[發(fā)明專利]一種基于資源受限條件下的停機(jī)位分配多目標(biāo)優(yōu)化方法

在審

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• 申請日: 2021-07-28
• 公開（公告）號: CN113570247A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙征;胡莉;馮事成;宋梅雯;李昌城;江斌;楊磊
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06F30/20;G06Q10/04;G06Q50/26;G06F111/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

1.一種基于資源受限條件下的停機(jī)位分配多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)研究場面停機(jī)位分配流程，確定停機(jī)位分配過程中的關(guān)鍵資源；研究停機(jī)位分配過程中的綜合效能指標(biāo)，并對關(guān)鍵指標(biāo)用進(jìn)行詳細(xì)分析；基于選取的關(guān)鍵效能指標(biāo)，構(gòu)建基于多資源受限條件下的停機(jī)位分配優(yōu)化模型；

(2)對步驟(1)所建立的停機(jī)位分配優(yōu)化模型進(jìn)行求解，首先按照“先到先服務(wù)”的原則對航班進(jìn)行排序，并對其進(jìn)行初始指派；接著設(shè)計(jì)了禁忌搜索啟發(fā)式算法對上述初始指派方案進(jìn)行優(yōu)化，確定所需的適配值函數(shù)、鄰域結(jié)構(gòu)、禁忌對象、停止準(zhǔn)則、候選解的選擇方法要素；

(3)為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加符合場面運(yùn)行實(shí)際，構(gòu)建了仿真模型求解航班機(jī)坪延誤，并采用排隊(duì)論求解航班跑道延誤；

(4)應(yīng)用航班數(shù)據(jù)做實(shí)例驗(yàn)證，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與機(jī)場實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行對比。

2.如權(quán)利要求1所述的基于資源受限條件下的停機(jī)位分配多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟(1)中，研究停機(jī)位分配過程中的綜合效能指標(biāo)，并對關(guān)鍵指標(biāo)用進(jìn)行詳細(xì)分析具體為：航班延誤是評判停機(jī)位分配效能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，指的是航班能否按照約定時(shí)間起飛，能夠按照約定時(shí)間起飛的航班為正常航班，否則為延誤航班，分析停機(jī)位分配過程中發(fā)生航班延誤的情況，將航班延誤分為機(jī)坪延誤和跑道延誤；分析停機(jī)位分配過程中的其他關(guān)鍵效能指標(biāo)，包括拖曳次數(shù)以及靠橋率，并找出拖曳次數(shù)和靠橋率的關(guān)系。

3.如權(quán)利要求1所述的基于資源受限條件下的停機(jī)位分配多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟(1)中，基于選取的關(guān)鍵效能指標(biāo)，構(gòu)建基于多資源受限條件下的停機(jī)位分配優(yōu)化模型具體包括如下步驟：

(1-1)基于選取的關(guān)鍵效能指標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)：

以早高峰離港航空器延誤時(shí)間、靠橋率以及拖曳次數(shù)為目標(biāo)構(gòu)建停機(jī)位優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

其中f(y_ik,t_it,c_ic,w_km)表示機(jī)場因機(jī)位之間相互限制因素，管制員、牽引車資源約束所導(dǎo)致的航空器機(jī)坪延誤時(shí)間，該時(shí)間將通過后續(xù)構(gòu)建的機(jī)坪延誤仿真模型得出，N表示航空器數(shù)量；表示航空器的跑道延誤時(shí)間，計(jì)算公式為：

μ＝1/t

其中，代表航空器的跑道平均延誤時(shí)間，λ_i代表航空器第i小時(shí)的跑道到達(dá)率，代表T小時(shí)的平均跑道到達(dá)率，t為單個(gè)航空器的跑道使用時(shí)長，μ為跑道服務(wù)率；

公式(1)中X′_i(X″_i、X″′_i)的定義為航班進(jìn)港(停駐、離港)停靠的機(jī)位，如果停靠在近機(jī)位，則為1，否則為0；y′_ik(y″_ik、y″′)為0～1決策變量，航空器i在進(jìn)港(停駐、離港)分配到機(jī)位k時(shí)為1，否則為0，i∈F；c_ic為0～1決策變量，管制員C為航空器i提供服務(wù)時(shí)為1，否則為0；t_it為0～1決策變量，牽引車t為航空器i提供服務(wù)時(shí)為1，否則為0；W_km為機(jī)位之間相互限制參數(shù),w_km∈{0,1},機(jī)位k和機(jī)位m之間有相互限制時(shí)為1,否則為0；n_k為代表機(jī)位k的位置參數(shù),k∈G,n_k∈{0,1}，為1時(shí)代表為近機(jī)位，為0代表為遠(yuǎn)機(jī)位；d_i代表航空器i的拖曳次數(shù)；則：

(1-2)考慮停機(jī)位分配過程的機(jī)位約束，建立機(jī)位約束條件的步驟為：

(1-2-1)每個(gè)航空器在每個(gè)階段只能安排在一個(gè)停機(jī)位上的約束條件為：

其中F為航空器集合，F(xiàn)＝{i|i＝1,2,…,n}；G為停機(jī)位集合，G＝{k|k＝1,2,…,m}；

(1-2-2)同一停機(jī)位的航空器最多有一個(gè)后繼航空器的約束條件為：

其中Z_ijk為0～1決策變量，航空器i，j分配到機(jī)位k且航空器j緊跟在航空器i后面時(shí)為1，否則為0，i,j∈F；

(1-2-3)同一停機(jī)位的航空器最多有一個(gè)前驅(qū)航空器的約束條件為：

(1-2-4)當(dāng)航空器i分配到機(jī)位k時(shí)，滿足航空器i的航司和機(jī)位k的航司相同的約束條件為：

c_iy_ik＝c_ky_ik，i∈F,k∈G

其中C為管制員集合，C∈{c|c＝1,2,…f}；c_i為航空器i的所屬航司,i∈F，c_i∈{1,2,3}分別對應(yīng)三個(gè)不同航司；

(1-2-5)表示當(dāng)航空器i分配到機(jī)位k時(shí)，滿足航空器i的機(jī)型大小和機(jī)位k的大小匹配的約束條件為：

v_i≤t_k+(1-y_ik)M

其中v_i表示航空器i的機(jī)型大小,i∈F,v_i∈{1,2,3,4}分別對應(yīng)航空器機(jī)型C\D\E\F四種；t_k為機(jī)位k的大小,k∈G,t_k∈{1,2,3,4}分別對應(yīng)機(jī)位C\D\E\F四種大小；M表示一個(gè)很大的數(shù)；

(1-2-6)分配到同一停機(jī)位的兩相鄰航空器間的固定緩沖時(shí)間約束條件為：

E_Ai+(1-Z_ijk)M≤E_Di+o

其中E_Ai航空器i的計(jì)劃進(jìn)港時(shí)間,i∈F；E_Di為航空器i的計(jì)劃進(jìn)港時(shí)間,i∈F；

(1-3)考慮停機(jī)位分配過程的管制員和牽引車資源約束，建立相應(yīng)約束條件：

(1-3-1)同一個(gè)牽引車在同一時(shí)間只能被一架航空器占用的約束條件為：

其中t_it為0～1決策變量，當(dāng)牽引車t為航空器i提供服務(wù)時(shí)為1，否則為0；表示航空器i結(jié)束占用管制員C的時(shí)刻；表示航空器i開始占用管制員C的時(shí)刻；

(1-3-2)表示同一個(gè)牽引車在同一時(shí)間只能被一架航空器占用的約束條件：

其中t_it為0～1決策變量，牽引車t為航空器i提供服務(wù)時(shí)為1，否則為0；表示航空器i結(jié)束占用牽引車t的時(shí)刻；表示航空器i開始占用牽引車t的時(shí)刻。