CN114693142A - 一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法 - Google Patents

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CN114693142A
CN114693142A CN202210355580.0A CN202210355580A CN114693142A CN 114693142 A CN114693142 A CN 114693142A CN 202210355580 A CN202210355580 A CN 202210355580A CN 114693142 A CN114693142 A CN 114693142A
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金跃强
蔡承文
钱浩韵
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Nanjing Vocational University of Industry Technology NUIT
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Abstract

本发明公开了一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，包括以下步骤：1）分别读入机场待优化航季所有航班的计划信息以及上一年同航季的历史运行数据信息；2）对上一年同航季的历史运行数据信息进行预处理；3）利用上一年同航季的历史运行数据，计算航班时刻的运行效能；4）构建基于运行效能的单机场航班时刻配置优化模型；5）根据建立的优化模型，利用向量范数加权法构造评价函数。剖析航班时刻结构特征，评估航班时刻资源利用率和航班运行效率，以应对监管和不断变化的市场条件，实现航班时刻分配的灵活性，从而定位潜在优化空间，为进一步识别航班时刻优化调整提供方向。

Description

一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法
技术领域
本发明涉及民航技术领域，具体为一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法。
背景技术
近年来，随着中国民航业的飞速发展，航班时刻的需求量与有限的空域资源之间的矛盾日益突出，航班正点率难以提升，导致航班延误现象时有发生。造成航班延误涉及多方面的原因，比如天气因素、流量控制和公司的保障机制等，但最根本的原因是容量的供需不平衡，即现有的机场容量资源已无法满足交通流量的需求。因此，在当前的容量资源配置下，对航班时刻实现优化配置成为机场亟待解决的问题。
目前，针对单机场航班时刻优化问题，早期研究主要聚焦在确保机场运行基本限制条件下，从航空公司的利益出发来构建优化模型，即以满足航空公司的请求时间与分配时间的最小偏移作为优化目标，但没有考虑到运行效能的条件下对单机场航班时刻进行优化配置，从而不能很好地应对监管和不断变化的市场条件，实现航班时刻分配的灵活性；同时，为了满足《世界航班时刻准则》时刻分配原则中无偏差性的基本要求，部分研究者虽然关注了航空公司之间分配公平性的问题，但由于机场调度的限制，不可能绝对公平地对待所有航空公司，因此，有必要为航空公司提供关于其公平状况的有用信息，用以作为比较特定航空公司公平性与所有其他航空公司公平性条件的参考点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，剖析航班时刻结构特征，评估航班时刻资源利用率和航班运行效率，以应对监管和不断变化的市场条件，实现航班时刻分配的灵活性，从而定位潜在优化空间，为进一步识别航班时刻优化调整提供方向。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提供如下技术方案：
一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，包括以下步骤：
1)分别读入机场待优化航季所有航班的计划信息以及上一年同航季的历史运行数据信息；
2)对上一年同航季的历史运行数据信息进行预处理；
3)利用上一年同航季的历史运行数据，计算航班时刻的运行效能；
4)构建基于运行效能的单机场航班时刻配置优化模型；
5)根据建立的优化模型，利用向量范数加权法构造评价函数，结合引入宽容阈值的分层序列法，得到考虑运行效能条件下的单机场航班时刻配置方法。
本发明进一步设置为：所述步骤1)中，待优化航季所有航班的计划信息包括航班号、起飞机场、落地机场、计划起飞时间、计划落地时间、机型，上一年同航季的历史运行数据信息包括航班号、实际起飞时间、计划落地时间、运营日。
本发明进一步设置为：所述步骤2)对上一年同航季的历史运行数据信息进行预处理，具体为，
S2.1、对历史运行数据信息的无效值进行处理，然后利用箱线图找出历史运行数据信息中的异常值，并对所述异常值进行Lagrange插值法，实现对异常值进行填补；
S2.2、通过航班优先层级确定航班的最大偏移时间参数；
S2.3、按周一至周日7天分组，将历史运行数据信息分成7组，分别标记出每组数据是否为进场或离场数据，并分别统计出进场和离场的航班数量；
S2.4、在S2.3的基础上，分别统计出进场和离场各走廊口的航班数量，即各走廊口的通行能力。
本发明进一步设置为：所述步骤S2.2通过航班优先层级确定航班的最大偏移时间参数，具体为，
从政策规则和运行效率两方面依次确定优先层级，其中，政策规则为第一层级，按照由高到低的顺序依次为历史航班时刻、历史调整航班时刻、新进入航空承运人时刻；运行效率为第二层级，按照由高到低的顺序依次为跑道拥堵并且走廊口拥堵、跑道拥堵或走廊口拥堵、放行正常率，在上述优先层级的基础上，求出航空公司的请求时间与实际分配的时间之间的最大可接受的范围，即为航班的最大偏移时间参数。
本发明进一步设置为：所述步骤3)利用上一年同航季的历史运行数据，计算航班时刻的运行效能，具体为，
S3.1、统计历史航班时刻执行率指标v1
利用上一年同航季的历史运行数据，统计上一年同航季航班时刻执行数量，计算平均执行率v1 *，则历史航班时刻执行率指标v1＝v1 *×100，对于无记录的航空承运人，其历史航班时刻执行率记录按照该机场上一个同航季执行率的80％计算；
S3.2、统计历史航班时刻正点率指标v2
利用上一年同航季的历史运行数据，统计机场上一年同航季航班时刻正点航班数量以及延误时间，计算机场的航班正点率v2 *和平均延误时间
Figure BDA0003582384770000031
则历史航班时刻正点率指标
Figure BDA0003582384770000032
对于无记录的航空承运人，历史航班时刻正点率记录以该机场前推一年同航季平均正点率和平均延误时间计算；
S3.3、统计历史航班时刻航空安全监管指标v3
利用上一年同航季的历史运行数据，统计因航空承运人原因发生事故征候及以上的次数r以及飞行总架次N,则统计历史航班时刻航空安全监管指标v3为，
Figure BDA0003582384770000041
S3.4、确定航班时刻的运行效能v
对航班时刻执行率指标v1、航班正点率指标v2、以及航空安全监管指标v3三个运行指标进行加权平均，确定航班时刻的运行效能v，
v＝ε1v1+ε2v2+ε3v3 (2)
其中ε1为v1的权重参数，ε2为v2权重参数，ε3为v3权重参数。
本发明进一步设置为：所述步骤4)构建基于运行效能的单机场航班时刻配置优化模型，具体为，
S4.1、定义决策变量
航班时刻分配过程中，对任意航班s，有两种分配情况，即已分配到某个时刻，或者未分配到某个时刻，
设S表示所有航班号的集合，T表示所有时刻的集合，定义决策变量为
Figure BDA0003582384770000042
其中s∈S，t∈T；
S4.2、建立目标函数
从航空公司和管理者两者的角度出发，基于历史实际运行数据，在考虑运行效能条件下，以最小化偏离航空公司请求时间和航空公司间的相对公平性为目标，建立如下多目标函数，
min{f1,f2} (4)
其中，第一个目标函数f1为考虑运行效能条件下航空公司请求时间的最大平均偏移量，
Figure BDA0003582384770000051
其中，p为效能配置系数，是关于运行效能v的函数
Figure BDA0003582384770000052
p≥1，且为整数，
Sh为航空公司h的航班集合，|Sh|为航空公司h的航班量，ω1为全年无休时刻航班的权重，ω2为非全年无休时刻航班的权重，D为天数集合，ts为航班s的申请时间，
Figure BDA0003582384770000053
Figure BDA0003582384770000054
Figure BDA0003582384770000055
第二个目标函数f2表示航空公司间的相对公平性，即考虑运行效能条件下特定航空公司公平性与所有其他航空公司公平性偏差最大值最小化，
Figure BDA0003582384770000056
其中，
Figure BDA0003582384770000061
表示航空公司h的公平性度量，f1,h/F表示航空公司h的偏移量占比；|Sh|/|S|表示航空公司h的航班量占比，f1,h为航空公司h的偏移量，
Figure BDA0003582384770000062
为机场时刻的总偏移量，
Figure BDA0003582384770000063
为机场的总航班量，H为航空公司集合，|H|为航空公司数量，h′为区别于h的另一家航空公司，ρh′为航空公司h′的公平性度量；
S4.3、确定约束条件
航班时刻唯一性约束，保证每个航班在同一天同一机场只能分配一个时刻，
Figure BDA0003582384770000064
航班时刻最大调整时间约束，航空公司请求时间与实际分配时间之间的偏移满足在最大可接受的范围内，
Figure BDA0003582384770000065
其中ξs为航班s的最大调整时间参数；
机场时刻滚动容量约束，避免在进离港处航班分布过密对时间区间长度为12的滚动容量进行约束，
Figure BDA0003582384770000066
其中αj,βj,γj是进离港时刻容量包络参数，J为机场容量包络线的条数，j为第j条机场容量包络线，Sd为出发航班集合，Sa为到达航班集合；
走廊口通行能力约束，保证单位时隙每个机场每个走廊口的航班量不超过该走廊口的容量限制，
(3)进场走廊口通行能力，
Figure BDA0003582384770000071
(4)离场走廊口通行能力，
Figure BDA0003582384770000072
其中
Figure BDA0003582384770000073
为机场进场走廊口q的最大容量，
Figure BDA0003582384770000074
为机场离场走廊口q的最大容量。
本发明进一步设置为：所述步骤5)根据建立的优化模型，利用向量范数加权法构造评价函数，结合引入宽容阈值的分层序列法，得到考虑运行效能条件下的单机场航班时刻配置方法，具体为，
S5.1、利用引入宽容阈值的分层序列法将多目标问题的2个目标f1(x),f2(x)按其重要程度进行排序，依次求单目标规划的最优解，
S5.1.1分层序列的确定
针对单机场航班时刻优化问题，优先满足航空公司的请求时间，将最小化偏离航空公司请求时间排在首位，其次关注航空公司之间的公平性，从而排序方案为(f1(x),f2(x))，
S5.1.2在分层序列下，引入宽容阈值δi(i＝1,2)，求对应单目标规划的最优解
先求解
Figure BDA0003582384770000075
得到单目标规划问题(P1)的最优解f1 0，记作W1＝{x|f1(x)≤f1 0+δ1}∩W，W为原解集，取δ1为预先给定的宽容值，避免单目标规划问题(P1)的解唯一时，问题(P2)的求解无意义，
再求解
Figure BDA0003582384770000081
得到单目标规划问题(P2)的最优解
Figure BDA0003582384770000082
记作
Figure BDA0003582384770000083
δ2为预先给定的宽容值，
则
Figure BDA0003582384770000084
是在分层序列意义下的最优解集合；
S5.2、利用向量范数加权法构造评价函数，
Figure BDA0003582384770000085
θ≥1且取整数 (12)
其中λi为权重系数，且λi＞0，i＝1,2，
Figure BDA0003582384770000086
fi 0为第i个单目标规划的最优解；
S5.3、求解如下单目标规划模型，
Figure BDA0003582384770000088
与现有技术相比，本发明具有的有益之处是：
(1)基于航班时刻执行率、航班正点率及航空安全监管记录等运行指标，构建一个综合评估指标，实现对航班的历史运行效能进行评估。从航空公司和管理者两者的角度出发，引入运行效能配置参数，定量评估可能发生的延误代价，是提高机场资源利用率的有效方式，可以从源头上缓解航班拥堵问题。
(2)提出在兼顾运行效能的情况下满足相对公平目标的航班时刻优化模型，即在考虑航班时刻执行率、航班正点率及航空安全监管记录等运行指标下，使特定航空公司公平性与其他所有航空公司的平均公平性偏移量尽可能小，从而避免在最小化请求时间偏移量时“牺牲”单个航空公司的利益，使分配结果出现极端不公平的现象。
(3)利用向量范数加权法构建评价函数，在引入宽容阈值的分层序列法基础上求解优化模型。用分层序列求解将多目标问题转化为单目标规划问题，并将分目标按其重要程度进行排序，依次求对应单目标规划的最优解，确保能够最有效地分配和优化航班时刻，以应对监管和不断变化的市场条件，提高航班时刻分配的灵活性。预先给定宽容阈值，可以避免其中一个单目标规划问题的解唯一时，另一个单目标问题的求解无意义。然后，在分层序列求解的基础上，利用向量范数加权法构造评价函数，从而快速实现对优化模型的求解。
附图说明
图1为本发明一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法的流程图；
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明提供了一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，包括如下步骤，
1)分别读入机场待优化航季所有航班的计划信息以及上一年同航季的历史运行数据信息，
其中，待优化航季所有航班的计划信息包括航班号、起飞机场、落地机场、计划起飞时间、计划落地时间、机型，上一年同航季的历史运行数据信息包括航班号、实际起飞时间、计划落地时间、运营日。
2)对上一年同航季的历史运行数据信息进行预处理，具体为，
S2.1、对历史运行数据信息的无效值进行处理，然后利用箱线图找出历史运行数据信息中的异常值，并对所述异常值进行Lagrange插值法，实现对异常值进行填补；
S2.2、通过航班优先层级确定航班的最大偏移时间参数：从政策规则和运行效率两方面依次确定优先层级，其中，政策规则为第一层级，按照由高到低的顺序依次为历史航班时刻、历史调整航班时刻、新进入航空承运人时刻；运行效率为第二层级，按照由高到低的顺序依次为跑道拥堵并且走廊口拥堵、跑道拥堵或走廊口拥堵、放行正常率，在上述优先层级的基础上，求出航空公司的请求时间与实际分配的时间之间的最大可接受的范围，即为航班的最大偏移时间参数；
S2.3、按周一至周日7天分组，将历史运行数据信息分成7组，分别标记出每组数据是否为进场或离场数据，并分别统计出进场和离场的航班数量；
S2.4、在S2.3的基础上，分别统计出进场和离场各走廊口的航班数量，即各走廊口的通行能力。
3)利用上一年同航季的历史运行数据，计算航班时刻的运行效能，具体为，
S3.1、统计历史航班时刻执行率指标v1
利用上一年同航季的历史运行数据，统计上一年同航季航班时刻执行数量，计算平均执行率v1 *，则历史航班时刻执行率指标v1＝v1 *×100，对于无记录的航空承运人，其历史航班时刻执行率记录按照该机场上一个同航季执行率的80％计算；
S3.2、统计历史航班时刻正点率指标v2
利用上一年同航季的历史运行数据，统计机场上一年同航季航班时刻正点航班数量以及延误时间，计算机场的航班正点率v2 *和平均延误时间
Figure BDA0003582384770000111
则历史航班时刻正点率指标
Figure BDA0003582384770000112
对于无记录的航空承运人，历史航班时刻正点率记录以该机场前推一年同航季平均正点率和平均延误时间计算；
S3.3、统计历史航班时刻航空安全监管指标v3
此处航空安全监管指标主要指在中国境内上一个同航季的航空安全纪录，利用上一年同航季的历史运行数据，统计因航空承运人原因发生事故征候及以上的次数r以及飞行总架次N,则统计历史航班时刻航空安全监管指标v3为，
Figure BDA0003582384770000113
S3.4、确定航班时刻的运行效能v
对航班时刻执行率指标v1、航班正点率指标v2、以及航空安全监管指标v3三个运行指标进行加权平均，确定航班时刻的运行效能v，
v＝ε1v1+ε2v2+ε3v3 (2)
其中ε1为v1的权重参数，ε2为v2权重参数，ε3为v3权重参数。
4)构建基于运行效能的单机场航班时刻配置优化模型，具体为，
S4.1、定义决策变量
航班时刻分配过程中，对任意航班s，有两种分配情况，即已分配到某个时刻，或者未分配到某个时刻，而航班时刻优化的目的是给每个航班分配一个时刻，而且有且仅能分配一个。
设S表示所有航班号的集合，T表示所有时刻的集合，定义决策变量为
Figure BDA0003582384770000121
其中s∈S，t∈T；
S4.2、建立目标函数
从航空公司和管理者两者的角度出发，基于历史实际运行数据，在考虑运行效能条件下，以最小化偏离航空公司请求时间和航空公司间的相对公平性为目标，建立如下多目标函数，
min{f1,f2} (4)
其中，第一个目标函数f1为考虑运行效能条件下航空公司请求时间的最大平均偏移量，
Figure BDA0003582384770000122
其中，p为效能配置系数，是关于运行效能v的函数
Figure BDA0003582384770000123
p≥1，且为整数，
Sh为航空公司h的航班集合，|Sh|为航空公司h的航班量，ω1为全年无休时刻航班的权重，ω2为非全年无休时刻航班的权重，D为天数集合，ts为航班s的申请时间，
Figure BDA0003582384770000131
Figure BDA0003582384770000132
Figure BDA0003582384770000133
第二个目标函数f2表示航空公司间的相对公平性，即考虑运行效能条件下特定航空公司公平性与所有其他航空公司公平性偏差最大值最小化，
Figure BDA0003582384770000134
其中，
Figure BDA0003582384770000135
表示航空公司h的公平性度量，f1,h/F表示航空公司h的偏移量占比；|Sh|/|S|表示航空公司h的航班量占比，f1,h为航空公司h的偏移量，
Figure BDA0003582384770000136
为机场时刻的总偏移量，
Figure BDA0003582384770000137
为机场的总航班量，H为航空公司集合，|H|为航空公司数量，h′为区别于h的另一家航空公司，ρh′为航空公司h′的公平性度量；
S4.3、确定约束条件
航班时刻唯一性约束，保证每个航班在同一天同一机场只能分配一个时刻，
Figure BDA0003582384770000138
航班时刻最大调整时间约束，最优的航班时隙搜索需限定在一个合理范围之内，即航空公司请求时间与实际分配时间之间的偏移满足在最大可接受的范围内，因此，构建航班时刻的最大可偏移时间约束如下，
Figure BDA0003582384770000141
其中ξs为航班s的最大调整时间参数；在航班时刻优化配置中，最大调整时间参数的合理确定非常关键。若最大调整时间过小，导致部分高峰时段无法满足运行限制；反之，则航空公司的利益会收到损害，从而加大航班时刻协调的难度。
机场时刻滚动容量约束，为了避免在进离港处航班分布过密，机场每个小时的进港航班量和离港航班量必须限定在机场进离港时刻容量包络约束范围内，对时间区间长度为12的滚动容量进行约束(每个时刻的长度为5分钟，60分钟相当于12个时刻长度)：
Figure BDA0003582384770000142
其中αj,βj,γj是进离港时刻容量包络参数，J为机场容量包络线的条数，j为第j条机场容量包络线，Sd为出发航班集合，Sa为到达航班集合；
走廊口通行能力约束，保证单位时隙每个机场每个走廊口的航班量不超过该走廊口的容量限制，构建如下约束
(5)进场走廊口通行能力，
Figure BDA0003582384770000143
(6)离场走廊口通行能力，
Figure BDA0003582384770000144
其中
Figure BDA0003582384770000145
为机场进场走廊口q的最大容量，
Figure BDA0003582384770000146
为机场离场走廊口q的最大容量。
5)根据建立的优化模型，利用向量范数加权法构造评价函数，结合引入宽容阈值的分层序列法，得到考虑运行效能条件下的单机场航班时刻配置方法，具体为，
S5.1、利用引入宽容阈值的分层序列法将多目标问题的2个目标f1(x),f2(x)按其重要程度进行排序，依次求单目标规划的最优解，
S5.1.1分层序列的确定
针对单机场航班时刻优化问题，主要聚焦在确保机场运行基本限制下，从航空公司的利益出发来构建优化模型，即优先满足航空公司的请求时间，因此，将最小化偏离航空公司请求时间排在首位，其次关注航空公司之间的公平性，从而排序方案为(f1(x),f2(x))，
S5.1.2在分层序列下，引入宽容阈值δi(i＝1,2)，求对应单目标规划的最优解
先求解
Figure BDA0003582384770000151
得到单目标规划问题(P1)的最优解f1 0，记作W1＝{x|f1(x)≤f1 0+δ1}∩W，W为原解集，取δ1为预先给定的宽容值，避免单目标规划问题(P1)的解唯一时，问题(P2)的求解无意义，
再求解
Figure BDA0003582384770000152
得到单目标规划问题(P2)的最优解
Figure BDA0003582384770000153
记作
Figure BDA0003582384770000154
δ2为预先给定的宽容值，
则
Figure BDA0003582384770000155
是在分层序列意义下的最优解集合；
S5.2、利用向量范数加权法构造评价函数，
Figure BDA0003582384770000156
θ≥1且取整数 (12)
其中λi为权重系数，且λi＞0，i＝1,2，
Figure BDA0003582384770000161
fi 0为第i个单目标规划的最优解；
S5.3、求解如下单目标规划模型，
Figure BDA0003582384770000163
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)分别读入机场待优化航季所有航班的计划信息以及上一年同航季的历史运行数据信息；
2)对上一年同航季的历史运行数据信息进行预处理；
3)利用上一年同航季的历史运行数据，计算航班时刻的运行效能；
4)构建基于运行效能的单机场航班时刻配置优化模型；
5)根据建立的优化模型，利用向量范数加权法构造评价函数，结合引入宽容阈值的分层序列法，得到考虑运行效能条件下的单机场航班时刻配置方法。
2.根据权利要求1所述的一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，其特征在于：所述步骤1)中，待优化航季所有航班的计划信息包括航班号、起飞机场、落地机场、计划起飞时间、计划落地时间、机型，上一年同航季的历史运行数据信息包括航班号、实际起飞时间、计划落地时间、运营日。
3.根据权利要求1所述的一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，其特征在于：所述步骤2)对上一年同航季的历史运行数据信息进行预处理，具体为，
S2.1、对历史运行数据信息的无效值进行处理，然后利用箱线图找出历史运行数据信息中的异常值，并对所述异常值进行Lagrange插值法，实现对异常值进行填补；
S2.2、通过航班优先层级确定航班的最大偏移时间参数；
S2.3、按周一至周日7天分组，将历史运行数据信息分成7组，分别标记出每组数据是否为进场或离场数据，并分别统计出进场和离场的航班数量；
S2.4、在S2.3的基础上，分别统计出进场和离场各走廊口的航班数量，即各走廊口的通行能力。
4.根据权利要求3所述的一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，其特征在于：所述步骤S2.2通过航班优先层级确定航班的最大偏移时间参数，具体为，
从政策规则和运行效率两方面依次确定优先层级，其中，政策规则为第一层级，按照由高到低的顺序依次为历史航班时刻、历史调整航班时刻、新进入航空承运人时刻；运行效率为第二层级，按照由高到低的顺序依次为跑道拥堵并且走廊口拥堵、跑道拥堵或走廊口拥堵、放行正常率，在上述优先层级的基础上，求出航空公司的请求时间与实际分配的时间之间的最大可接受的范围，即为航班的最大偏移时间参数。
5.根据权利要求3或4所述的一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，其特征在于：所述步骤3)利用上一年同航季的历史运行数据，计算航班时刻的运行效能，具体为，
S3.1、统计历史航班时刻执行率指标v1
利用上一年同航季的历史运行数据，统计上一年同航季航班时刻执行数量，计算平均执行率v1 *，则历史航班时刻执行率指标v1＝v1 *×100，对于无记录的航空承运人，其历史航班时刻执行率记录按照该机场上一个同航季执行率的80％计算；
S3.2、统计历史航班时刻正点率指标v2
利用上一年同航季的历史运行数据，统计机场上一年同航季航班时刻正点航班数量以及延误时间，计算机场的航班正点率v2 *和平均延误时间
Figure FDA0003582384760000021
则历史航班时刻正点率指标
Figure FDA0003582384760000022
对于无记录的航空承运人，历史航班时刻正点率记录以该机场前推一年同航季平均正点率和平均延误时间计算；
S3.3、统计历史航班时刻航空安全监管指标v3
利用上一年同航季的历史运行数据，统计因航空承运人原因发生事故征候及以上的次数r以及飞行总架次N,则统计历史航班时刻航空安全监管指标v3为，
Figure FDA0003582384760000031
S3.4、确定航班时刻的运行效能v
对航班时刻执行率指标v1、航班正点率指标v2、以及航空安全监管指标v3三个运行指标进行加权平均，确定航班时刻的运行效能v，
v＝ε1v1+ε2v2+ε3v3 (2)
其中ε1为v1的权重参数，ε2为v2权重参数，ε3为v3权重参数。
6.根据权利要求5所述的一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，其特征在于：所述步骤4)构建基于运行效能的单机场航班时刻配置优化模型，具体为，
S4.1、定义决策变量
航班时刻分配过程中，对任意航班s，有两种分配情况，即已分配到某个时刻，或者未分配到某个时刻，
设S表示所有航班号的集合，T表示所有时刻的集合，定义决策变量为
Figure FDA0003582384760000032
其中s∈S，t∈T；
S4.2、建立目标函数
从航空公司和管理者两者的角度出发，基于历史实际运行数据，在考虑运行效能条件下，以最小化偏离航空公司请求时间和航空公司间的相对公平性为目标，建立如下多目标函数，
min{f1,f2} (4)
其中，第一个目标函数f1为考虑运行效能条件下航空公司请求时间的最大平均偏移量，
Figure FDA0003582384760000041
其中，p为效能配置系数，是关于运行效能v的函数
Figure FDA0003582384760000042
且为整数，
Sh为航空公司h的航班集合，|Sh|为航空公司h的航班量，ω1为全年无休时刻航班的权重，ω2为非全年无休时刻航班的权重，D为天数集合，ts为航班s的申请时间，
Figure FDA0003582384760000043
Figure FDA0003582384760000044
Figure FDA0003582384760000045
第二个目标函数f2表示航空公司间的相对公平性，即考虑运行效能条件下特定航空公司公平性与所有其他航空公司公平性偏差最大值最小化，
Figure FDA0003582384760000051
其中，
Figure FDA0003582384760000052
表示航空公司h的公平性度量，f1,h/F表示航空公司h的偏移量占比；|Sh|/|S|表示航空公司h的航班量占比，f1,h为航空公司h的偏移量，
Figure FDA0003582384760000053
为机场时刻的总偏移量，
Figure FDA0003582384760000054
为机场的总航班量，H为航空公司集合，|H|为航空公司数量，h′为区别于h的另一家航空公司，ρh′为航空公司h′的公平性度量；
S4.3、确定约束条件
航班时刻唯一性约束，保证每个航班在同一天同一机场只能分配一个时刻，
Figure FDA0003582384760000055
航班时刻最大调整时间约束，航空公司请求时间与实际分配时间之间的偏移满足在最大可接受的范围内，
Figure FDA0003582384760000056
其中ξs为航班s的最大调整时间参数；
机场时刻滚动容量约束，避免在进离港处航班分布过密对时间区间长度为12的滚动容量进行约束，
Figure FDA0003582384760000057
其中αj,βj,γj是进离港时刻容量包络参数，J为机场容量包络线的条数，j为第j条机场容量包络线，Sd为出发航班集合，Sa为到达航班集合；
走廊口通行能力约束，保证单位时隙每个机场每个走廊口的航班量不超过该走廊口的容量限制，
(1)进场走廊口通行能力，
Figure FDA0003582384760000061
(2)离场走廊口通行能力，
Figure FDA0003582384760000062
其中
Figure FDA0003582384760000063
为机场进场走廊口q的最大容量
Figure FDA0003582384760000064
为机场离场走廊口q的最大容量。
7.根据权利要求6所述的一种考虑运行效能的单机场航班时刻配置方法，其特征在于：所述步骤5)根据建立的优化模型，利用向量范数加权法构造评价函数，结合引入宽容阈值的分层序列法，得到考虑运行效能条件下的单机场航班时刻配置方法，具体为，
S5.1、利用引入宽容阈值的分层序列法将多目标问题的2个目标f1(x),f2(x)按其重要程度进行排序，依次求单目标规划的最优解，
S5.1.1分层序列的确定
针对单机场航班时刻优化问题，优先满足航空公司的请求时间，将最小化偏离航空公司请求时间排在首位，其次关注航空公司之间的公平性，从而排序方案为(f1(x),f2(x))，
S5.1.2在分层序列下，引入宽容阈值δi(i＝1,2)，求对应单目标规划的最优解
先求解
Figure FDA0003582384760000071
得到单目标规划问题(P1)的最优解f1 0，记作
Figure FDA0003582384760000072
W为原解集，取δ1为预先给定的宽容值，避免单目标规划问题(P1)的解唯一时，问题(P2)的求解无意义，
再求解
Figure FDA0003582384760000073
得到单目标规划问题(P2)的最优解
Figure FDA0003582384760000074
记作
Figure FDA0003582384760000075
δ2为预先给定的宽容值，
则
Figure FDA0003582384760000076
是在分层序列意义下的最优解集合；
S5.2、利用向量范数加权法构造评价函数，
Figure FDA0003582384760000077
其中λi为权重系数，且λi＞0，i＝1,2，
Figure FDA0003582384760000078
fi 0为第i个单目标规划的最优解；
S5.3、求解如下单目标规划模型，
Figure FDA0003582384760000079
Figure FDA00035823847600000710
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115640878A (zh) * 2022-09-30 2023-01-24 南京航空航天大学 用于机场航班时刻优化的树型防火墙容量配置方法
CN117422208A (zh) * 2023-12-18 2024-01-19 南京莱斯信息技术股份有限公司 跨境航班协调国内机场无可用时隙时分配建议时刻的方法

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