CN115907373B - 中小型机场快速调度飞机的方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中小型机场快速调度飞机的方法、系统、设备及存储介质，方法包括获取机场资源数据与飞机状态数据；对机场资源数据进行预处理；根据机场资源数据和飞机状态数据建立机场资源调度模型；由机场资源调度模型得到机场资源的调度方案并输出。通过对机场资源数据与飞机状态数据进行处理，建立机场资源调度模型，能够在极短的时间内找到使所有救援飞机近似最优或最优的调度方案，极大的提高了整个灾害救援的效率，为争取更多的救援时间提供了保障。通过计算出使跑道的每个空闲时间最小的方案，依次选择满足条件的飞机进行降落，停放在可用时间最早的停机位上，先完成的飞机离开，解决了灾害中救援时中小型机场对飞机进行合理调度的问题。

Description

中小型机场快速调度飞机的方法、系统、设备及存储介质

技术领域

本发明属于数据处理技术领域，涉及一种中小型机场快速调度飞机的方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

黄金72小时是地质灾害发生后的黄金救援期，此段时间被救出灾民的存活率最高。然而，由于地质灾害的破坏，公路以及港口等基础交通设施已遭受严重损毁，在道路修复前救援队伍及物资难以通过地面运输迅速投送灾区，特别是在边远的山区或者海岛上。此时，航空运输成为了生命救援的重要通道。然而，大批即将运抵的救援物资却给平日吞吐量较小的灾区机场带来了空前的压力。作为救援队伍投送、伤员转移以及救援物资运输的核心交通枢纽，无数案例揭示了机场在灾害救援中的难以替代的作用。因此，制定高效的航空物流运输计划及机场调度方案使物资迅速运抵灾区是救援工作顺利开展的重要前提保障，具有重要的实际应用价值。

任一架转运的飞机在机场上都需完成3个操作：经机场的跑道进行降落，在停机位上进行停放，以及经机场的跑道起飞。影响机场运行效率(即机场吞吐量)最大的因素就是跑道上起、降飞机时间和顺序的合理安排，以及飞机降落后和起飞前停放时间、位置的安排。

目前，机场的航空调度研究主要关注机场在日常运行中跑道时段、机位等资源的分配问题，其中，航班进出港调度(flight landing and departure scheduling)通常以航班到达与出发时间表为基础，以航班延迟最小或总时间最短为目标，确定最佳近港区域(near terminal area)航班的跑道时段分配方案和着陆顺序，机位调度(gatescheduling)则根据航班进出港时间表，以方便顾客上下航班、进出机场为目标，合理分配航班机位。此外，常规机场地面作业调度研究的特点是面向交通流量大的大中型机场，以航班进港和出港时间表为基础，通常只考虑着陆或机位分配等单一作业，而灾害救援小型机场调度则必须在没有航班计划的条件下，统筹飞机起降、货物装卸等多项地面作业安排。

此外，针对中小型机场运行的瓶颈-停机位固定且有限，可行的扩容方案是给定停机场面积，同时考虑该区域在时间和空间的分配，然而，尚未发现相关的机场地面作业调度研究。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中没有针对中小型机场对于灾害救援飞机调度方案的问题，提供一种中小型机场快速调度飞机的方法、系统、设备及存储介质。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

中小型机场快速调度飞机的方法，包括以下步骤：

获取机场资源数据与飞机状态数据；

对机场资源数据进行预处理；

根据机场资源数据和飞机状态数据建立机场资源调度模型；

由机场资源调度模型得到机场资源的调度方案并输出。

本发明的进一步改进在于：

所述机场资源数据包括机场的停机位数量和飞机数量；所述飞机状态数据包括飞机的起飞所需时间、降落所需时间和装卸载所需时间。

所述对机场资源数据进行预处理是按照飞机的装卸载时间对每架飞机进行预先排序，获取待调度飞机的序列，得到待调度列表。

所述建立机场资源调度模型具体包括以下步骤：

判断待调度飞机数量是否大于机场的停机位数量；

如果待调度飞机数量大于机场的停机位数量，计算并找到产生最小空闲时间idle_i的组合，根据所选组合中的飞机匹配相应的停机位，重新判断待调度飞机数量是否大于机场的停机位数量，直至待调度飞机数量等于机场的停机位数量，剩余待调度的飞机匹配相应的停机位，然后按照先完成先起飞的规则起飞飞机；

如果待调度飞机数量小于或者等于机场的停机位数量时，根据待调度列表中的飞机匹配相应的停机位，然后按照先完成先起飞的规则起飞飞机；

得到机场资源调度模型。

所述待调度飞机匹配相应的停机位后，对应的跑道在该飞机停放期间处于工作状态的最小时间具体表示为：

其中，m表示机场的停机位数量，n表示飞机数量，p表示降落时间，q表示起飞时间，k表示飞机降落次序，l表示飞机起飞次序。

所述最小空闲时间idle_i具体通过以下表达式计算：

其中，表示第i个降落的飞机停放期间，跑道上除最后一个空闲时间外的所有空闲时间。

所述机场资源的调度方案包括飞机的降落时间、降落顺序、降落位置、起飞时间和起飞顺序。

中小型机场快速调度飞机的系统，包括以下模块：

数据采集模块，所述数据采集模块用于获取机场资源数据与飞机状态数据；

数据预处理模块，所述数据预处理模块用于根据飞机的状态数据对机场资源数据进行预处理；

数据分析及处理模块，所述数据分析及处理模块根据机场资源数据和飞机状态数据建立机场资源调度模型；

结果输出模块，所述结果输出模块用于由机场资源调度模型得到机场资源的调度方案并输出。

一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前项任一项所述方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前项任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出了一种中小型机场快速调度飞机的方法，通过对机场资源数据与飞机状态数据进行处理，建立机场资源调度模型，能够在极短的时间内找到使所有救援飞机近似最优或最优的调度方案，极大的提高了整个灾害救援的效率，为争取更多的救援时间提供了保障。

进一步的，通过救援机场以及救援飞机的特点计算出使跑道的每个空闲时间最小的方案，然后依次选择满足条件的飞机进行降落，停放在可用时间最早的停机位上，先完成的飞机离开，解决了灾害中救援时中小型机场对飞机进行合理调度的问题。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的中小型机场快速调度飞机的方法流程图；

图2为本发明的中小型机场快速调度飞机的系统模块示意图；

图3为中小型机场单跑道机场调度示意图；

图4为空闲时间idle_i及idle_i ^s的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，为本发明中小型机场快速调度飞机的方法流程图，具体包括以下步骤：

S1，获取机场资源数据与飞机状态数据。

机场资源数据包括机场的停机位数量和飞机数量，飞机状态数据包括飞机的起飞时间、降落时间和装卸载时间。

S2，对机场资源数据进行预处理。

按照飞机的装卸载时间对每架飞机进行预先排序，获取待调度飞机的序列，得到待调度列表。

S3，根据机场资源数据和飞机状态数据建立机场资源调度模型。

判断待调度飞机数量是否大于机场的停机位数量；

如果待调度飞机数量大于机场的停机位数量，计算并找到产生最小空闲时间idle_i的组合(该组合中包括所选飞机，及其起降顺序)，根据所选组合中的飞机匹配相应的停机位，然后重新判断待调度飞机数量是否大于机场的停机位数量，直至待调度飞机数量等于机场的停机位数量，对剩余待调度的飞机匹配相应的停机位，然后按照先完成先起飞(First-Finished-First-Takeoff)的规则起飞飞机；

如果待调度飞机数量小于或者等于机场的停机位数量时，根据待调度列表中的飞机匹配相应的停机位，然后按照先完成先起飞(First-Finished-First-Takeoff)的规则起飞飞机；

得到机场资源调度模型。

S4，由机场资源调度模型得到机场资源的调度方案并输出。

机场资源的调度方案包括飞机的降落时间、降落顺序、降落位置、起飞时间和起飞顺序。

参见图2，为本发明中小型机场快速调度飞机的系统模块图，具体包括以下模块：

数据采集模块，所述数据采集模块用于获取机场资源数据与飞机状态数据；

数据预处理模块，所述数据预处理模块用于根据飞机的状态数据对机场资源数据进行预处理；

数据分析及处理模块，所述根据机场资源数据和飞机状态数据建立机场资源调度模型；

结果输出模块，所述结果输出模块用于由机场资源调度模型得到机场资源的调度方案并输出。

本发明中的中小型机场快速调度飞机的方法，通过对机场资源数据与飞机状态数据进行处理，建立机场资源调度模型，能够在极短的时间内找到使所有救援飞机近似最优或最优的调度方案，极大的提高了整个灾害救援的效率，为争取更多的救援时间提供了保障。通过救援机场以及救援飞机的特点计算出使跑道的每个空闲时间最小的方案，然后依次选择满足条件的飞机进行降落，停放在可用时间最早的停机位上，先完成的飞机先离开，解决了灾害救援时中小型机场对飞机进行合理调度的问题。

参见图3，为中小型机场单跑道机场调度示意图，在得到救援机场及待救援飞机的数据后，其中包括救援机场的停机位数量m，待救援飞机数量n，每个待救援飞机降落时在跑道上的操作时间p，每个待救援飞机起飞时在跑道上的操作时间q，每个待救援飞机i在停机位上的装卸载时间t_i，首先根据待救援飞机停机位上的装卸载时间由小到大对所有飞机做预排序，得到待调度飞机的序列。

依次选择合适的飞机降落。根据式(1)和式(2)依次计算所有飞机在不同位置进入(第k个进入)，第1(第l个离开)个离开时对跑道产生的空闲时间。找出使第一个空闲时间最小的组合，其组合中的飞机即为第1个降落的飞机，并且从待调度的飞机序列中删除该飞机。

其中，k表示飞机降落次序，l表示飞机起飞次序，参见图4，表示第i个降落的飞机停放期间，跑道上除最后一个空闲时间外的所有空闲时间。

依次为所有待救援分配停机位，每架飞机降落后选择空闲时间最早的停机位进行停放。

依次选择合适的飞机起飞，最早完成装卸载的飞机最早从机位上起飞离开，若此时的单跑道正在占用，则该飞机继续在停机位上等待，直至跑道空闲为止。该飞机离后立刻选择下一个进行降落的飞机，重复以上步骤。

直到最后剩下m个救援飞机没有加入调度方案，将剩余的救援飞机按照其装卸载时间由大到小进行重新排序。

依次为后m个待调度飞机分配起降顺序及停放位置：剩下的待调度飞机中装卸载时间最长的飞机降落，停放在可用时间最早的停机位上；剩下的待调度飞机中装卸载时间第二长的飞机降落，然后停放在可用时间第二早的停机位上。重复执行m次以上步骤。然后，最早完成装卸载的飞机最早从机位上起飞离开，若此时的单跑道正在占用，则该飞机继续在停机位上等待，直至跑道空闲为止。

经过以上步骤的实施，可为所有待调度的救援飞机安排降落顺序、降落时间、停放位置、停放时间、起飞顺序、起飞时间，最终得到所有救援飞机的调度方案。

本发明一实施例提供一种终端设备。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个小型机场快速调度飞机方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。

所述小型机场快速调度飞机装置/终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述小型机场快速调度飞机装置/终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。

所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述中小型机场快速调度飞机装置/终端设备的各种功能。

所述小型机场快速调度飞机装置/终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.中小型机场快速调度飞机的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取机场资源数据与飞机状态数据；

对机场资源数据进行预处理；

根据机场资源数据和飞机状态数据建立机场资源调度模型；

由机场资源调度模型得到机场资源的调度方案并输出；

其中，所述机场资源数据包括机场的停机位数量和飞机数量；所述飞机状态数据包括飞机的起飞所需时间、降落所需时间和装卸载所需时间；

所述对机场资源数据进行预处理是按照飞机的装卸载时间对每架飞机进行预先排序，获取待调度飞机的序列，得到待调度列表；

所述建立机场资源调度模型具体包括以下步骤：

判断待调度飞机数量是否大于机场的停机位数量；

如果待调度飞机数量大于机场的停机位数量，计算并找到产生最小空闲时间idle _i的组合，根据所选组合中的飞机匹配相应的停机位，重新判断待调度飞机数量是否大于机场的停机位数量，直至待调度飞机数量等于机场的停机位数量，剩余待调度的飞机匹配相应的停机位，然后按照先完成先起飞的规则起飞飞机；

如果待调度飞机数量小于或者等于机场的停机位数量时，根据待调度列表中的飞机匹配相应的停机位，然后按照先完成先起飞的规则起飞飞机；

得到机场资源调度模型；

所述待调度飞机匹配相应的停机位后，对应的跑道在该飞机停放期间处于工作状态的最小时间具体表示为：

其中，m表示机场的停机位数量，n表示飞机数量，p表示降落时间，q表示起飞时间，k表示飞机降落次序，l表示飞机起飞次序；

所述最小空闲时间idle _i具体通过以下表达式计算：

其中，表示第i个降落的飞机停放期间，跑道上除最后一个空闲时间外的所有空闲时间。

2.如权利要求1所述的中小型机场快速调度飞机的方法，其特征在于，所述机场资源的调度方案包括飞机的降落时间、降落顺序、降落位置、起飞时间和起飞顺序。

3.中小型机场快速调度飞机的系统，其特征在于，采用权利要求1~2中任意一项所述的中小型机场快速调度飞机的方法，包括以下模块：

数据采集模块，所述数据采集模块用于获取机场资源数据与飞机状态数据；

数据预处理模块，所述数据预处理模块用于根据飞机的状态数据对机场资源数据进行预处理；

数据分析及处理模块，所述数据分析及处理模块根据机场资源数据和飞机状态数据建立机场资源调度模型；

结果输出模块，所述结果输出模块用于由机场资源调度模型得到机场资源的调度方案并输出。

4.一种设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-2任一项所述方法的步骤。

5.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-2任一项所述方法的步骤。