[发明专利]一种基于分布鲁棒优化的管型航路时变网络设计方法

说明书

本发明公开了一种基于分布鲁棒优化的管型航路时变网络设计方法，该方法首先根据管型航路布局关联历史航班运行数据构建有向图系统；然后以管型航路各航段在各时段的状态为决策变量，以管型航路服务效益和效率为目标函数，并设置约束条件构建管型航路时变网络多目标组合优化模型；最后根据空中交通需求的变化，采用拟合和卡方检验的方法构建分布式不确定集，通过分布式鲁棒优化方法，采用NSGA‑II算法进行求解，得到管型航路的时变网络。本发明可充分发挥管型航路柔性化的特征和优势，有效提高管型航路使用效率，节约管型航路的使用成本。

技术领域

本发明涉及一种基于分布鲁棒优化的管型航路时变网络设计方法，属于管型航路管理技术领域。

背景技术

近年来，随着航空运输业持续高速发展，民航空域紧张的局面已然呈现由点到面的发展趋势。各国都在积极探索空管系统升级和变革的新概念、新思路和新方法。在新航行技术日臻成熟的背景下，欧美等航空发达国家率先提出了具备“大容量、自主间隔和柔性化”等崭新特点的管型航路运行概念。

在管型航路设计的运行效率方面，尤其是在充分发挥其新型特性的动态使用方面，相关的理论方法尚存在明显不足和空白，而这也是管型航路概念能否最终落地实施的关键。由于航班运行受外界因素影响较大，具有较强的不确定性，因此在研究管型航路时变网络构建方法时，还需要加入鲁棒优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于分布鲁棒优化的管型航路时变网络设计方法，可有效发挥管型航路柔性化的特征和优势，提升管型航路使用率，为管型航路概念最终落地实施提供一部分理论基础，从而缓解目前的航班拥堵情况。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于分布鲁棒优化的管型航路时变网络设计方法，包括如下步骤：

步骤1，根据管型航路网络布局，构建管型航路网络有向图G＝(N,A)，其中，N表示管型航路网络节点的集合，A表示节点互连的航段的集合；

步骤2，根据待设计时间段的航班运行数据，筛选出其中起飞机场和到达机场均在管型航路网络内的航班，构建每个航班的飞行路径有向图G_f＝(N_f,A_f)，其中，N_f表示航班f飞行经过的节点集，A_f表示航班f飞行经过的航段集，

步骤3，将管型航路网络中各航段在各时间片段的状态作为决策变量，构建管型航路时变网络多目标组合优化模型的目标函数和约束条件；

步骤4，通过分布式鲁棒优化方法，对管型航路时变网络多目标组合优化模型的目标函数进行优化，并采用快速非支配多目标优化算法NSGA-II对优化后的目标函数进行求解，得到待设计时间段的管型航路时变网络。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤3的具体内容如下：

3.1，用管型航路网络中各航段在各时间片段的状态作为决策变量，为0-1变量，1表示激活，0表示关闭，m,n表示航段两端的节点，m,n∈N_f，t表示时间片段，表示时间片段的集合；

3.2，构建相互制约的目标函数o₁(μ)和o₂(μ)，o₁(μ)表示管型航路网络可服务的航班量，o₂(μ)表示管型航路网络平均占用率；

则管型航路时变网络多目标组合优化模型的目标函数为：max_μo₁(μ),o₂(μ)；