CN109598985A - 航路资源协同分配方法 - Google Patents

航路资源协同分配方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109598985A
CN109598985A CN201910034063.1A CN201910034063A CN109598985A CN 109598985 A CN109598985 A CN 109598985A CN 201910034063 A CN201910034063 A CN 201910034063A CN 109598985 A CN109598985 A CN 109598985A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flight
track
time slot
affected
ith
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910034063.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109598985B (zh
Inventor
田文
徐汇晴
张颖
胡明华
谢华
郭怡杏
问涛
杨帆
张晓洁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201910034063.1A priority Critical patent/CN109598985B/zh
Publication of CN109598985A publication Critical patent/CN109598985A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109598985B publication Critical patent/CN109598985B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/003—Flight plan management
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0043—Traffic management of multiple aircrafts from the ground

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及一种航路资源协同分配方法，包括：建立两阶段时隙航迹协同分配模型；通过启发式算法对两阶段时隙航迹协同分配模型进行求解，得出最佳时隙指派。实现了减少航班总延误的全局目标及航空公司利润最大化的局部最优目标。在航空公司主动参与提交航迹偏好需求的前提下，空管方能实现航路时隙资源的有效分配，并且通过考虑航班取消的情况下采用时隙交换机制，更好地发挥航空公司在协同决策中的作用，促进航路资源的高效利用。

Description

航路资源协同分配方法
技术领域
本发明涉及航空领域，具体涉及一种航路资源协同分配方法。
背景技术
由于恶劣天气的产生(如雷暴)导致空域单元容量下降或者由于拥堵导致存在航路存在流量受限区(Flow Constrained Area，FCA)。随着交通量的增加，机场、航路和扇区越来越拥挤，协同决策(Collaborative Decision Making，CDM)模式显示出了巨大的优势，并有逐步取代传统的中心决策模式的趋势，已成为国内外空中交通研究的热点之一。CDM是一种试图在最大程度上满足航空公司偏好的流量管理理念，其主要目标是给予航空公司参与决策的机会，而不是由空中交通管制单位自主定义限制。
如何将航路资源分配与CDM进行结合，是目前亟待解决的。
发明内容
本发明的目的是提供一种航路资源协同分配方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种航路资源协同分配方法，包括：
建立两阶段时隙航迹协同分配模型；
通过启发式算法对两阶段时隙航迹协同分配模型进行求解，得出最佳时隙指派。
本发明的有益效果是，本发明提供的航路资源协同分配方法，包括：建立两阶段时隙航迹协同分配模型；通过启发式算法对两阶段时隙航迹协同分配模型进行求解，得出最佳时隙指派。实现了减少航班总延误的全局目标及航空公司利润最大化的局部最优目标。在航空公司主动参与提交航迹偏好需求的前提下，空管方能实现航路时隙资源的有效分配，并且通过考虑航班取消的情况下采用时隙交换机制，更好地发挥航空公司在协同决策中的作用，促进航路资源的高效利用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所提供的航路资源系统分配方法的流程图。
图2是本发明所提供的建模时的航迹悬赏示例。
图3是本发明所提供的启发式算法的流程图。
图4是优化前的航班时隙航迹最佳指派方案。
图5是优化后的航班时隙航迹最佳指派方法。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，本实施例1提供了一种航路资源协同分配方法。实现了减少航班总延误的全局目标及航空公司利润最大化的局部最优目标。具体方法包括：
S110：建立两阶段时隙航迹协同分配模型。
S120：通过启发式算法对两阶段时隙航迹协同分配模型进行求解，得出最佳时隙指派。
在本实施例中，如图2所示，O为起飞机场，D为目的地机场，箭头方向为航迹方向，为降低模型求解复杂度，本实施例基于两条航迹选项建模，一条为计划航迹选项，另一条为改航航迹选项，每条航迹选项各有一个FCA，每架受限航班有三种选择：飞经FCA001的航迹选项1、飞经FCA002的航迹选项2以及不经过FCA区(不占用时隙)的航迹选项3。
以下为该模型成立的几点基本假设：
受影响航班列表中不包含豁免航班，受影响航班的航迹偏好选项及航班时刻信息已知；
FCA划设范围及其容量已知；
不同FCA的可用时隙集合已知；
在第一阶段模型中不考虑航迹选项3，默认所有航班至少提交航迹选项1、2中的任一条，至多两条航迹选项都提交；
其中，所述建立两阶段时隙航迹协同分配模型包括：
对参数进行定义；
确定决策变量；
定义约束条件；
构建目标函数。
在本实施例中，所述对参数进行定义的方法包括：
I：受影响航班集合，i∈I；
IA：A航空公司受影响航班集合；
J：时隙集合，j∈J；
C：航迹集合，c∈C＝{1，2}；
α：地面延误成本系数(取α＝1)；
β：空中延误成本系数(取β＝2)；
eic：第i架受影响航班所提交进第c条航迹FCA的时间，即ETA；
ti：第i架受影响航班提交的所有航迹选项中最早进FCA的时间IAT；
Tcj：第c条航迹FCA的时隙j；
ric：第i架受影响航班飞第c条航迹的附加航程时间成本；
Pc：第c条航迹FCA的容量要求；
δic：第i架受影响航班在第c条航迹的不确定成本；
ni：第i架航班的乘客数量n；
hic：指第i架受影响航班是否有提交第c条航迹选项；
指第i架受影响航班是否被分配了第c条航迹的时隙j。
在本实施例中，所述确定决策变量的方法包括：
xic：第i架受影响航班被分配第c条航迹的时隙；
在本实施例中，所述定义约束条件的方法包括：
航班被分配的时隙不早于ETA，即
每个航班仅使用一个时隙，即
每个时隙安排一个航班，即
当航班有第c条航迹选项时才会被分配该条航迹FCA的时隙，即
每条航迹被分得的航班总数不超容量要求，即
航班所排序列按最早进FCA的时间先后排列，即
在本实施例中，所述构建目标函数的方法包括：
第一阶段模型以所有航班延误成本最低为目标，即，第一阶段模型的目标函数为：
其中，minW1表示对于所有受影响航班，其被分配的第c条航迹的第j个时隙后，延误成本最低。
第一阶段模型的目标函数由三部分组成，第一部分是航班由于被分配进入FCA的时隙造成的地面延误，第二部分是航班由于航线距离的增加所造成的空中延误成本，第三部分是航班的不确定性延误成本，服从(0，σ2)正太分布。
第二阶段模型将航空公司利润最大化的目标转化为平均旅客延误时间最短，即minW2，第二阶段模型的目标函数为：
在本实施例中，提供一种两阶段启发式算法，即，所述通过启发式算法对两阶段时隙航迹协同分配模型进行求解，得出最佳时隙指派的方法包括：
将所有受影响的航班按最早可用FCA的时隙按升序排列；
对航班按RBS(Ration By Schedule)原则，即基于航班时刻排序，并以所有受影响航班的总延误成本最低为目标进行时隙的指派；
在受影响航班被取消的条件下，允许同一航空公司内部或者不同航空公司之间进行时隙交换；
航班的平均旅客到达延误D2比交换之前平均旅客到达延误D1少，即交换时隙，否则不交换时隙，通过不停地交换更替，确定第二阶段最终平均旅客延误最少的最佳时隙。
其中，其中，xic’表示交换时隙之后的第i架受影响航班被分配第c条航迹的时隙。
启发式算法的流程图如图3所示。
具体应用如下：
本实施例以民用航路模拟数据为例，航迹选项1和航迹选项2某段航路在某日19：00-20：00这一时间段内计划共有23架航班经过，由于受天气原因影响，两条航迹受影响航段各生成一个飞行受限区。根据实际空中交通管制经验及可用空域容量条件，设定三条航迹选项：①计划航迹选项，②改航航迹选项(分配时隙)，③绕飞航迹选项(仅在第二阶段考虑并且不涉及时隙分配)。航迹性质、受限区容量及不同航迹的航班成本如表1所示。空管部门为航空公司提供的可用时隙资源信息见表2。在航空公司向空管部门提交受影响航迹选项后，在空管部门为其指派时隙后，允许航空公司进行时隙的调整交换。受影响的航班及航空公司为其受影响航班提交的航迹偏好信息如表3所示。在本算例中假定航空公司的优先级顺序为A、C、B。
表1航路相关信息
表2可用时隙信息
表3航班信息表
根据本实施例所建的模型及算法，通过用Python编程求解，得到如图4所示的考虑第一阶段所有受影响航班的航迹指派方案以及如图5所示的考虑两阶段的航班时隙指派优化方案，优化方案的旅客总延误为32130min，平均旅客延误为7.54min，不考虑第二阶段的旅客总延误是49850min，采用优化方法可减少总延误时间17720min，平均旅客延误减少35.55％。
本实施例综合考虑有效性、公平性、功效性原则，建立了两阶段的时隙航迹协同的航路资源分配模型，结合航空公司航迹偏好选项，通过启发式算法，实现了减少航班总延误的全局目标及航空公司利润最大化的局部最优目标。结果表明，在航空公司主动参与提交航迹偏好需求的前提下，空管方能实现航路时隙资源的有效分配，并且通过考虑航班取消的情况下采用时隙交换机制，更好地发挥航空公司在协同决策中的作用，促进航路资源的高效利用。
综上所述，本发明提供的航路资源协同分配方法，包括：建立两阶段时隙航迹协同分配模型；通过启发式算法对两阶段时隙航迹协同分配模型进行求解，得出最佳时隙指派。实现了减少航班总延误的全局目标及航空公司利润最大化的局部最优目标。在航空公司主动参与提交航迹偏好需求的前提下，空管方能实现航路时隙资源的有效分配，并且通过考虑航班取消的情况下采用时隙交换机制，更好地发挥航空公司在协同决策中的作用，促进航路资源的高效利用。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种航路资源协同分配方法，其特征在于，包括：
建立两阶段时隙航迹协同分配模型；
通过启发式算法对两阶段时隙航迹协同分配模型进行求解，得出最佳时隙指派。
2.如权利要求1所述的航路资源协同分配方法，其特征在于，
所述建立两阶段时隙航迹协同分配模型包括：
对参数进行定义；
确定决策变量；
定义约束条件；
构建目标函数。
3.如权利要求2所述的航路资源协同分配方法，其特征在于，
所述对参数进行定义的方法包括：
I表示第i架受影响航班；
I表示受影响航班集合，i∈I；
IA表示A航空公司受影响航班集合；
J表示时隙集合，j∈J；
C表示航迹集合，c∈C＝{1，2}；
α表示地面延误成本系数(取α＝1)；
β表示空中延误成本系数(取β＝2)；
eic表示第i架受影响航班所提交进第c条航迹FCA的时间，即ETA；
ti表示第i架受影响航班提交的所有航迹选项中最早进FCA的时间IAT；
ti+1表示第i+1架受影响航班提交的所有航迹选项中最早进FCA的时间IAT；
Tcj表示第c条航迹FCA的时隙j；
ric表示第i架受影响航班飞第c条航迹的附加航程时间成本；
Pc表示第c条航迹FCA的容量要求；
δic表示第i架受影响航班在第c条航迹的不确定成本；
ni表示第i架航班的乘客数量n；
hic表示指第i架受影响航班是否有提交第c条航迹选项；
表示指第i架受影响航班是否被分配了第c条航迹的时隙j。
4.如权利要求3所述的航路资源协同分配方法，其特征在于，
所述确定决策变量的方法包括：
xic表示第i架受影响航班被分配第c条航迹的时隙；
5.如权利要求4所述的航路资源协同分配方法，其特征在于，
所述定义约束条件的方法包括：
航班被分配的时隙不早于ETA，即
每个航班仅使用一个时隙，即
每个时隙安排一个航班，即
当航班有第c条航迹选项时分配该条航迹FCA的时隙，即
每条航迹被分得的航班总数不超容量要求，即航班所排序列按最早进FCA的时间先后排列，即
6.如权利要求5所述的航路资源协同分配方法，其特征在于，
所述构建目标函数的方法包括：
第一阶段模型以所有航班延误成本最低为目标，即，第一阶段模型的目标函数为：
其中，W1表示对于所有受影响航班，其被分配的第c条航迹的第j个时隙后，延误成本最低；
第二阶段模型将航空公司利润最大化的目标转化为平均旅客延误时间最短，即minW2，第二阶段模型的目标函数为：
7.如权利要求6所述的航路资源协同分配方法，其特征在于，所述通过启发式算法对两阶段时隙航迹协同分配模型进行求解，得出最佳时隙指派的方法包括：
将所有受影响的航班按最早可用FCA的时隙按升序排列；
对航班按RBS原则，并以所有受影响航班的总延误成本最低进行时隙的指派；
在受影响航班被取消的条件下，允许同一航空公司内部或者不同航空公司之间进行时隙交换；
航班的平均旅客到达延误D2比交换之前平均旅客到达延误D1少，即交换时隙，否则不交换时隙，通过不停地交换更替，确定第二阶段最终平均旅客延误最少的最佳时隙；
其中，xic’表示交换时隙之后的第i架受影响航班被分配第c条航迹的时隙。
CN201910034063.1A 2019-01-14 2019-01-14 航路资源协同分配方法 Active CN109598985B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910034063.1A CN109598985B (zh) 2019-01-14 2019-01-14 航路资源协同分配方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910034063.1A CN109598985B (zh) 2019-01-14 2019-01-14 航路资源协同分配方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109598985A true CN109598985A (zh) 2019-04-09
CN109598985B CN109598985B (zh) 2022-05-20

Family

ID=65966276

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910034063.1A Active CN109598985B (zh) 2019-01-14 2019-01-14 航路资源协同分配方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109598985B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110648560A (zh) * 2019-09-27 2020-01-03 中国民用航空飞行学院 一种基于分布式决策模型的fab的流量管理方法
CN113112874A (zh) * 2021-04-07 2021-07-13 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种航路时隙与高度层协同优化分配方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101950493A (zh) * 2010-09-10 2011-01-19 四川大学 区域空中交通网络流量调度方法
CN102930342A (zh) * 2012-09-10 2013-02-13 南京航空航天大学 一种多跑道进离场航班时隙协同分配的多目标优化方法
CN103413462A (zh) * 2013-07-18 2013-11-27 北京航空航天大学 一种综合考虑空域拥堵和航班延误的空中交通网络流量优化方法
CN105469647A (zh) * 2016-01-29 2016-04-06 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种航路时隙资源协同多目标优化分配方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101950493A (zh) * 2010-09-10 2011-01-19 四川大学 区域空中交通网络流量调度方法
CN102930342A (zh) * 2012-09-10 2013-02-13 南京航空航天大学 一种多跑道进离场航班时隙协同分配的多目标优化方法
CN103413462A (zh) * 2013-07-18 2013-11-27 北京航空航天大学 一种综合考虑空域拥堵和航班延误的空中交通网络流量优化方法
CN105469647A (zh) * 2016-01-29 2016-04-06 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种航路时隙资源协同多目标优化分配方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘方勤等: "基于航路耦合容量的协同多航路资源分配", 《航空学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110648560A (zh) * 2019-09-27 2020-01-03 中国民用航空飞行学院 一种基于分布式决策模型的fab的流量管理方法
CN113112874A (zh) * 2021-04-07 2021-07-13 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种航路时隙与高度层协同优化分配方法
CN113112874B (zh) * 2021-04-07 2022-03-04 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种航路时隙与高度层协同优化分配方法
WO2022213756A1 (zh) * 2021-04-07 2022-10-13 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种航路时隙与高度层协同优化分配方法
US11769416B2 (en) 2021-04-07 2023-09-26 The 28Th Research Institute Of China Electronics Technology Group Corporation Method for collaborative and optimal allocation of route time slot and flight level

Also Published As

Publication number Publication date
CN109598985B (zh) 2022-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111160770B (zh) 一种进场航班动态协同排序方法
US6584400B2 (en) Schedule activated management system for optimizing aircraft arrivals at congested airports
CN109598984B (zh) 航路资源优化分配系统
Filar et al. How airlines and airports recover from schedule perturbations: a survey
US8504281B2 (en) Method and system for flight substitution and reroute
US20100063716A1 (en) Method and device for the control of air traffic management at an airport
US20030139875A1 (en) Method and system for allocating aircraft arrival/departure slot times
CN113112874B (zh) 一种航路时隙与高度层协同优化分配方法
CN102682626A (zh) 用于管理空中交通的方法和系统
CN102651175A (zh) 用于管理空中交通的方法和系统
CN110428665B (zh) 一种航路与机场时隙协同分配的随机双层规划方法
CN109711619A (zh) 考虑空地运行限制的多机场战略航班时刻协同优化方法
Evans et al. Fairness in decentralized strategic deconfliction in UTM
CN105825717B (zh) 一种基于不确定到达时刻的空域时隙资源优化分配方法
CN109598985B (zh) 航路资源协同分配方法
CN113987406B (zh) 一种考虑优先级的航班时刻弹性优化方法
CN116307542A (zh) 基于多计量点约束的进港排序方法及电子终端
Wu et al. Research review of air traffic management
CN113205707B (zh) 一种航班流量时隙全局优化调度方法
CN117035205A (zh) 用于向请求实体分配资源的方法和系统
Wing et al. Analysis of a dynamic multi-track airway concept for air traffic management
Tan et al. A Collaborative Optimization Method of Flight Slots Considering Fairness Among Airports
Gilbo et al. Enhanced model for joint optimization of arrival and departure strategies and arrival/departure capacity utilization at congested airports
CN115273563B (zh) 地区多机场协同放行中飞越航班决策方法
Xu Cost-based linear holding practice and collaborative air traffic flow management under trajectory based operations

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant