一种基于指标树的鲁棒性机场机位分配方法、系统及介质与流程

本发明涉及航空，具体而言，涉及一种基于指标树的鲁棒性机场机位分配方法、系统及介质。

背景技术：

1、航班从降落再到起飞的过程中，需要进行机位分配，使得航班能够顺利停靠在机位上进行旅客和货物的装卸，以及完成一系列的地面保障任务。航班机位分配的目标是最大化地利用机场资源，避免拥堵和冲突，保障航班的正常运行，合理的机位分配可以提高地面服务效率，提升旅客和货物的服务质量，提高机场的运行效率和安全性。

2、现有机位分配技术多根据机场的机位分配原则建立数学规划模型，机位分配模型的优化目标根据人工经验决定，根据航班计划时刻建立机位分配的各项约束条件，通过求解器求解得到机位分配结果。该现有机位分配技术至少存在以下缺陷：(1)未考虑航班时刻的波动性，在机场实际运行中航班停靠机位的时间会根据航班时刻的波动而产生波动，可能导致原分配在某个机位的航班与其他航班产生冲突，导致该航班无法停靠，影响航班正常运行；(2)无法协同考虑机位分配的多项目标，现有技术中机位分配数学规划模型的优化目标由人工经验决定，然而实际情况下，机位分配往往需要同时考虑多个目标，如机场容量利用、航班准点率、旅客服务质量等，现有技术很难有效地协同考虑这些目标，缺乏综合考虑不同利益相关者的需求和利益。

3、因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的机位分配方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于指标树的鲁棒性机场机位分配方法、系统及介质，将多个机位分配指标进行层次化和综合，构建指标树，从而实现对多个指标的协同考虑；能够降低机位分配方案对于航班时刻不确定性的敏感性，从而提高机位分配方案的可靠性和稳定性，从而提高机场的运行效率。

2、本发明的实施例通过以下技术方案实现：一种基于指标树的鲁棒性机场机位分配方法，包括如下步骤：

3、将航班运行数据输入统计模型中，得到航班分配至同一机位的时间冲突概率，所述航班运行数据包括航班计划起降时刻以及实际起降时刻；

4、基于机位分配规则，以航班与机位分配的权重最大化、机位冲突的概率最小化为目标，建立基于随机规划的机位分配多目标混合整数规划模型，所述机位分配规则包括航班约束规则、机位约束规则以及航班与机位的匹配约束规则；

5、构建以所述航班与机位分配的权重最大化、机位冲突的概率最小化为根节点的指标树，基于专家经验确定各根节点的下属子节点并为各子节点设置权重值；

6、采用启发式搜索，基于机位分配历史数据搜索得到指标树参数，所述指标树参数表征航班与机位分配的权重，所述航班与机位分配的权重为航班与机位在指标树中所对应的子节点权重之和；

7、将航班计划、所述指标树参数作为机位分配的多目标混合整数规划模型的输入，求解得到机位分配方案。

8、根据一种优选实施方式，所述航班分配至同一机位的时间冲突概率的计算表达式如下：

9、

10、上式中，表示航班in和航班im分配至同一机位时间冲突的概率，in，im＝0，...，n-1，表示航班in开始停靠时间，tdn，m表示航班in和航班im的最短时间间隔，表示航班im开始停靠时间，表示航班in结束停靠时间，表示航班im结束停靠时间。

11、根据一种优选实施方式，所述机位分配多目标混合整数规划模型的目标函数表达式如下：

12、

13、

14、上式中，wi，j表示第i个航班与第j个机位的匹配权重，xi，j表示0-1变量，表示若第i个航班分配到第j个机位，则为1，否则为0，wi表示对于第i个航班，根据航班停靠机位的时刻，除计划时间已有冲突外可能存在时间冲突的航班集合，i′表示与第i个航班可能有时间冲突的航班，pi，i，表示第i个航班和第i′个航班分配至同一机位时间冲突的概率，xi，，j表示0-1变量，表示第i′个航班是否分配到第j个机位。

15、根据一种优选实施方式，所述航班与机位分配的权重的计算表达式如下：

16、

17、上式中，k表示指标树第k个子节点，μk表示指标树中第k个子节点的权重，表示第i个航班与第j个机位在第k个子节点的匹配属性。

18、根据一种优选实施方式，所述采用启发式搜索，基于机位分配历史数据搜索得到指标树参数，具体包括：

19、在机位分配结果与机位分配历史记录差异最小的情况下，使用包括但不限于遗传算法、蚁群算法其中之一为每个航班分配机位，得到机位分配方案及与该机位分配方案相对应的指标树参数。

20、根据一种优选实施方式，所述航班与机位分配的权重最大化根节点下的子节点包括航班权重、机位权重以及航班与机位的匹配权重；

21、所述航班权重的子节点包括：是否vip航班、航班机型等级、国际/国内航班以及过站时间；

22、所述机位权重的子节点包括：机位属性以及机位登机口属性，其中，所述机位属性的子节点包括：近机位、远机位、临时机位、是否组合机位以及距离；

23、所述航班与机位的匹配权重的子节点包括：机型容量匹配以及机位优选规则，其中，所述机位优选规则的子节点包括：航空公司、航线、机型以及出港时间；

24、所述机位冲突的概率最小化根节点下的子节点包括滑行道冲突、靠桥率偏移以及缓压机位；

25、根据一种优选实施方式，所述机位分配结果与机位分配历史记录差异最小的表达式如下：

26、

27、上式中，θi，j表示机位分配历史记录中第i个航班停靠在第j个机位的频率。

28、根据一种优选实施方式，所述机位分配规则如下：

29、航班约束规则：每一个航班只能被分配到唯一的机位上：

30、

31、机位约束规则：同一时间，同一个机位上最多可停放一个航班，前后航班进出同一机位之间应保留一定的时间间隔：

32、

33、上式中，ti表示对于第i个航班，根据航班停靠机位的时刻和前后航班进出同一机位之间的时间间隔筛选出的有时间冲突的航班集合；

34、航班与机位的匹配约束规则：航班的机型、任务、属性、停靠时间需要与机位的可容纳机型、支持的任务、属性、开放时间相匹配：

35、

36、上式中，sj表示对于第j个机位，根据机位的可容纳机型、支持的任务、属性、开放时间筛选出的不匹配的航班集合。

37、本发明还提供一种基于指标树的鲁棒性机场机位分配系统，应用到如上述所述的方法，包括：

38、第一处理模块，用于将航班运行数据输入统计模型中，得到航班分配至同一机位的时间冲突概率，所述航班运行数据包括航班计划起降时刻以及实际起降时刻；

39、第二处理模块，用于基于机位分配规则，以航班与机位分配的权重最大化、机位冲突的概率最小化为目标，建立基于随机规划的机位分配多目标混合整数规划模型，所述机位分配规则包括航班约束规则、机位约束规则以及航班与机位的匹配约束规则；

40、第三处理模块，用于构建以所述航班与机位分配的权重最大化、机位冲突的概率最小化为根节点的指标树，基于专家经验确定各根节点的下属子节点并为各子节点设置权重值；

41、第四处理模块，用于采用启发式搜索，基于机位分配历史数据搜索得到指标树参数，所述指标树参数表征航班与机位分配的权重，所述航班与机位分配的权重为航班与机位在指标树中所对应的子节点权重之和；

42、第五处理模块，用于将航班计划、所述指标树参数作为机位分配的多目标混合整数规划模型的输入，求解得到机位分配方案。

43、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的方法。

44、本发明实施例一种基于指标树的鲁棒性机场机位分配方法、系统及介质的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本发明通过引入航班时刻的波动性，能够有效降低因航班时刻波动引起的机位冲突，提高了机位分配方案的鲁棒性，使机位分配方案更具有应对突发情况的能力，更好地适应航班的变化，减少了因时间变动而导致的影响；本发明以指标树的形式协同考虑多项目标，融合机场运行专家经验，使得指标树更加符合实际机场运行的需求和特点，提高了指标树的可信度和适用性。