流量控制限制集合C；

(2c)、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f_eobt为第f个航班的撤轮档时间，f_cal为第f个航班的建议起飞时间，将单个航班的延误值最小作为优化目标，则目标函数为：

min(f_eobt-f_cal)

f属于航班集合中的任一航班，必须需要满足以下约束条件：以建议起飞时间f_cal在分配的跑道上起飞，必须满足该跑道的起降尾流间隔，即该航班的建议起飞时间与该跑道上航班队列中前后航班满足间隔；以建议起飞时间f_cal推算的飞行轨迹信息，求出所经过的各扇区，每个扇区的实际飞行流量不得超过设置的容量值；以建议起飞时间f_cal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；以建议起飞时间f_cal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；以建议起飞时间起飞时，飞经航路时，必须满足与同航路上的航班队列中前后航班的管制间隔；

(3)协同放行方法的实现，包括：

(3a)、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；各扇区的航班队列；各航路的航班队列；

(3b)采用插入法排序，首先对航班的优先级进行划分：在空中飞行的航班优先级为最高级；对未起飞的航班专机优先级排第二，人工干预指定移交时间的排第三，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、航路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，包括以下步骤：

(3b1)、检查航班计划状态，若有航班在空中飞行，则将这些航班首先插入相应队列；

(3b2)、对地面上未起飞的专机或人工指定了过点时间的航班，直接插入相应队列占定时隙；

(3b3)、对地面上未起飞的其他航班，插入队列方法如下：

第一，以每个航班预测的飞行轨迹信息标记出该航班经过的队列名称，然后依次检查该航班插入时与队列中已占定时隙的航班之间是否满足所述约束条件，若是扇区队列则判断是否超出容量；

第二，如果所有约束条件都满足，记录该航班的延误值为0，若存在不满足约束的情况，对不满足的队列依次求解预测轨迹信息与要插入队列中已占定时隙的航班的间隔与约束间隔的差值，取最大的作为该航班的最小延误值；

第三，以该航班的预测轨迹信息加上上一步计算的最小延误值作为新的轨迹信息按照第一步的方法依次检查，若都满足约束，则记录该值为该航班的最小延误值；

第四，对所有的航班按照上述方法依次执行，得出所有航班的最小延误值；

第五，在所有航班的最小延误值中找出最小值对应的航班，若最小值对应一个航班，则直接插入；若最小值对应多个航班，则判断这几个航班的优先级，最高的插入相应队列占定时隙；并且记录该航班的最终延误值就是该最小值；

(3b4)、经过(3b3)步骤，插入了一个航班，对其他的航班继续按照(3b3)步骤的方法执行，直到将所有航班都插入各自队列，得出所有航班的最终延误值，排序完成；

(3c)、航班建议推出时间的计算：建议推出时间＝跑道头时间－滑行时间－滑行冗余量，其中滑行冗余量为各机场根据自身实际的场面实际运行情况自行设置；

通过上述步骤(3)的求解，将得到的航班排序结果及航班建议推出时间向各协作运行单位发布以实现多机场协同放行。

2.如权利要求1所述的多机场协同放行系统航班排序决策方法，其特征在于，本地区范围内参与协同放行的机场集合A包括：

机场名：机场的唯一标识；

机场静态数据：机场停机位信息，机场的跑道信息，进离场航线数据，运行规定中规定的离港点和进港点，即内区移交点名；停机位到跑道头滑行所用时间；

机场动态数据：跑道运行策略，跑道运行间隔规定，进离场航线使用策略；

从机场集合A中起飞的航班还包括以下属性：分配的起飞跑道、所经区内移交点信息，外区移交点信息；降落到集合A中的航班也包括以下属性：进入本区域的外区移交点信息，区内移交点信息，分配的降落跑道。

3.如权利要求1所述的多机场协同放行系统航班排序决策方法，其特征在于，与本地区范围相关的所有飞行计划集合F包括：

航班号，起降机场，飞行类型，计划状态，任务性质，预计起飞时间，预计飞越空中各航路点的时间，预计飞行中所经过的扇区，进入扇区的时间，预计降落时间，优先级级别；

其中飞行类型分为：起飞机场在本地区范围内，降落机场在外管制区内的为离港航班；降落机场在本地区范围内，起飞机场在外管制区内的为进港航班；起降机场都不在本地区内的为飞越航班；起降都在本地区内的为区内航班；

飞行状态分为：计划状态，即已获批准的定期或临时安排的飞行信息；待飞状态；起飞状态；移交出状态；降落状态；终止状态。

4.如权利要求1所述的多机场协同放行系统航班排序决策方法，其特征在于，本地区范围内的所有扇区集合S包括：

扇区名，扇区性质，扇区水平位置坐标，扇区上下限高度，高空扇区管制容量，进近扇区管制容量。

5.如权利要求1所述的多机场协同放行系统航班排序决策方法，其特征在于，本地区内的所有移交点集合P包括：

移交点名，类型，移交点处的运行协议规定，移交点处的流控限制，预计的飞越移交点的航班队列，经过决策处理后的飞越移交点的航班序列。