一种面向同机位冲突优化的停机位预分配方法

本发明涉及交通运输系统优化领域，具体为一种面向同机位冲突优化的停机位预分配方法。

背景技术：

1、在航班执行过程中，天气、系统故障或交通管制等因素经常对预先的停机位分配方案产生干扰，造成航班拥堵和延误，严重时会导致停机位冲突，引发连锁影响。因此，停机位预分配方案需要具有鲁棒性，能吸收航班时刻在实际运行中的微小变化。

2、针对在航班计划实际执行过程中的不确定因素造成同机位连续航班进离港时间重叠、进而使停机位实际分配偏离预分配方案的问题，目前的技术主要倾向于为连续航班分配固定的缓冲时间，以应对延误对停机位分配的影响。但缓冲时间是一个冗余时间，在正常运行条件下不会被充分利用，导致机位利用率下降。现有技术忽略了机场实际运行时必须满足的要求，未考虑机坪运行规则限制和航空器的运行时间偏差，这会导致机坪内冲突风险加剧，影响机场运行安全。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种面向同机位冲突优化的停机位预分配方法，能够在预战术阶段将实时运行时的随机因素纳入机位调度的模型框架，提高停机位预分配方案的鲁棒性，从而使停机位预分配方案更贴近实际分配方案，实现三方利益的协同和运行效率与安全的协同。

2、为达到上述目的，本发明的实施采用如下技术方案：

3、本发明实施例提供一种面向同机位冲突优化的停机位预分配方法，所述方法考虑航班计划的不确定性，将抗干扰优化作为研究重点，着眼于单一停机位的运行冲突对停机位预分配方法进行优化，确保兼顾三方利益的同时，最大限度地从同机位运行角度提高分配方案的鲁棒性。一种面向同机位冲突优化的停机位预分配方法，其特征在于，所述分配方法包括以下步骤：

4、s1，对航班上轮挡时刻偏差与撤轮档时刻偏差的概率分布进行曲线拟合；

5、s2，计算同机位预期航班冲突值；

6、s3，结合冲突等待成本损失，计算同机位预期航班冲突权重系数；

7、s4，针对在一进一离、一离一进、同时进港、同时离港四种情境下，将多停机位组合成区域机位，引入多停机位共用同一滑行路径约束，得到针对复杂机坪的运行模式设计的约束条件；

8、s5，根据实际分配要求和复杂机坪的运行模式设计约束条件，针对最小化考虑成本损失的同机位预期航班冲突值、使用远机位的航班数量和旅客步行距离三个目标函数，构建基于预期航班冲突的停机位预分配优化模型；

9、s6，设计nsga-ⅱ算法求解所述基于预期航班冲突的停机位预分配优化模型。

10、进一步的，所述概率密度函数通过以下方式得到：

11、引入广义极值分布、t location-scale分布和对数正态分布等三种代表性非线性曲线函数，基于机场的进离港航班计划数据与实际运行数据，分别对进港航班上轮挡时刻、离港航班撤轮挡时刻的偏差分布进行拟合，得到的概率密度函数曲线。

12、进一步的，所述s2具体为：

13、设定进港航班i和离港航班j分配到同一停机位k，且航班i在航班j之前到达k停机位；其中，tschd(i)和tactd(i)分别为航班i的计划撤轮挡时刻、实际撤轮挡时刻，tscha(j)和tacta(j)分别为航班j的计划上轮挡时刻、实际上轮挡时刻；tdlyd(i)为航班i的撤轮挡时刻偏差、tdlya(j)为航班j的上轮挡时刻偏差；定义当tactd(i)与tacta(j)重叠发生潜在冲突；则同机位预期航班冲突值的表达式为：

14、

15、进一步的，考虑成本损失的同机位预期航班冲突值为：

16、

17、进一步的，所述针对复杂机坪的运行模式设计的约束条件为：

18、

19、

20、

21、

22、其中，式(10)表示航班i的进入机位时刻与和其处于同一机位滑行通道路径的航班j的推出时刻应当不小于最小安全时间间隔β；式(11)表示航班i的推出时刻与和其处于同一机位滑行通道路径的航班j的进入机位时刻应不小于最小安全时间间隔β；式(12)和式(13)分别表示航班i与和其处于同一机位滑行通道路径的航班j不能同时进入或同时推出停机位，相差时间应不小于最小安全时间间隔β。

23、进一步的，所述s5中的三个目标函数包含：

24、将上述同机位预期航班冲突值作为成本损失，设定最小化成本损失为目标之一，其表达式为：

25、

26、用分配到远机位的航班数量来替代靠桥率设计目标函数：

27、

28、式中，gr为远机位集合，yik为0-1决策变量，描述航班i是否被预分配到停机位k；

29、从旅客步行距离方面建立目标函数：

30、

31、式中，fij·dkl·yik·yjl为中转旅客从前一航班i的停机位k经过中转柜台步行到后一航班j的停机位l的距离，为航班i的离港旅客从安检处走到停机位k之间的距离，为航班i的进港旅客从停机位k走到行李提取处之间的距离。

32、进一步的，所述约束条件包含：

33、

34、

35、

36、

37、

38、

39、

40、

41、

42、

43、yik∈{0,1},1≤i≤n,1≤k≤m  (27)

44、

45、上述约束中，式(17)为唯一性约束，表示每个航班能且仅能指派一个停机位；式(18)为排他约束，确保一个停机位每次最多只能服务于一个航班；式(19)为航班-停机位类型匹配约束，其中s是一个极大的数；式(20)为同机位安全时间间隔约束，为避免机位冲突，应保证被分配到同一停机位上的两个相邻航班占用机位的时间不发生重叠且满足一定的时间间隔，r是一个极大的数；式(21)为强制性约束，表示过站时间超过4h的航班均被指派到远机位；式(22)为航空公司停机位匹配约束，表示将指定航空公司的航班分配到对应的停机位；式(23)-(26)为多停机位共用同一滑行路径约束，表示一进一离、一离一进、同时进港、同时离港四种情境中，针对具有相同进离港航班滑行路径的停机位会受到规则限制彼此影响的情况；式(27)和式(28)为0-1变量约束，对变量类型进行限制。

46、有益效果：

47、本发明实施例提供的一种面向同机位冲突优化的停机位预分配协同优化方法，考虑航班计划的不确定性，将抗干扰优化作为研究重点，从同机位运行角度出发，构建基于预期航班冲突的停机位预分配优化模型，设计nsga-ii进行多目标优化，旨在确保兼顾三方利益的同时，最大限度地从同机位运行角度提高分配方案的鲁棒性。构建停机位预分配优化模型，相对于现有技术，本发明实施例提供了面向同机位冲突优化的停机位预分配方法，有效解决了停机位资源冗余、准确性和全面性仍有不足等问题，突破了传统的优化方法中不能有效同时满足运行效率和安全协同的局限，从而提高了停机位预分配优化方法的可靠性。