CN113205707B - 一种航班流量时隙全局优化调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航班流量时隙全局优化调度方法，步骤如下：确定受流控影响的航班集合范围；人工定义豁免航班；将非豁免航班分类处理；计算每个航班的最早计算落地时间的时间阀值；创建航班排序队列；根据用户输入的机场进场接收率分配虚拟的时隙资源；对每个航班分配计算落地时间。本发明方法采用了时隙资源属于航空公司规则，提高航空公司协同配合意愿，使其对航空公司具备对该时隙的拥有权，可用于时隙交换等。

Description

一种航班流量时隙全局优化调度方法

技术领域

本发明属于交通运输规划与管理领域，具体涉及民用航空空中交通管理(ATM)中的一种航班流量时隙全局优化调度软件方法。

背景技术

民航航班正常工作是世界性难题，也是中国民航当前面临的重要问题。随着国民经济快速发展和交通强国建设，民用航空运输领域日渐繁忙，国家空域内航班流量快速增长，空中交通管制员作为空中交通管理的核心主体，为应对流量增长，各部门都采取相应的技术手段增强各自服务保障能力，以提升服务质量和数量，辅助管制员的决策支持系统应运而生，流量管理系统/工具就其中一类辅助航班运行调度的工具。

目前，中国民航流量管理工具是7个地区级空中交通管理局(华北、东北、华东、中南、西南、西北、新疆)独立建设的工具，并未在全国层面统筹考虑设计航班排序调度算法，流量控制手段割裂低效，无形中存在可以利用时隙的浪费现象，全国航班运行的总体延误得不到缓解；存在的问题缺陷主要如下：

(1)流量管理措施层层转发，层层加码，时隙浪费。

(2)航空公司二次惩罚问题：航班由于机械故障或其他公司自身原因向民航空管即使提前通报延误信息，会自身延误基础上再延误。

(3)时隙资源不属航空公司：雷雨等不利条件下，对于航空公司积极响应民航空管提前取消航班，但这部分航班不再分配时隙，时隙资源本属于航空公司，公司可拿来交换给其他该公司的航班。

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航班流量时隙全局优化调度方法，以解决现有技术中流控措施割裂层层转发加码导致时隙浪费和航空公司二次惩罚等问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种航班流量时隙全局优化调度方法，步骤如下：

1)确定受流控影响的航班集合范围；

2)人工定义豁免航班；

3)将非豁免航班分类处理；

4)计算每个航班的最早计算落地时间的时间阀值；

5)创建航班排序队列Q；

6)根据用户输入的机场进场接收率分配虚拟的时隙资源；

7)对每个航班分配计算落地时间。

进一步地，所述步骤1)具体包括：确定包含在航班优化排序中的航班计划集合I，

I＝A∪B

A＝{f∈F:t₀≤ELDT_f≤t₁}

B＝{f∈F:ELDT_f＞t₁ and(t₀≤CLDT_f≤t₁ or t₀≤SLDT_f≤t₁)}

式中，航班集合A表示航班的预计落地时间落入流控时间范围的航班，航班集合B表示预计落地时间晚于t₁，且计划落地时间(SLDT)落入流控范围或已有计算落地时间(CLDT)在流控时间范围；F表示航班集合，f表示每架航班，ELDT_f表示航班f预计落地时间，CLDT_f表示航班f的计算落地时间，SLDT_f表示航班f的时刻表落地时间，t₀为流控开始时间，t₁为流控结束时间。

进一步地，所述步骤2)具体包括：由流量人员定义航班集合E中的航班豁免，可直接指定某些航班豁免，或通过定义经过某些航路/航路点或某些机场起飞的航班集合豁免：

进一步地，所述步骤3)具体包括：已经被分配过计算落地时间(至少一次)的航班集合；非豁免但包含航班中除去已分配过时隙的航班集合；

F₁＝{f∈I-E:f had a CLDT}

F₂＝(I-E)-F₁

I＝E∪F₁∪F₂

式中，F₁表示受影响航班集合I中，除去步骤2中豁免航班和已拥有了计算落地时间时隙的航班，F₂表示受影响航班集合I中，除去豁免航班和F₁航班集合。

进一步地，所述步骤4)具体包括：

41)若航班是人工操作的豁免航班(如VIP或应急管理航班)，则对于已分配时隙资源的航班，最早CLDT则取预计落地时间；对于未分配时隙资源的航班，则最早CLDT取预计落地时间或计划落地时间中的较小值；

对于已错过其预计撤轮档时间(EOBT)的航班，考虑最早CLDT的阀值，若当前时间>EOBT, 则最早CLDT＝当前时间+VSP+空中飞行时间；

式中，CLDT为计算落地时间，slot表示航班所占用的时隙资源，EOBT表示预计离港时间， slotID表示时隙资源分配后的编号，SIBT表示计划到港时间，VIT表示航班在停机位和跑道头之间的可变滑行时间，VSP为系统可变参数；

42)若航班属于集合F₁和F₂，则：

当前时间current_time小于或等于SOBT，则最早CLDT＝SIB T-VTT-vsp1；

当前时间current_time大于SOBT，则最早CLDT＝当前时间+空中飞行时间+vsp2

式中，SOBT表示航班计划离港时间，vsp1、vsp2为用户定义适应性参数，VTT表示可变滑行时间，EET表示空中飞行所需时间。

进一步地，所述步骤5)具体包括：

51)根据航班的ELDT作为优先级，创建豁免航班的排序子队列Q(E)；

52)创建已分配时隙的航班队列，根据已拥有的CLDT先后，创建航班排序子队列Q(F₁)；

53)创建剩下航班(即除去豁免航班集合和已有时隙航班集合，剩余受控航班)的子队列Q(F₂)，根据航班的SLDT初步排序；

54)将上述步骤51)、52)、53)中队列，重新排序合成一个带标识属性的排序总队列Q；

式中，

是算法创建的航班排序子队列，表示一架架航班，来自集合E，使用ELDT 作为优先级；

是算法创建的航班排序子队列，来自集合F₁，使用CLDT作为优先级；

是算法创建的航班排序子队列，来自集合F₂，使用SLDT作为优先级。

对航班队列Q进行重新编号排序变为q₁,q₂,...,q_|I|。

如某繁忙机场的进场接受率AAR设置为6架/小时，开始时间＝1801，结束时间＝2159，则时隙资源集合S＝{1810，1820，…,2140,2150}。

进一步地，所述步骤7)具体包括：根据步骤5)中的航班队列Q和步骤6)中的时隙资源slots对每个航班分配落地时隙；

计算方法采用双层循环计算，外层循环是流控措施的集合，内层循环是相关航班的待计算队列；

计算遍历队列中的每个航班f∈I，从剩余可用时隙集合S中，计算分配给该航班的时隙；

for f＝q₁,q₂,...,q_|I|

let t＝min(t∈S:t≥earliest_CLDT and status(t)＝open)

CLDT_f＝t

flight(t)＝f

owner(t)＝Airline_f

status(t)＝filed

S＝S-{t}

end for

式中，flight(t)表示时隙属于哪个航班，owner(t)表示时隙属于哪个航空公司，status(t)表示时隙是否被占用。

本发明的有益效果：

1、本发明方法减少了流量管理措施MIT从源头往下游层层转发，层层加码和时隙浪费等情况。

2、本发明方法采用时刻表时间(SOBT/SLDT)作为判断航班先到先服务的基准，避免对航空公司二次惩罚的现象。

3、本发明方法采用了时隙资源属于航空公司规则，提高航空公司协同配合意愿，使其对航空公司具备对该时隙的拥有权，可用于时隙交换等。

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。

术语解释：

参照图1所示，本发明的一种航班流量时隙全局优化调度方法，步骤如下：

1)确定受流控影响的航班集合范围；

确定包含在航班优化排序中的航班计划集合I，

I＝A∪B

A＝{f∈F:t₀≤ELDT_f≤t₁}

B＝{f∈F:ELDT_f＞t₁ and(t₀≤CLDT_f≤t₁ or t₀≤SLDT_f≤t₁)}

式中，航班集合A表示航班的预计落地时间落入流控时间范围的航班，航班集合B表示预计落地时间晚于t₁，且计划落地时间(SLDT)落入流控范围或已有计算落地时间(CLDT)在流控时间范围；F表示航班集合，f表示每架航班，ELDT_f表示航班f预计落地时间，CLDT_f表示航班f的计算落地时间，SLDT_f表示航班f的时刻表落地时间，t₀为流控开始时间，t₁为流控结束时间。

2)人工定义豁免航班；

由流量人员定义航班集合E中的航班豁免，可直接指定某些航班豁免，或通过定义经过某些航路/航路点或某些机场起飞的航班集合豁免：

3)将非豁免(但包含在流控影响时间和空间范围内)航班分类处理；

已经被分配过计算落地时间(至少一次)的航班集合；非豁免但包含航班中除去已分配过时隙的航班集合；

F₁＝{f∈I-E:f had a CLDT}

F₂＝(I-E)-F₁

I＝E∪F₁∪F₂

式中，F₁表示受影响航班集合I中，除去步骤2中豁免航班和已拥有了计算落地时间时隙的航班，F₂表示受影响航班集合I中，除去豁免航班和F₁航班集合。

4)计算每个航班的最早计算落地时间的时间阀值；

41)若航班是人工操作的豁免航班(如VIP或应急管理航班)，则对于已分配时隙资源的航班，最早CLDT则取预计落地时间；对于未分配时隙资源的航班，则最早CLDT取预计落地时间或计划落地时间中的较小值；

对于已错过其预计撤轮档时间(EOBT)的航班，考虑最早CLDT的阀值，如当前时间>EOBT, 则最早CLDT＝当前时间+VSP+空中飞行时间；

式中，CLDT为计算落地时间，slot表示航班所占用的时隙资源，EOBT表示预计离港时间， slotID表示时隙资源分配后的编号，SIBT表示计划到港时间，VIT表示航班在停机位和跑道头之间的可变滑行时间，VSP为系统可变参数；

42)若航班属于集合F₁和F₂，则：

当前时间current_time小于或等于SOBT，则最早CLDT＝SIBT -VTT-vsp1；

当前时间current_time大于SOBT，则最早CLDT＝当前时间+空中飞行时间+vsp2

式中，SOBT表示航班计划离港时间，vsp1、vsp2为用户定义适应性参数，VTT表示可变滑行时间，EET表示空中飞行所需时间。

5)创建航班排序队列Q；

51)根据航班的ELDT作为优先级，创建豁免航班的排序子队列Q(E)；

52)创建已分配时隙的航班队列，根据已拥有的CLDT先后，创建航班排序子队列Q(F₁)；

53)创建剩下航班(即除去豁免航班集合和已有时隙航班集合，剩余受控航班)的子队列Q(F₂)，根据航班的SLDT初步排序；

54)将上述步骤51)、52)、53)中队列，重新排序合成一个带标识属性的排序总队列Q；

式中，

是算法创建的航班排序子队列，表示一架架航班，来自集合E，使用ELDT 作为优先级；

是算法创建的航班排序子队列，来自集合F₁，使用CLDT作为优先级；

是算法创建的航班排序子队列，来自集合F₂，使用SLDT作为优先级。

对航班队列Q进行重新编号排序变为q₁,q₂,...,q_|I|。

如某繁忙机场的进场接受率AAR设置为6架/小时，开始时间＝1801，结束时间＝2159，则时隙资源集合S＝{1810，1820，…,2140,2150}。

6)根据用户输入的机场进场接收率分配虚拟的时隙资源；

7)对每个航班分配计算落地时间；

根据步骤5)中的航班队列Q和步骤6)中的时隙资源slots对每个航班分配落地时隙；

计算方法采用双层循环计算，外层循环是流控措施的集合，内层循环是相关航班的待计算队列；

计算遍历队列中的每个航班f∈I，从剩余可用时隙集合S中，计算分配给该航班的时隙；

for f＝q₁,q₂,...,q_|I|

let t＝min(t∈S:t≥earliest_CLDT and status(t)＝open)

CLDT_f＝t

flight(t)＝f

owner(t)＝Airline_f

status(t)＝filed

S＝S-{t}

end for

式中，flight(t)表示时隙属于哪个航班，owner(t)表示时隙属于哪个航空公司，status(t)表示时隙是否被占用。

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 (2)

1.一种航班流量时隙全局优化调度方法，其特征在于，步骤如下：

1)确定受流控影响的航班集合范围；

2)人工定义豁免航班；

3)将非豁免航班分类处理；

4)计算每个航班的最早计算落地时间的时间阈值；

5)创建航班排序队列Q；

6)根据用户输入的机场进场接收率分配虚拟的时隙资源；

7)对每个航班分配计算落地时间；

所述步骤1)具体包括：确定包含在航班优化排序中的航班计划集合I，

I＝A∪B

A＝{f∈F:t₀≤ELDT_f≤t₁}

B＝{f∈F:ELDT_f＞t₁ and(t₀≤CLDT_f≤t₁ or t₀≤SLDT_f≤t₁)}

式中，航班集合A表示航班的预计落地时间落入流控时间范围的航班，航班集合B表示预计落地时间晚于t₁，且计划落地时间落入流控范围或已有计算落地时间在流控时间范围；F表示航班集合，f表示每架航班，ELDT_f表示航班f预计落地时间，CLDT_f表示航班f的计算落地时间，SLDT_f表示航班f的时刻表落地时间，t₀为流控开始时间，t₁为流控结束时间；

所述步骤3)具体包括：已经被分配过计算落地时间的航班集合；非豁免但包含航班中除去已分配过时隙的航班集合；

F₁＝{f∈I-E:f had a CLDT}

F₂＝(I-E)-F₁

I＝E∪F₁∪F₂

式中，F₁表示受影响航班集合I中，除去步骤2)中豁免航班和已拥有了计算落地时间时隙的航班，F₂表示受影响航班集合I中，除去豁免航班和F₁航班集合；

所述步骤4)具体包括：

41)若航班是人工操作的豁免航班，则对于已分配时隙资源的航班，最早CLDT则取预计落地时间；对于未分配时隙资源的航班，则最早CLDT取预计落地时间或计划落地时间中的较小值；

对于已错过其预计撤轮档时间的航班，考虑最早CLDT的阈值，若当前时间>EOBT,则最早CLDT＝当前时间+VSP+空中飞行时间；

式中，CLDT为计算落地时间，slot表示航班所占用的时隙资源，EOBT表示预计离港时间，slotID表示时隙资源分配后的编号，SIBT表示计划到港时间，VIT表示航班在停机位和跑道头之间的可变滑行时间，VSP为系统可变参数；

42)若航班属于集合F₁和F₂，则：

当前时间current_time小于或等于SOBT，则最早CLDT＝SIBT -VTT-vsp1；

当前时间current_time大于SOBT，则最早CLDT＝当前时间+空中飞行时间+vsp2

式中，SOBT表示航班计划离港时间，vsp1、vsp2为用户定义适应性参数，VTT表示可变滑行时间，EET表示空中飞行所需时间；

所述步骤5)具体包括：

51)根据航班的ELDT作为优先级，创建豁免航班的排序子队列Q(E)；

52)创建已分配时隙的航班队列，根据已拥有的CLDT先后，创建航班排序子队列Q(F₁)；

53)创建剩下航班的子队列Q(F₂)，根据航班的SLDT初步排序；

54)将上述步骤51)、52)、53)中队列，重新排序合成一个带标识属性的排序总队列Q；

式中，

是算法创建的航班排序子队列，表示一架架航班，来自集合E，使用ELDT作为优先级；

是算法创建的航班排序子队列，来自集合F₁，使用CLDT作为优先级；

是算法创建的航班排序子队列，来自集合F₂，使用SLDT作为优先级；

所述步骤7)具体包括：根据步骤5)中的航班队列Q和步骤6)中的时隙资源对每个航班分配落地时隙；

计算方法采用双层循环计算，外层循环是流控措施的集合，内层循环是相关航班的待计算队列；

计算遍历队列中的每个航班f∈I，从剩余可用时隙集合S中，计算分配给该航班的时隙。

2.根据权利要求1所述的航班流量时隙全局优化调度方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：由流量人员定义航班集合E中的航班豁免，可直接指定某些航班豁免，或通过定义经过某些航路/航路点或某些机场起飞的航班集合豁免：

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