[发明专利]一种多跑道机场进场航班多效能优化排序方法

摘要

本发明公开了一种新型、高效和动态的多跑道机场进场航班多效能优化排序方法，旨在为终端区进场航班提供安全、科学、可行的进场方案，包括通过定义多效能跑道分配评价函数来为航班分配跑道及确定进场航线，并根据航班综合优先级优化延误分配、确定航班的着陆时间，进而实现机场跑道流量的均衡分布，减少航班进场飞行时间和航班延误，提高空域资源利用效率，降低管制工作负荷，进一步提高多跑道机场进场航班的运行效率。

主权项

1.一种多跑道机场进场航班多效能优化排序方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)搜集数据信息；搜集目标机场的跑道和进场航线数据，航班计划数据，航班预计着陆时间数据；进场航班每条进场航线的进场时间；假设一条跑道和一个进场点固定一条进场航线；(2)设置进场航班排序时间区间W；按照扩大终端的概念，当前设置为W＝90min；(3)航班数据筛选与集合划分；确定本场在排序时间区间W内的所有进场航班集合F，所有进场航班数量为n；根据航班的跑道分配情况，将所有进场航班集合划分为已分配跑道航班集合和未分配跑道航班集合两部分，其中未分配跑道航班集合包含所有的未进入进场点的进场航班；根据航班是否已经经过排序，将所有进场航班集合划分为已排序进场航班集合和未排序进场航班集合两部分，已排序航班表示航班的可行着陆时间u_i和跑道已经确定，u_i表示航班经过排序后得出的航班可行的着陆时间；(4)航班进场信息整理；根据航班当前的位置信息确定航班i，i∈F的可用进场路径集合和可用跑道集合以及航班i所有可能的进场飞行时间集合(5)跑道初次分配；对未分配跑道的航班找出航班i的最小进场路径飞行时间min(FT_f)所对应的初始路径和初始跑道r_i⁰，并计算得到航班i的预计着陆时间跑道初次分配用于确定航班初始排序次序，并非正式分配跑道，因此经跑道初次分配处理的航班仍属于跑道未分配航班，后续需经跑道再次分配处理；为保证航班安全着陆和排序结果稳定性，定义距离着陆时间小于或者等于T_D的进场航班为冻结航班，对应的冻结航班集合为D；其中，T_D为冻结航班划分时间临界值，可根据需要自行设置，当前设置为15min；该类航班所分配的跑道、着陆时间和顺序不再改变，则距离着陆时间大于T_D以上的进场航班为非冻结航班，对应的非冻结航班集合为D'，F＝D∪D'，另d_i为0‑1变量，d_i＝1表示航班为冻结航班，d_i＝0表示航班为非冻结航班；(6)确定当前排序航班；根据跑道初次分配所得航班预计着陆时间找出未排序进场航班集合中预计着陆时间最早的一架进场航班i，(7)跑道再次分配；具体如下：若进场航班i已经分配跑道r'，则不再重新分配跑道，r_i＝r'，确定航班的进场航线p'和预计着陆时间t'，则p_i＝p'，t_i＝t'；若进场航班i还未分配跑道则结合多效能跑道分配评价函数，计算进场航班i的多效能跑道评价系数为航班i分配跑道r_i和进场航线p_i，计算预计着陆时间t_i；并将航班i从未分配跑道航班集合中剔除，加入到已分配跑道航班集合多效能跑道分配评价函数考虑进场飞行时间，跑道流量均衡性和航班延误三个方面，多效能跑道评价系数的计算如下式中，为航班i在跑道r上进场飞行时间评价系数；为航班i可用的最短飞行时间对应航线的影响系数：μ₁>0,k≥0,μ₁和k为调节参数，用于调整的增长幅度；T^min为机场最小的进场航线飞行时间，T_i^min为航班i可行的最小进场航线飞行时间；T^max为机场最长的进场航线飞行时间，T_i^max为航班i可行的最长进场航线飞行时间；为航班i在跑道r着陆的进场航线飞行时间偏差系数；μ₂为调节参数，用于调整的增长幅度；ΔT_i^r≥0为航班i在跑道r着陆对应进场航线飞行时间T_i^r的偏差比；为航班i所有可行进场航线飞行时间偏离最小进场航线飞行时间的标准差；为航班i所有可用跑道数量；为航班i在跑道r上的流量评估系数；μ₃>0用于衡量航班i所有可用跑道的流量均衡性；μ₃为调节参数，用于的增长幅度；C为机场容量；为航班i可用跑道集合R_i的流量标准差，为航班i在跑道r的流量偏差系数，μ₄>0；μ₄为调节参数，用于调整的增长幅度；为航班i在跑道r的流量偏差：为跑道r的当前已排序航班数量；为航班i在所有可用跑道上的平均流量；为航班i在跑道r着陆的准点系数；x_i∈[1,2]为延误重视度系数；为航班i的自身优先级，其取值范围为{1,2,3,4}，该值由航班自身类型确定，1表示最低优先级，一般为货运航班，2表示普通优先级，一般为普通客运航班，3表示较高优先级，4表示最高优先级，也可以根据需求设置和调整；ω₁为调节参数，用于调整的增长幅度；航班i在跑道r着陆的准点率；为航班i在跑道r着陆所需的延误占比；为航班i在跑道r上的着陆延误；ω₂+ω₃＝1；→ω₂＝0.5,ω₃＝0.5；为航班i在跑道r着陆所能承受的最大正延误时间；M为普通优先级航班在终端区内的最大可接收延误阀值，可自行设置，当前已经起飞的航班设置为45分钟，未起飞的航班设置为2小时；ω₂，ω₃是的权值；为航班i的着陆趋势优先级，则：且IF：IF：为航班i在跑道r上的预计着陆时间；t_sys为系统当前时间；t_B为终端区外界时间范围对应于进场航班排序时间区间W，t_B＝W；为了把统一到一个参考系，需要进行归一化处理；另k∈1,2,3，分别为h_k所能取到的最小值和最大值，则：其中，g₃'＝(1‑ω₄)·(g₁‑1)+ω₄,ω₄∈[0.5,1)，(8)确定可行着陆时间；对航班i进行冲突探测与解脱，确定航班i在跑道r_i的上可行着陆时间u_i；此处的冲突探测包括跑道和终端区飞行过程中的冲突；(9)优化航班延误；对比航班i预计着陆时间t_i与可行着陆时间u_i，计算航班i的着陆时间偏差Δt_i＝u_i‑t_i，将其作为航班的延误时间，并对其进一步优化。