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多目标分阶段的跑道调度计划算法研究

作　者: 刘期建
导　师: 李波；何元清
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 跑道调度计划两阶段重量类型离港调度优化算法
分类号: TP301.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 53次
引　用: 2次
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内容摘要

随着我国民航运输的高速增长,空中交通流量显著增加,原有的空中交通管制系统已经不能满足日益增长的交通流量的需求。由此导致的航班延误及其对周围环境的影响已成为各大机场离港调度中普遍存在的问题。为了减少机场拥塞和航班延误,提高机场地面和终端区的运营效率,有必要实施一种战术性的调度计划方法。机场是进出港航班的共享资源,而跑道更处于机场资源的核心位置,被认为是离港交通流量的瓶颈。其运营状况的改善,将极大地提高整个航空运输系统的运行效率。基于此,本文以机场跑道为重点研究对象,结合到空中交通管制中多目标、多约束的复杂情况,对跑道调度计划(ROP)问题进行了相关的理论研究。本文采用麻省理工学院提出的起飞计划工程研究方法,为帮助空中交通管制员优化起飞调度计划、缩短不必要的延误并提供完整的地面运营计划系统,旨在设计、建立一个适用于跑道调度计划的辅助决策工具。本文首先对ROP问题的结构和特性做了深入研究,提出了起飞计划调度辅助决策系统的体系结构。然后,分析了跑道调度中需考虑如起飞请求级别等许多高度动态变化的参数,这些不确定因素给空中交通管制员的工作造成了巨大的负荷。通过对不同参数的讨论,阐述了参数间的相互作用关系,找到离港跑道吞吐量和跑道队列延迟等若干对跑道调度计划主函数产生直接影响的参量。通过研究发现,重量类型参数的值相对其他参数来说变化缓慢,更具确定性,并且对跑道调度计划辅助决策系统来说更具影响,这使系统功能集和参数集的分解成为可能。因而,跑道调度计划问题可以被划分为多个阶段,在不同的阶段处理不同的参数子集。在此基础上,介绍了分阶段的算法设计并将一种启发式分阶段算法应用于ROP问题上。这种分解方法提供了一个原始模型,适用于解决与ROP相类似的一系列分阶段算法问题。最后,采用Matlab及其Simulink组件作为仿真测试工具对两阶段ROP算法进行建模测试。Matlab可以提供数据结构支持以及强大的编程环境,并且使用Matlab和Simulink混合编程可以提供快速原型的开发和模块性,便于模拟机场地面及跑道形态。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-15
  1.1 问题陈述  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 研究目标  13
  1.4 研究内容  13-14
  1.5 论文结构  14
  1.6 本章小结  14-15
第二章研究背景  15-20
  2.1 地面运营管理  15-16
    2.1.1 任务结构  15-16
    2.1.2 历史与现状  16
  2.2 地面运营计划  16-19
    2.2.1 跑道调度计划问题  17-18
    2.2.2 历史与现状  18-19
  2.3 研究方法  19
  2.4 本章小结  19-20
第三章系统概述  20-26
  3.1 配置计划  21-22
  3.2 虚拟队列管理  22-25
    3.2.1 虚拟队列的定义  22
    3.2.2 功能分析  22-25
  3.3 本章小结  25-26
第四章分阶段的算法设计  26-61
  4.1 跑道的功能  26-27
  4.2 算法概述  27-30
    4.2.1 两阶段划分  28-29
    4.2.2 算法特点  29-30
  4.3 理论背景  30-35
    4.3.1 历史研究与现状  31-34
    4.3.2 设计过程  34-35
  4.4 ROP 算法原理  35-41
    4.4.1 功能需求  36
    4.4.2 参数设计  36-37
    4.4.3 两阶段算法设计  37-41
  4.5 ROP 分解算法  41-52
    4.5.1 功能分解  41-44
    4.5.2 规则类型  44-46
    4.5.3 关系分解  46-48
    4.5.4 分解公式  48-52
  4.6 第一阶段算法  52-55
    4.6.1 规则集  52
    4.6.2 目标函数  52-53
    4.6.3 类型序列  53
    4.6.4 算法输出  53-55
  4.7 第二阶段算法  55-60
    4.7.1 规则集  55-56
    4.7.2 目标函数  56-57
    4.7.3 调度时隙  57-58
    4.7.4 算法输出  58-60
  4.8 本章小结  60-61
第五章仿真测试平台  61-70
  5.1 基准机场  61
  5.2 仿真模型  61-62
  5.3 第一阶段算法仿真  62-64
  5.4 第二阶段算法仿真  64-65
  5.5 算例分析  65-69
    5.5.1 第一阶段  65-67
    5.5.2 第二阶段  67-69
  5.6 本章小结  69-70
第六章结论  70-72
  6.1 研究结论  70
  6.2 进一步研究工作  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-78
在学期间的研究成果  78-79

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