CN112614384B - 基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法 - Google Patents

基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法 Download PDF

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CN112614384B CN202011447133.5A CN202011447133A CN112614384B CN 112614384 B CN112614384 B CN 112614384B CN 202011447133 A CN202011447133 A CN 202011447133A CN 112614384 B CN112614384 B CN 112614384B
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Abstract

本发明公开了一种基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法，基于轨迹预测和基础数据的一致性，建立不同的跑道分配策略：空中防交叉、最早计算降落至跑道、最早计算滑行至停机位，分配降落跑道和进场程序并重新计算航班预计降落时间，基于预计降落时间，在考虑跑道限制、测量点限制等因素的情况下，使航班延误在不同延误消耗策略下进行最优解计算航班降落时间、计算过外区移交点时间、计算过进港点时间、计算过测量点时间，用以缓解进港航班在进近区域的交通拥堵情况，提升进港航班上下游管制单位的整体运行效率。

Description

基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法
技术领域
本发明属于进场管理技术领域，具体指代一种基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法。
背景技术
航班进港排序是提高终端机场吞吐量、减少能源消耗、减少航班延误的有效措施，在优化航班终端管理体制中发挥重要作用。面对越来越复杂、多元化的航空发展形式，国内外专家学者对优化进港排序问题的研究在逐步深入，呈现百家争鸣的状态，但是纵观其结果，主要针对单跑道，单目标进行研究。随着计算机技术的不断发展，飞机进港排序应该实现质的飞跃，实现多目标动态分配跑道的规划模式，针对不同的交通流情形按照空中防交叉、最早计算降落至跑道、最早计算滑行至停机位的算法计算得出跑道分配和进场程序分配的最优解。
当前实际指挥流程中，管制员参考自动化系统分配跑道拥有很多局限性，已不能适应当前管制的前瞻性和便捷性要求。第一，由于自动化系统设置跑道运行模式是基于当前时间设置，分配出的跑道和进场程序未考虑航班预计降落时间，导致管制员人工干预频率较高。第二，自动化系统分配跑道未考虑当前航班架次和管制指挥压力，在双跑道乃至多跑道运行模式下管制员指挥压力倍增，增加燃油消耗和航班延误，加大了航空公司的运营成本。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法，以解决现有技术中进场管制过程中的跑道分配和尽可能较少航班总延误问题。本发明基于轨迹预测和基础数据的一致性，建立不同的跑道分配策略(空中防交叉、最早计算降落至跑道、最早计算滑行至停机位)，分配降落跑道和进场程序并重新计算航班预计降落时间，基于预计降落时间，在考虑跑道限制、测量点限制等因素的情况下，使航班延误在不同延误消耗策略下进行最优解计算航班降落时间、计算过外区移交点时间、计算过进港点时间、计算过测量点时间，用以缓解进港航班在进近区域的交通拥堵情况，提升进港航班上下游管制单位的整体运行效率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法，步骤如下：
1)在航班实际起飞或雷达相关后，对航班航路的四维航迹过点时间进行预测计算，计算出航班预计过外区移交点时间ETO_BF、预计过移交点时间ETO_FF、预计降落时间ETA；
2)根据航班所属优先级与上述预测得到的预计降落时间ETA进行初始排序，按照优先级从高至低，同等优先级先到先服务的原则，形成原始次序；依据在线设置跑道运行模式、跑道分配规则以及不同的跑道分配策略计算出航班的降落跑道，同时得出预计降落时间ELDT，考虑跑道限制计算航班的计算降落时间CLDT；根据计算降落时间CLDT和预计降落时间ELDT之差得出航班跑道延误；
3)根据离线配置航班测量点的分配规则，为航班分配测量点；依据四维航迹预测的预计过测量点时间ETO_MF，考虑测量点限制计算航班的计算过测量点时间CTO_MF；根据计算过测量点时间CTO_MF和预计过测量点时间ETO_MF之差可计算得出航班在测量点延误；
4)根据航班在跑道延误和测量点延误之差计算进港航班在测量点与跑道内的延误，在保证航班跑道延误最小化的前提下，同时满足测量点与跑道限制以及测量点与跑道之间可吸纳延误重新计算计算降落时间CLDT和计算过测量点时间CTO_MF，同时计算得出计算过外区移交点时间CTO_BF和计算过进港点时间CTO_FF；计算得出航班的模式；
5)依据当前排序分配的跑道和标准进场程序更新进港点至跑道的航路以及预计过点时间，重新计算预计降落时间ETA，依据上述重新计算得到的ETA重新更新次序；然后返回步骤1)循环计算，并根据当前实时的交通流优化航班的跑道分配。
进一步地，所述步骤1)具体包括：在航班计划与雷达相关后，进场管理系统基于航空器性能参数、航线点、起飞/到达机场、起飞/到达机场标高、请求高度、巡航高度、请求速度、脱机定义的飞机性能、高空风、雷达实时修正信息和离线设置的飞行计划航路点时间的经验数据，对航班的四维飞行轨迹进行推算，预测航班飞越各航路点的过点速度、过点高度、过点时间、所属管制区和所属航路；在预测的各航路点数据中包含移交点以及汇聚点需排序计算的航路点，由此得出预计过外区移交点时间ETO_BF、预计过移交点时间ETO_FF、预计降落时间ETA以及其他预计过航路点时间ETO。
进一步地，所述步骤2)具体包括：根据航班属性信息判定航班优先级，分为高优先级和低优先级，所述高优先级包括：特殊二次代码航班、专机航班、要客航班、人工修改航班计算降落时间CLDT、人工修改航班计算过测量点时间CTO_MF、人工提升航班优先级；其他航班均为低优先级；初次排序时，按照优先级从高至低依次排序，同等优先级的航班遵循四维航迹预测的预计降落时间ETA先到先服务的原则排序。
进一步地，所述步骤2)中航班依据在线设置的跑道分配策略为航班分配降落跑道，同时根据在线设置的标准进场程序分配基准为航班分配标准进场程序；根据四维航迹预测预计过移交点时间ETO_FF与定义的从进港点至跑道飞行时长计算航班的预计降落时间ELDT，从飞行计划中解析的预计过移交点时间ETO_FF来计算的预计降落时间ELDT，分两种不同模式：
a)对于已分配跑道的航班，ETO_FF用来计算ELDT：
ELDT＝ETO_FF+TTG (1)
b)对于没有跑道分配的航班，ETO_FF用来计算一个TELDT(临时性ELDT)：
TELDT＝ETO_FF+TTGmin+K*Δ(TTG) (2)
其中，TTGmin表示所有可能跑道的TTGs的最小值，K表示超越调节系数，Δ(TTG)表示给定航班的不同TTG的差值。
进一步地，所述跑道限制包括：尾流间隔、管制跑道间隔、跑道关闭、跑道相关性间隔、跑道容量、跑道预留时隙。
进一步地，所述测量点限制包括：测量点间隔、测量点预留时隙。
进一步地，所述步骤3)具体包括：测量点是设置过航路点间隔限制，用于测量计算某进港方向的流量速率的航路点；排序计算依据离线配置的测量点分配规则为航班分配测量点；根据航班航路中由外区移交点至进港点，以及从进港点至跑道这段航路中可配置测量点优先次序；测量点定义在区管对应航路或进近对应航路或者进港点处，当航班判定测量点后需要在测量点根据四维航迹预测预计过测量点时间ETO_MF的计算航班计算过测量点时间CTO_MF。
进一步地，所述步骤3)具体还包括：根据航班预计过测量点时间ETO_MF综合测量点限制计算航班计算过测量点时间CTO_MF，测量点限制包括：
测量点间隔：定义相同测量点的相邻航班飞越测量点应保持的最小间距，进港管理系统在线设置机场测量点间隔，飞越该航路点上每一架降落至管制机场的航班，必须满足该测量点间隔，测量点间隔为管制实际指挥中根据进港容流需求设置的管制间隔；
测量点预留时隙：在指定的测量点插入一段时隙，禁止进港航班在该时隙内飞越测量点，通过测量点管理航班间的特定间隔，延迟飞越测量点的特定进港航班流量，给其他进港航班流量提升优先级；在测量点周围有恶劣天气导致航班需要延误时通过设置测量点预留时隙达到控制流量的目的；
排序计算综合上述跑道限制后计算得出航班计算降落时间CLDT，航班计算过测量点时间与预计过测量点时间的差值为航班过测量点延误PMf：
PMf＝CTO_MF-ETO_MF (5)。
进一步地，所述步骤4)具体包括：延误吸纳策略分为APP优先消耗延误和ACC优先消耗延误策略；APP优先消耗延误策略指航班优先在进近内做总延误消耗，若进近内无法消耗总延误，则将剩余延误纳入区管消耗；ACC优先消耗延误指航班优先在区管做延误消耗，但仍要在进近内做一定的压力值延误消耗。
当测量点位于进近区域时，若执行APP优先消耗延误策略，初始测量点至跑道的延误属于APP延误，测量点上游延误中的进港点至测量点延误属于APP延误，当APP延误达到上限剩下的未消耗的延误属于ACC延误；若APP延误没有达到可吸纳延误的上限，则测量点上游延误全部在进近消耗；若执行ACC优先吸纳策略，从测量点至跑道延误为0，测量点上游延误全部在区管消耗；
当测量点位于区管区域时，若执行APP优先吸纳策略，测量点下游延误的一部分在APP消耗，当APP延误达到上限，则剩下的延误在ACC消耗；测量点上游延误全部在ACC做延误消耗；若APP延误没有达到可消耗延误上限，则测量点延误全部在APP消耗，此时重新计算CTO-MF，使得测量点延误为APP可消耗延误的最大值，用来减少航班在测量点延误；若执行ACC优先吸纳策略，则测量点下游延误为0，测量点上游延误全部在区管消耗；
根据离线配置航班在APP可吸纳延误和ACC可吸纳延误以及计算后的计算降落时间CLDT、计算过测量点时间可计算得出航班计算过外区移交点时间CTO_BF和计算过进港点时间CTO_FF；
所有满足排序条件的进场航班被划分为四种模式：非稳定、稳定、超稳定、冻结；系统根据进港点前后以及预计到达跑道前的区间范围设定不同的航班模式。
对于参与排序且航路中有进港点的航班，距离预计降落时间T1时间内的航班模式为冻结模式，预计飞越进港点前T2时间至预计飞越进港点后T3时间内的航班模式为稳定模式，介于冻结模式和稳定模式之间的航班模式为超稳定模式，早于预计飞越进港点前T2时间的航班模式为非稳定模式。
航班模式权限如下：
a)非稳定模式：当航班处于非稳定模式时，对于每次ETO_FF的更新，航班的所有参数都会更新，包括分配的跑道和计算降落时间CLDT等，即航班在序列中的次序会重新计算。
b)稳定模式：当航班处于稳定模式时，对于每次ETO_FF的更新，仅会使当前参数被重新计算，分配的跑道不会再次计算。即该航班无法保证在序列中的次序的原因是有一个新的航班在它前面新增参与排序或去排序。
c)超稳定模式：当航班处于超稳定模式时，对于每次ETO_FF的更新，仅会使当前参数触发重新计算。但若有其他航班出现在该航班前面，该航班在排序队列中的次序不会向后调整。在这种情况下，新航班将会插入到超稳定航班的后面。但该航班可以根据管制员人工操作被调整到另一架航班次序后。
d)冻结模式：当航班处于冻结模式时，对于每一次ETO_FF更新，仅会使当前参数会重新计算，但是该航班在排序队列中的次序不会被系统再更新计算，即使管制员人工操作了另一个航班后也不会影响该航班在队列中的次序。
进一步地，所述步骤5)具体包括：四维航迹依据当前排序分配的跑道和标准进场程序后扩展更新航班从进港点至跑道的航路以及预计过点时间，重新计算航班预计降落时间ETA，排序在接收到四维航迹预测的最新预计降落时间ETA后根据该值重新更新次序并计算落地时间CLDT、计算过测量点时间CTO_MF、计算过外区移交点时间CTO_BF、计算过进港点时间CTO_FF；若四维航迹未依据排序分配的跑道和进港程序计算预计降落时间ETA，排序此时仍根据离线配置的飞行时间计算航班预计降落时间ELDT并排序。
本发明的有益效果：
本发明的基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算的进港管理系统采用以下两方面解决现有实际管制指挥的问题；
第一，采用分时间段设置跑道运行模式，为不同进港时间段预计降落的航班分配降落跑道，减少人工更改跑道和进场程序次数，提升航班分配跑道和进场程序的准确度。
第二，进港管理系统针对航班交通流较小设置最早计算降落至跑道策略，针对航班交通流较大设置空中防交叉策略，针对地面滑行时间最短设置最早计算滑行至停机位策略来应对不同管制情景和需求下的分配跑道需求，可有效降低管制压力，更精准地分配跑道和进场程序。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1所示，本发明的一种基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法，步骤如下：
1)在航班实际起飞或雷达相关后，对航班航路的四维航迹预测过点时间进行预测计算，计算出航班预计过外区移交点时间ETO_BF(Estimated Time Over_Boundry Fix)、预计过移交点时间ETO_FF(Estimated Time Over_Feeder Fix)、预计降落时间ETA(Estimated Time of_Arrival)；
所述步骤1)具体包括：在航班计划与雷达相关后，进场管理系统基于航空器性能参数(BADA数据)、航线点、起飞/到达机场、起飞/到达机场标高、请求高度、巡航高度、请求速度、脱机定义的飞机性能、高空风、雷达实时修正信息和离线设置的飞行计划航路点时间的经验数据，对航班的四维航迹飞行轨迹进行推算，预测航班飞越各航路点的过点速度、过点高度、过点时间、所属管制区和所属航路；在预测的各航路点数据中包含移交点以及汇聚点需排序计算的航路点，由此得出预计过外区移交点时间ETO_BF(Estimated Time Over_Boundary Fix)、预计过移交点时间ETO_FF(Estimated Time Over_Feeder Fix)、预计降落时间ETA(Estimated Time of_Arrival)以及其他预计过航路点时间ETO(Estimated TimeOver_Fix)。
2)根据航班所属优先级与上述预测得到的预计降落时间ETA(Estimated Timeof_Arrival)进行初始排序，按照优先级从高至低，同等优先级先到先服务的原则，形成原始次序；依据在线设置跑道运行模式、跑道分配规则以及不同的跑道分配策略(空中防交叉、最早计算降落至跑道、最早计算滑行至停机位)计算出航班的降落跑道，同时得出预计降落时间ELDT(Estimated Time of_Landing)，考虑尾流间隔、管制跑道间隔、跑道关闭、跑道相关性间隔、跑道容量、跑道预留时隙等跑道限制计算航班的计算降落时间CLDT(Calculated Landing Time)；根据计算降落时间CLDT和预计降落时间ELDT之差得出航班跑道延误；
所述步骤2)具体包括：根据航班属性信息判定航班优先级，分为高优先级和低优先级，所述高优先级包括：特殊二次代码航班(二次航迹或一、二次航迹的A模式代码为7500、7600或7700)、专机航班、要客航班、人工修改航班计算降落时间CLDT、人工修改航班计算过测量点时间CTO_MF、人工提升航班优先级；其他航班均为低优先级；初次排序时，按照优先级从高至低依次排序，同等优先级的航班遵循四维航迹预测的预计降落时间ETA先到先服务的原则排序。
航班形成初始次序后分配降落跑道；跑道分配依据跑道配置、跑道分配规则、跑道分配策略等要素进行分配；
跑道配置包含所有降落机场用于降落的跑道的所有组合；跑道分配规则中包含跑道配置、降落机场、进港点、航空公司(航班号三字码)、机型等要素；
跑道分配策略包含空中防交叉、最早计算降落至跑道、最早计算滑行至停机位等三种不同的跑道分配策略；空中防交叉(又称地理性分配)，即为根据进入APP区域的进港点就近为航班分配跑道，保证进港点和降落跑道方向的一致性；最早计算降落至跑道(又称优先分配)，即为根据航班分配降落跑道计算得出的计算降落时间CLDT与航班从该降落跑道滑行至停机位时间之和，比较得出最小值，该最小值对应的降落跑道即为该跑道策略下分配的降落跑道；最早计算滑行至停机位(又称混合分配)，即为根据航班分配降落跑道计算得出的计算降落时间CLDT，比较得出最小值，该最小值对应的降落跑道即为该跑道策略下分配的降落跑道。
航班依据在线设置的跑道分配策略为航班分配降落跑道，同时根据在线设置的进场程序分配基准为航班分配标准进场程序；根据四维航迹预测ETO_FF与定义的从进港点至跑道飞行时长计算航班预计降落时间ELDT，从飞行计划中解析的ETO_FF来计算预计降落时间ELDT，分两种不同模式：
a)对于已分配跑道的航班，ETO_FF用来计算ELDT：
ELDT＝ETO_FF+TTG (1)
b)对于没有跑道分配的航班，ETO_FF用来计算一个TELDT，即临时性ELDT：
TELDT＝ETO_FF+TTGmin+K*Δ(TTG) (2)
其中，TTGmin表示所有可能跑道的TTGs的最小值，K表示超越调节系数，K能够给进入终端区的航空器通过进港点判定优先级，而这个进港点未根据地理性分配策略分配到具体独立跑道；K值在-2和3之间变化，慢速航空器K值小，快速航空器K值大；该超越调节系数能够给特定的航空器速度类别一个优先级。Δ(TTG)表示给定航班的不同TTG的差值。
该上述计算的ELDT仅作为航班初次计算的排序基准，在自动化系统接收AMAN分配的跑道和进场程序后，四维航迹预测依据AMAN系统分配的跑道和STAR重新预测航班的预计降落时间，并依据航班模式权限更新航班次序。
根据航班预计降落时间ELDT综合跑道限制计算航班计算降落时间CLDT，跑道限制包括：
a)尾流间隔：规定航空器前机和后机应保持的最低安全距离，根据降落至跑道的飞行速度和航空器前后尾流最小距离转换间隔得出降落至跑道的最小安全尾流时间间隔；
b)跑道间隔：定义相同降落跑道的相邻航班降落应保持的最小间距，进港管理系统在线设置机场跑道间隔，在安排跑道上每一架预计落地的航班，满足该跑道间隔；跑道间隔为管制实际指挥中根据进港容量和流量需求设置的管制间隔，排序时取尾流间隔和跑道间隔的最大值作为实际排序间隔；相邻跑道间隔定义了在不同跑道上的相邻航班之间需要满足的间隔要求，同时定义了当跑道运行模式切换时，原跑道上最后一架落地航班与新跑道上第一架起飞飞机需要保持的间隔；对于特殊二次代码航班需要考虑两倍或以上的间隔计算；
c)跑道关闭：定义了因军事活动、恶劣天气或跑道检查等情况导致进港航班不能降落的时间段；在该时间段内，该跑道不能用于降落跑道；
d)跑道相关性间隔：定义两个同时降落在相邻跑道的航班在相关进近时，需要保持水平安全斜距；该间隔计算方式为设置跑道相关系数a，基准时间间隔为T(单位：秒)，跑道相关性间隔L：
L＝a*T (3)；
e)跑道容量：定义某时间段内降落跑道航班架次数量，用于控制航班落地总量；
f)跑道预留时隙：在指定的跑道插入一段时隙，禁止进港或离港的航班降落；目的是延误指定进港或离港航班，或者安排比普通降落航班更重要的一段时隙，用于控制特定航班在该段时隙内起飞或降落；
排序计算综合上述跑道限制后计算得出航班计算降落时间CLDT，航班计算降落时间与预计降落时间的差值为航班总延误PTotal；
PTotal＝CLDT-ELDT (4)。
3)排序同步根据离线配置航班测量点的分配规则，为航班分配测量点；依据四维航迹预测的预计过测量点时间ETO_MF(Estimated Time Over_Metering Fix)，考虑测量点间隔、测量点预留时隙等测量点限制计算航班的计算过测量点时间CTO_MF(CalculatedTime Over_Metering Fix)。根据计算过测量点时间CTO_MF和预计过测量点时间ETO_MF之差可计算得出航班在测量点延误；
所述步骤3)具体包括：测量点是设置过航路点间隔限制，用于测量计算某进港方向的流量速率的航路点；排序计算依据离线配置的测量点分配规则为航班分配测量点；根据航班航路中由外区移交点至进港点，以及从进港点至跑道这段航路中可配置测量点优先次序；测量点定义在区管对应航路或进近对应航路或者进港点处，当航班判定测量点后需要在测量点根据四维航迹预测预计过测量点时间ETO_MF的计算航班计算过测量点时间CTO_MF。
根据航班预计过测量点时间ETO_MF综合测量点限制计算航班计算过测量点时间CTO_MF，测量点限制包括：
测量点间隔：定义相同测量点的相邻航班飞越测量点应保持的最小间距，进港管理系统在线设置机场测量点间隔，飞越该航路点上每一架降落至管制机场的航班，必须满足该测量点间隔，测量点间隔为管制实际指挥中根据进港容流需求设置的管制间隔；
测量点预留时隙：在指定的测量点插入一段时隙，禁止进港航班在该时隙内飞越测量点，通过测量点管理航班间的特定间隔，延迟飞越测量点的特定进港航班流量，给其他进港航班流量提升优先级；在测量点周围有恶劣天气导致航班需要延误时通过设置测量点预留时隙达到控制流量的目的；
排序计算综合上述跑道限制后计算得出航班计算降落时间CLDT，航班计算过测量点时间与预计过测量点时间的差值为航班过测量点延误PMf：
PMf＝CTO_MF-ETO_MF (5)。
4)排序根据航班在跑道延误和测量点延误之差计算进港航班在测量点与跑道内的延误，在保证航班跑道延误最小化的前提下，同时满足测量点与跑道限制以及测量点与跑道之间可吸纳延误重新计算计算降落时间CLDT和计算过测量点时间CTO_MF，同时计算得出计算过外区移交点时间CTO_BF(Calculated Time Over_Boundary Fix)和计算过进港点时间CTO_FF(Calculated Time Over_Feeder Fix)。同时计算得出航班的模式；
延误吸纳策略分为APP优先消耗延误和ACC优先消耗延误策略；APP优先消耗延误策略指航班优先在进近内做总延误消耗，若进近内无法消耗总延误，则将剩余延误纳入区管消耗；ACC优先消耗延误指航班优先在区管做延误消耗，但仍要在进近内做一定的压力值延误消耗，例如减速等来消耗部分总延误。
当测量点位于进近区域时，若执行APP优先消耗延误策略，初始测量点至跑道的延误(Ptotal-PMf)属于APP延误，测量点上游延误中的进港点至测量点延误属于APP延误，当APP延误达到上限剩下的未消耗的延误属于ACC延误；若APP延误没有达到可吸纳延误的上限，则测量点上游延误全部在进近消耗；若执行ACC优先吸纳策略，从测量点至跑道延误为0，测量点上游延误全部在区管消耗；
当测量点位于区管区域时，若执行APP优先吸纳策略，测量点下游延误的一部分在APP消耗，当APP延误达到上限，则剩下的延误在ACC消耗；测量点上游延误全部在ACC做延误消耗；若APP延误没有达到可消耗延误上限，则测量点延误全部在APP消耗，此时重新计算CTO-MF，使得测量点延误为APP可消耗延误的最大值，用来减少航班在测量点延误；若执行ACC优先吸纳策略，则测量点下游延误为0，测量点上游延误全部在区管消耗；
根据离线配置航班在APP可吸纳延误和ACC可吸纳延误以及计算后的计算降落时间CLDT、计算过测量点时间可计算得出航班计算过外区移交点时间CTO_BF和计算过进港点时间CTO_FF；
所有满足排序条件的进场航班被划分为四种模式：非稳定、稳定、超稳定、冻结；系统根据进港点前后以及预计到达跑道前的区间范围设定不同的航班模式。
对于参与排序且航路中有进港点的航班，距离预计降落时间T1时间内的航班模式为冻结模式，预计飞越进港点前T2时间至预计飞越进港点后T3时间内的航班模式为稳定模式，介于冻结模式和稳定模式之间的航班模式为超稳定模式，早于预计飞越进港点前T2时间的航班模式为非稳定模式。
航班模式权限如下：
41)非稳定模式：当航班处于非稳定模式时，对于每次ETO_FF的更新，航班的所有参数都会更新，包括分配的跑道和计算降落时间CLDT等，即航班在序列中的次序会重新计算。
42)稳定模式：当航班处于稳定模式时，对于每次ETO_FF的更新，仅会使当前参数被重新计算，分配的跑道不会再次计算。即该航班无法保证在序列中的次序的原因是有一个新的航班在它前面新增参与排序或去排序。
43超稳定模式：当航班处于超稳定模式时，对于每次ETO_FF的更新，仅会使当前参数触发重新计算(和稳定模式航班相同)。但若有其他航班出现在该航班前面，该航班在排序队列中的次序不会向后调整。在这种情况下，新航班将会插入到超稳定航班的后面。但该航班可以根据管制员人工操作被调整到另一架航班次序后。
44)冻结模式：当航班处于冻结模式时，对于每一次ETO_FF更新，仅会使当前参数会重新计算(如同稳定或超稳定航班)，但是该航班在排序队列中的次序不会被系统再更新计算，即使管制员人工操作了另一个航班后也不会影响该航班在队列中的次序。
5)四维航迹预测依据当前排序分配的跑道和进场程序更新进港点至跑道的航路以及预计过点时间，重新计算预计降落时间ETA，排序依据最新推测的ETA重新更新次序。然后返回步骤1)循环计算，并根据当前实时的交通流优化航班的跑道分配。
四维航迹预测依据当前排序分配的跑道和标准进场程序后扩展更新航班从进港点至跑道的航路以及预计过点时间，重新计算航班预计降落时间ETA，排序在接收到四维航迹预测的最新预计降落时间ETA后根据该值重新更新次序并计算落地时间CLDT、计算过测量点时间CTO_MF、计算过外区移交点时间CTO_BF、计算过进港点时间CTO_FF；若四维航迹预测未依据排序分配的跑道和进港程序计算预计降落时间ETA，排序此时仍根据离线配置的飞行时间计算航班预计降落时间ELDT并排序。
为优化跑道分配，进港管理系统可对已建立的排序队列进行优化。优化目的是在另外一条跑道的排序队列中找到一个时隙，该时隙会产生较小的延误并且不会影响队列中其他航班的延误。
优化处理由三个不同阶段组成，根据不同的时间范围和关注的航班：
51)近优化处理阶段：该阶段总延误小于离线定义值，且航班不需要被分配最早CLDT对应的降落跑道；该阶段适用于交通量较小情形，管制员能够接受终端区内的交叉交通流以获得最小滑行时间。
52)远优化处理阶段：该阶段总延误大于离线定义值，且航班不需要被分配最早CLDT对应的降落跑道；该阶段适用于交通量适中情形，交叉交通流应当避免但是可用来减小排序队列的总体延误情况。
53)最终优化处理阶段：该阶段总延误大于离线定义值，且航班需要被分配最早CLDT对应的降落跑道；该阶段适用于高交通量情形，通过建立等待模式和将航空器分配的非最优跑道以达到最小化等待。
对于每个优化阶段和每个满足条件的航班，优化处理过程如下：
在另外一条跑道的排序队列找到一个时隙，能够保证到达终端区时间不晚于当前跑道终端区时间加上一个优化窗口扩展参数，按照以下优先级的次序：
54)时隙搜索：查找另外一条跑道序列的空闲时隙以便航班占用，这种优化对排序队列的剩余航班排序计算有利。
55)两航班时隙交换：在另外一条跑道的排序队列中找一个航班，该航班满足条件交换这个两个航班次序，这种优化对排序队列中剩余的航班排序计算没有影响。
56插入一个航班：在另一条跑道的排序队列中找一个时隙，该时隙可通过多个离线定义的参数让航班插入而不会延误后序航班。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法，其特征在于，步骤如下：
1)在航班实际起飞或雷达相关后，对航班航路的四维航迹过点时间进行预测计算，计算出航班预计过外区移交点时间ETO_BF、预计过移交点时间ETO_FF、预计降落时间ETA；
2)根据航班所属优先级与上述预测得到的预计降落时间ETA进行初始排序，按照优先级从高至低，同等优先级先到先服务的原则，形成原始次序；依据在线设置跑道运行模式、跑道分配规则以及不同的跑道分配策略计算出航班的降落跑道，同时得出预计降落时间ELDT；根据计算降落时间CLDT和预计降落时间ELDT之差得出航班跑道延误；
3)根据离线配置航班测量点的分配规则，为航班分配测量点；依据四维航迹预测的预计过测量点时间ETO_MF，考虑测量点限制计算航班的计算过测量点时间CTO_MF；根据计算过测量点时间CTO_MF和预计过测量点时间ETO_MF之差可计算得出航班在测量点延误；
4)根据航班在跑道延误和测量点延误之差计算进港航班在测量点与跑道内的延误，在保证航班跑道延误最小化的前提下，同时满足测量点与跑道限制以及测量点与跑道之间可吸纳延误重新计算降落时间CLDT和计算过测量点时间CTO_MF，同时计算得出计算过外区移交点时间CTO_BF和计算过进港点时间CTO_FF；计算得出航班的模式；
5)依据当前排序分配的跑道和标准进场程序更新进港点至跑道的航路以及预计过点时间，重新计算预计降落时间ETA，依据上述重新计算得到的ETA重新更新次序；然后返回步骤1)循环计算，并根据当前实时的交通流优化航班的跑道分配；
所述步骤2)中航班依据在线设置的跑道分配策略为航班分配降落跑道，同时根据在线设置的标准进场程序分配基准为航班分配标准进场程序；根据四维航迹预测预计过移交点时间ETO_FF与定义的从进港点至跑道飞行时长计算航班的预计降落时间ELDT，从飞行计划中解析的预计过移交点时间ETO_FF来计算的预计降落时间ELDT，分两种不同模式：
a)对于已分配跑道的航班，ETO_FF用来计算ELDT：
ELDT＝ETO_FF+TTG (1)
b)对于没有跑道分配的航班，ETO_FF用来计算一个TELDT：
TELDT＝ETO_FF+TTGmin+K*Δ(TTG) (2)
其中，TTGmin表示所有可能跑道的TTGs的最小值，K表示超越调节系数，Δ(TTG)表示给定航班的不同TTG的差值；
所述步骤3)具体包括：测量点是设置过航路点间隔限制，用于测量计算某进港方向的流量速率的航路点；排序计算依据离线配置的测量点分配规则为航班分配测量点；根据航班航路中由外区移交点至进港点，以及从进港点至跑道这段航路中可配置测量点优先次序；测量点定义在区管对应航路或进近对应航路或者进港点处，当航班判定测量点后需要在测量点根据四维航迹预测预计过测量点时间ETO_MF的计算航班计算过测量点时间CTO_MF；
所述步骤3)具体还包括：根据航班预计过测量点时间ETO_MF综合测量点限制计算航班计算过测量点时间CTO_MF，测量点限制包括：
测量点间隔：定义相同测量点的相邻航班飞越测量点应保持的最小间距，进港管理系统在线设置机场测量点间隔，飞越该航路点上每一架降落至管制机场的航班，必须满足该测量点间隔，测量点间隔为管制实际指挥中根据进港容流需求设置的管制间隔；
测量点预留时隙：在指定的测量点插入一段时隙，禁止进港航班在该时隙内飞越测量点，通过测量点管理航班间的特定间隔，延迟飞越测量点的特定进港航班流量，给其他进港航班流量提升优先级；在测量点周围有恶劣天气导致航班需要延误时通过设置测量点预留时隙达到控制流量的目的；
排序计算综合上述跑道限制后计算得出航班计算降落时间CLDT，航班计算过测量点时间与预计过测量点时间的差值为航班过测量点延误PMf：
PMf＝CTO_MF-ETO_MF (5)。
2.根据权利要求1所述的基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：在航班计划与雷达相关后，进场管理系统基于航空器性能参数、航线点、起飞/到达机场、起飞/到达机场标高、请求高度、巡航高度、请求速度、脱机定义的飞机性能、高空风、雷达实时修正信息和离线设置的飞行计划航路点时间的经验数据，对航班的四维飞行轨迹进行推算，预测航班飞越各航路点的过点速度、过点高度、过点时间、所属管制区和所属航路；在预测的各航路点数据中包含移交点以及汇聚点需排序计算的航路点，由此得出预计过外区移交点时间ETO_BF、预计过移交点时间ETO_FF、预计降落时间ETA以及其他预计过航路点时间ETO。
3.根据权利要求1所述的基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：根据航班属性信息判定航班优先级，分为高优先级和低优先级，所述高优先级包括：特殊二次代码航班、专机航班、要客航班、人工修改航班计算降落时间CLDT、人工修改航班计算过测量点时间CTO_MF、人工提升航班优先级；其他航班均为低优先级；初次排序时，按照优先级从高至低依次排序，同等优先级的航班遵循四维航迹预测的预计降落时间ETA先到先服务的原则排序。
4.根据权利要求1所述的基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法，其特征在于，所述步骤4)具体包括：延误吸纳策略分为APP优先消耗延误和ACC优先消耗延误策略；APP优先消耗延误策略指航班优先在进近内做总延误消耗，若进近内无法消耗总延误，则将剩余延误纳入区管消耗；ACC优先消耗延误指航班优先在区管做延误消耗，在进近内做一定的压力值延误消耗。
5.根据权利要求1所述的基于多目标动态分配跑道的进场多约束排序计算方法，其特征在于，所述步骤5)具体包括：四维航迹依据当前排序分配的跑道和标准进场程序后扩展更新航班从进港点至跑道的航路以及预计过点时间，重新计算航班预计降落时间ETA，排序在接收到四维航迹预测的最新预计降落时间ETA后根据该值重新更新次序并计算落地时间CLDT、计算过测量点时间CTO_MF、计算过外区移交点时间CTO_BF、计算过进港点时间CTO_FF；若四维航迹未依据排序分配的跑道和进港程序计算预计降落时间ETA，排序此时仍根据离线配置的飞行时间计算航班预计降落时间ELDT并排序。
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