机场停机位分配管理的分析及优化分析研究航空航天专业.docx

随着中国经济的腾飞越来越多的人选择乘飞机出行，中国民航得到了快速发展。虽然我国民航业务量不断增加，但是民航中的每个单位都面临着巨大的挑战肩负着沉重的责任。民用机场是民航运输中十分重要的机构，近几年全国的民用机场都在不断地新建扩建，但是机场是一个大型施工项目需要花费很长时间才能竣工，已经远远赶不上我国民用航空业务量发展的速度。对我国民航发展的限制最大的因素也就显现了出来，就是机场的有限资源。由此可发现在不断拓展机场资源的同时，研究出高效合理的分配机场资源的方法也是中国民航发展的重要一环。作为机场资源最为核心的停机位资源关系到民航各单位的运行和自身利益，停机位的分配能否合理也成为了能否提高机场运行效率和收益的关键因素。本文主要借鉴国内外相关论文和参考文献，结合自身知识储备，将首要目标定位于保障停机位的利用效率，并建立了优化模型，重点探讨该模型的相关约束条件，同时以此为基础对模型参数加以确定，为了保证求解算法的合理性，特选择了可以在各个研究方向都必须应用的遗传算法，并对其进行了进一步分析与研究，最后结合机位分配模型之约束条件与优化目标，设计算法并通过案例形式加以验证，提出对停机位分配问题的改进方向。关键词：停机位；机位分配；遗传算法ABSTRACTAsmoreandmorepeopleinChina,seconomytakeoffandtravelbyplane,China'scivilaviationhasdevelopedrapidly.AlthoughthevolumeofcivilaviationtrafficinChinacontinuestoincrease,everyunitincivilaviationfacesenormouschallengesandshouldersheavyresponsibilities.Civilairportsareveryimportantinstitutionsincivilaviationtransportation.However,theairportisalarge-scaleconstructionprojectthattakesalongtimetocomplete,anditisfarbehindthedevelopmentofChina'scivilaviationbusiness,speed.ThemostrestrictivefactorsforthedevelopmentofcivilaviationinChinahavealsoemerged,whichisthelimitedresourcesoftheairport.Itcanbefoundthatwhilecontinuouslyexpandingtheresourcesoftheairport,itisalsoanimportantpartofthedevelopmentofcivilaviationinChinatodevelopanefficientandreasonablemethodofallocatingairportresources.Thereasonableallocationoftheparkingspaceshasbecomeakeyfactorinimprovingtheefficiencyandprofitabilityoftheairport.Consideringtheindividualabilityandtheoperabilityoftheresearch,anoptimizationmodelwiththeprimarygoalofutilizationefficiencyoftheparkingspaceisestablished.Theconstraintsoftheparkingspaceallocationproblemmodelarediscussedindetail,andthemodelparametersareestablished.Intheselectionofreasonablealgorithm,thegeneticalgorithmthatcanbeappliedinvariousresearchdirectionsisselectedandintroducedindetail.Then,accordingtotheoptimizationobjectivesandconstraintsoftheallocationmodel,thealgorithmisdesignedandused.Thecaseisanalyzedandverified,andtheimprovementdirectionoftheallocationoftheparkingspaceisproposed.Keywords:ate;Stand;Gateassignment;GeneticAlgorith1绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外相关研究阐述11.3 研究主要内容22关于机场停机位的系统分析和建模32.1机场各部分功能分析32.2停机位分配问题的描述62.3约束条件82.4停机位分配问题模型的建立83停机位分配问题的遗传算法设计133.1 遗传运算算子理论133.2 设计适应度函数131.1 3选择算子设计143.4 设计交叉算子153.5 设计变异算子174停机位分配模型算例及验证184.1 单目标停机位分配模型算例184.2 单目标停机位最优分配模型的验证204.3 本章小结215结论和展望225.1结论225.2展望22参考文献23致谢241绪论1.1 研究背景及意义因为我国经济水平越来越高，普通大众都具备经济基础，所以我国民航业得到了巨大的发展。根据国际民用航空通用的关于机场旅客容量的划分标准，年旅客吞吐量超过2000万的机场为特别繁忙机场叱据民航局统计2017年我国有24个机场旅客年吞吐量超过2000万人次，针对上述航班数量和流量都非常巨大的机场，能否有效管理是对其运行和安全部门的巨大考验。停机位是机场运行管理中的重要资源，是提高机场服务保障水平的一个关键因素。由于在较短的时间内很难迅速增加机场的停机位数量，另一方面机场航班量越来越多，因此管理员在对停机位进行分配的过程中面临着巨大压力。1.2 国内外相关研究阐述1.2.1 国外相关研究阐述1988年RobertP.Brazile和KathleenM.Swigger创立一个将飞机地面滑行路线选择和停机位分配相互统筹的专家系统，四年后，G.DGosling再次建立以专家系统为基础的机位分配模型。随后，Srihari和MUthUkriShnan还建立了机位预分配的专家智能系统，而且还对分配方案的敏感性进行了分析。J.Jong-meng和Y.Chang-Yoon在九七年建立了一个基于停机位时间进行分配的专家系统。L.Soi-HoiCJiaMeng和F.Henry（2002年）建立了一个与人工智能相结合的机位分配专家系统网。H.Ding,A.Lim和B.Rodrigues（2005年）等在先用贪婪算法（GreedyAIgOrithm）使得未分配机位的航班数量达到最少，然后使用启发式优化算法，使得旅客行走路程最短叱在停机位分配方面的探讨与研究之所以发展的如此之快，是因为国外专家在解决问题时考虑周全，但是专家的系统推理也具有局限性，部分专家会规定一些不合适的推理规则就可能导致错误的结论。早在1984年就有BabiC等学者建立了机位分配模型，其优化目标为乘客步行距离最短，并且用传统的分枝定界法求解模型随后Mangoubi和Mathaisel（1985年），建立一个和前面相似的模型，将转机旅客步行距离考虑进去，求解的方法用的是混合的启发式与线性规划法相结合WI但是，上述规划模型的目的都比较相似，一般主要集中为两种：一种是尽可能减小旅客行走路程，另一种是尽可能缩短机位的空闲时间。由此可见，这些方法的实践意义相对较低，因为函数模型设置的较为简单，在现实的停机位分配中容易受到航班延误的影响，一旦延误情况发生就会导致大面积航班分配不到停机位。因此，学者们把机位分配的随机因素融入后续研究中。JiefengXll和GIennBaiIey（2001年）提出了一个新的模型，其目标为旅客到达其相关航班全部相关时间，此模型是一个基于日到发旅客流的数据的机场停机位配置，动态配置机场停机位给预定航班网。YuCheng（1997年）设计了一个专家系统和数学优化相互融合的算法旧，这种算法不仅对大部分不确定因素进行了细致的描述，而且在计算效率方面也非常突出，能够有助于统一解决各种复杂问题，但是与专家系统相比，这种推论系统缺少有效性和完美度，并且其把问题融合的过程也不够精确，因此此方法也不是最有效的。对于国内的机场在借鉴国外停机位分配方法时要考虑到我国机场停机位分配和机场运行的真实情况，因为国内机场的航站楼大小、停机位的分布、近进方式和航线都与国外情况不同，所以需要根据实际情况灵活的运用。与国外相比国内在停机位分配方面的研究起步较晚，但因为贴合我国机场的实际情况，所以我国学者对这方面的研究相比国外学者的研究就更加实际和有效，他们的研究成果就会被充分利用在实际的机场运行之中。1.2.2 国内研究现状我国对于机场停机位分配问题的研究之所以发展的如此之快是因为国家对民航的重视，发展了许多有实力的科研单位，如中国民航局第二研究所和许多中国民航高等院校的科研机构。虽然目前国内对该方面的研究落后于国外，但是我相信在不远的未来一定会将这种形势颠倒过来。我国对停机位分配问题的研究也是多种多样，例如有以停机位占用空闲时间大小为目标的；有以旅客平均行走距离多少为目标的；还有以停机位占用效率为目标的等等。大多数文章都是以建立模型然后举例验证这种方法来提高停机位利用效率来说明其研究的有效性。张学明和施法中（2000年）基于机位分配多规则和多样性的特点，结合知识库和关系数据库实现了三级推理的机位自动专家系统，其分配原理包括粗略分配、条件过滤、冲突处理网。周至和孟波（2004年）给出了一种关系数据库的通用知识库结构设计，利用拆分规则，使系统能更好的表达事物一规则体系知识，并且提高了推理过程切。文军和孙宏（2004年）通过分析航班占用机位的特性，基于“先到先服务”的规则，设计了机位分配问题的排序模型，引入机位标号和航班标号函数，建立了标号算法眄。田晨（2005年）在论文中研究了大型机场的机位分配问题，建立了均衡使用机位的目标函数，综合考虑多种要素，设立目标约束条件，并用遗传算法求解文军和李冰（2005年）把停机位的分配转化为图着色，建立机位分配问题的图着色模型，引入时间片概念,搜索机位分配的时间冲突集合，给出机位分配定点续列着色算法网。王力（2006年）提出以旅客满意度和机位匹配为优化目标的机位分配模型，同时加入了航班的优先级顺序，并用禁忌搜索算法进行求解呵。王力（2007年）对国内的繁忙的机场进行了计算机仿真，模拟出了机位优化分配方案。文军（2010年），基于时间片概念提出的停机位分配的图着色模型，应用遗传算法解决图着色模型的K-顶点着色问题，并进行了算例验证】。1.3 研究主要内容本文主要借鉴国内外相关论文和参考文献，结合自身知识储备，将首要目标定位于保障停机位的利用效率，并建立了优化模型，重点探讨该模型的相关约束条件，同时以此为基础对模型参数加以确定，为了保证求解算法的合理性，特选择了可以在各个研究方向都必须应用的遗传算法，并对其进行了进一步分析与研究，最后结合机位分配模型之约束条件与优化目标，设计算法并通过案例形式加以验证。2关于机场停机位的系统分析和建模通常情况下，绝大多数