关键词:
元启发式算法
空中交通管理
排序与调度
连续航班
多目标优化
摘要:
随着我国航空运输事业的蓬勃发展,空中交通流量的持续增长,终端区内航班拥堵和空域资源的不合理利用日益严重。由于终端区内起飞和着陆航空器共用进离港点与进离场航段,航迹交织、运行耦合,难免存在资源竞争,势必导致冲突频发,严重制约空中交通运行效率,造成航班延误和经济损失。因此,如何在保证飞行安全的前提下,通过进场排序与调度,灵活高效地优化降落次序,增强跑道利用率、提升运行效率,已成为空中交通管理领域的研究重点。本文基于元启发式算法对单机场多跑道进场决策支持问题进行了研究。首先,介绍了空中交通管理的基本理念,从约束限制和目标函数等角度阐述了进场决策支持,并且介绍了元启发式算法中的模拟退火算法的基本原理。接着,考虑到进场航班的到达时间是研究进场航班排序与调度问题的基础,通过随机森林算法对历史数据进行分析,同时考虑航班基本信息、天气信息以及空域的交通流信息,对航空器进场飞行时间进行预测。进一步,考虑多跑道运行模式,联合尾流间隔、放行间隔、连续航班运行特点,构建了进离场航班协同排序模型。针对跑道运行容量最大化与连续航班延误最小化的多目标优化问题,在邻域搜索环节引入连续航班进场优先策略,采用基于Pareto支配接受准则的多目标模拟退火算法实现优化,并以上海终端区浦东机场为例,进行仿真验证。最后,基于理论研究成果,采用模块化的设计理念,运用C++语言,基于QT框架开发了进场决策支持原型系统,并与实际的空管自动化系统进行联调,验证系统的可靠性和适应性。