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基于后效晚点时间的机场近机位容量评估研究

作　者: 张晨
导　师: 胡思继
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通运输规划与管理
关键词: 航班后效晚点时间机场近机位容量缓冲时间机位调整策略
分类号: U491.11
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

自古以来,作为“衣食住行”中的“行”,交通运输一直是满足人类基本需求中的一个不可缺少的重要组成部分。但目前制约我国交通运输发展,尤其是制约我国民航运输发展的主要矛盾,是日益增长的运输需求与有限的运输资源之间的矛盾。为了解决这一矛盾,很多民航运输企业只注重短期效益,不顾及运输质量的要求,盲目扩大运量,造成运输服务的准时性、可靠性甚至安全性大大下降,民航运输服务质量无法得以保障。这种做法,从表面上看可以起到缓解运输资源紧张的作用,但是从本质上讲,则会造成社会资源和社会效益的极大浪费,一旦发生安全事故,其所造成的损失也将无法估量。因此,解决民航运输资源紧张的矛盾必须以保证运输服务的质量和安全为前提。目前,我国很多大型枢纽机场近机位容量资源紧张,供求矛盾日益突出。本文就是以此为研究背景,以提高机场运行秩序为目标,兼顾运输效率,研究在一定运行质量的要求下,机场近机位容量的评估问题,从而为机场的航班安排提供参考的依据。现有国内外近机位容量研究,仅局限于机位极限容量,而对机位实际运行容量的研究还属于空白。0论文在研究中,使用航班平均后效晚点时间反映机位作业的运行秩序,用缓冲时间反映机位分配时间结构的宽松程度,以建立航班不更换机位、两机位间航班更换机位以及多机位间航班更换机位策略下,平均后效晚点时间与平均缓冲时间的定量关系为主线,结合机位容量其他决定要素,包括航班需求特征、机位机型比例关系等,建立了机场近机位容量优化评估模型,从而为近机位容量研究开辟了新的思路,也为近机位容量问题研究奠定了理论基础。论文的主要创新性研究成果表现在以下方面:1)深入分析近机位容量影响因素,重点研究航班晚点与机位调整策略对机位容量的影响。文章首次提出五种航班晚点概念,并详细分析各种晚点时间的成因以及各种晚点时间对缓冲时间、机位容量的影响;深入分析机位调整策略的不同对机位容量的影响,并按照机位调整策略将机位占用问题抽象为顾客可换队、顾客不可换队以及两队列间顾客可换队的多服务台排队问题,从而为机位容量问题的研究建立了理论框架;2)近机位各种时间参数的评估及标定。论文首次研究了近机位最小安全间隔时间的影响因素和确定方法,结合对近机位实际作业时间的估算研究,提高了对机位实际占用时间估算的可靠性和准确性。另外,论文针对机位作业的排队问题,研究并验证了近机位占用时间、近机位分配间隔时间、缓冲时间以及晚点时间的概率分布规律,从而使我们对机位作业时间的结构问题有了更加深入的认识,并为机位容量的研究做好理论准备;3)研究航班不更换机位后效晚点时间的计算方法。在同一机位上,我们依次针对航班等级相同与等级不同时相邻航班后效晚点时间,针对特定及分类运行航班组间航班后效晚点时间,针对非相邻航班后效晚点时间,针对第一层次与高层次航班后效晚点时间,分别进行了理论研究,并最终得到了不更换机位条件下,航班后效晚点时间总值的计算公式;4)在两机位间航班更换机位后效晚点时间的研究中,首次提出了机位容量富余系数,建立航班到达间隔时间与缓冲时间的等式与不等式关系。以此为基础,分别研究在航班等级相同以及航班等级不同时,同一机位前后行航班处于不同晚点时间状态下的最佳更换机位策略以及更换机位后的后效晚点时间计算方法;比照不更换机位策略后效晚点时间的计算步骤,依次研究了同等级及非同等级相邻航班间后效晚点时间,特定及分类运行航班组间航班后效晚点时间,非相邻航班组间后效晚点时间,第一层次与高层次航班后效晚点时间,并最终得到了两机位间航班更换机位策略下后效晚点时间总值的计算方法:5)文章通过定义多服务台排队系统内部各服务台之间的“合作程度”系数,研究了多机位间航班更换机位策略下后效晚点时间和两机位间航班更换机位策略下后效晚点时间的关系,从而得到了多机位间航班更换机位策略下后效晚点时间的计算方法;6)文章首次研究了不同机位调整策略下,以限定平均后效晚点时间和平均队列长度为依据的平均缓冲时间的确定方法和计算方法。文章还首次提出航班平均必要缓冲时间的概念,分析各种类型参数与航班平均必要缓冲时间的关系以及与机位容量之间的关系。建立机场机位实际容量优化模型。模型不仅考虑机型混合比、机型与机位类型的配比关系,还考虑了航班后效晚点时间、航班平均队列长度、航班时段百分比等限制要素,并用一个实例验证了模型的正确性。在实例中,文章对机位容量模型作了灵敏度分析。因此,该模型不仅可以用为确定机场机位实际容量,也可以用于定量分析各种机位容量影响因素与机位容量的互动关系,对提高近机位实际容量具有现实意义。总之,论文首次研究了不同机位调整策略下,航班后效晚点时间与缓冲时间的关系,在综合考虑多种容量影响因素的条件下,建立了机位容量优化模型。模型结果不仅对改善机位作业秩序提出了要求,也为决策层提高机位实际运作水平制定近期措施和长期对策提供了决策依据。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-8
ABSTRACT  8-14
1 引言  14-30
  1.1 研究背景  14-19
    1.1.1 研究背景  14-15
    1.1.2 问题的提出  15-17
    1.1.3 研究的内容  17-19
  1.2 机位容量研究的意义  19-22
    1.2.1 机位容量研究对机场容量综合评估的意义  19-20
    1.2.2 机场机位容量研究对扩充机位容量的意义  20-21
    1.2.3 机场机位容量研究对分析提高现有机位运行水平的意义  21-22
  1.3 机位容量的研究综述  22-27
  1.4 论文的研究思路和结构  27-30
2 机位容量决定要素与排队问题研究  30-64
  2.1 机场机位容量决定要素分析  30-40
    2.1.1 机位数量和类型  30-32
    2.1.2 机位保障作业时间和作业设备  32
    2.1.3 需求分布和航班时刻的安排  32-33
    2.1.4 飞机机型和航班类型  33-34
    2.1.5 机场构型和滑跑系统  34
    2.1.6 航班晚点和缓冲时间  34-38
    2.1.7 机位分配策略和调整策略  38-40
  2.2 机场机位排队问题及各种时间参数的标定  40-63
    2.2.1 机位容量利用率  40-41
    2.2.2 机位作业时间的 PERT网络估算  41-45
    2.2.3 机位分配最小间隔时间的确定  45-52
    2.2.4 机位实际占用时间的分布函数以及假设检验  52-56
    2.2.5 机位分配间隔时间的分布函数以及假设检验  56-58
    2.2.6 机位分配缓冲时间的分布函数和假设检验  58-60
    2.2.7 航班进入机位晚点时间的分布函数和假设检验  60-63
  2.3 本章小结  63-64
3 航班不换机位分配规则后效晚点时间  64-78
  3.1 两相邻航班间的平均后效晚点时间  64-69
    3.1.1 晚点时间和缓冲时间的概率分布  64
    3.1.2 航班等级相同时航班2的平均后效晚点时间  64-66
    3.1.3 航班等级相同时航班1的平均后效晚点时间  66-67
    3.1.4 航班1优先航班2时航班2的平均后效晚点时间  67-68
    3.1.5 航班2优先航班1时航班1的平均后效晚点时间  68-69
  3.2 两特定航班间平均后效晚点时间  69-71
    3.2.1 航班等级相同时航班平均后效晚点时间  69-70
    3.2.2 航班等级不同时航班平均后效晚点时间  70-71
  3.3 分类运行航班综合平均后效晚点时间  71-72
  3.4 向非相邻后行航班直接传播的平均航班后效晚点时间  72-74
  3.5 第一层次航班平均后效晚点时间  74
  3.6 航班后效晚点时间总值  74-77
  3.7 本章小结  77-78
4 两机位航班更换机位分配规则相邻航班间后效晚点时间  78-142
  4.1 到达间隔时间和缓冲时间的关系  78-87
    4.1.1 到达间隔时间与缓冲时间的等式关系  79-82
    4.1.2 到达间隔时间和缓冲时间的不等式关系  82-87
  4.2 同等级航班，航班k+1及参与换队航班后效晚点时间  87-98
    4.2.1 航班晚点冲突时间  87-90
    4.2.2 航班晚点取值不同时航班后效晚点时间  90-95
    4.2.3 参数n取值不同时航班后效晚点时间  95-97
    4.2.4 简化后的航班后效晚点时间计算方法  97-98
  4.3 同等级航班，航班1及参与换队航班后效晚点时间  98-109
    4.3.1 航班晚点冲突时间  98-101
    4.3.2 航班晚点取值不同时航班后效晚点时间  101-107
    4.3.3 参数n取值不同时航班后效晚点时间  107-109
    4.3.4 简化后的航班后效晚点时间计算方法  109
  4.4 航班1优先，航班k+1及参与换队航班后效晚点时间  109-121
    4.4.1 航班晚点冲突时间  110-112
    4.4.2 航班晚点取值不同时航班后效晚点时间  112-118
    4.4.3 参数n取值不同时航班后效晚点时间  118-120
    4.4.4 简化后的航班后效晚点时间计算方法  120-121
  4.5 航班k+1优先，航班1及参与换队航班后效晚点时间  121-141
    4.5.1 航班晚点冲突时间  121-123
    4.5.2 航班晚点取值不同时航班后效晚点时间  123-130
    4.5.3 参数n取值不同时航班后效晚点时间  130-132
    4.5.4 简化后的航班后效晚点时间的计算方法  132-141
  4.6 本章小结  141-142
5 两机位及多机位航班更换机位分配规则后效晚点时间总值  142-159
  5.1 两机位航班更换机位特定航班间平均后效晚点时间总值  142-146
    5.1.1 航班等级相同时，平均后效晚点时间总值  142-144
    5.1.2 航班等级不同时，平均后效晚点时间总值  144-146
  5.2 两机位航班更换机位策略下分类运行综合后效晚点  146-147
  5.3 两机位航班更换机位策略下非相邻航班间后效晚点时间  147-149
  5.4 两机位航班更换机位策略下第一层次航班后效晚点  149-151
  5.5 两机位航班更换机位策略下航班后效晚点时间总值  151-154
  5.6 多机位航班更换机位分配规则条件下后效晚点时间总值  154-157
  5.7 本章小结  157-159
6 机位容量计算模型  159-186
  6.1 以限定后效晚点时间为目标的缓冲时间的确定  159-163
  6.2 以限定队列长度为目标的缓冲时间的确定  163-168
    6.2.1 机位分配平均队列长度的确定  163-166
    6.2.2 以限定平均队列长度为目标的缓冲时间的确定  166-168
  6.3 平均必要缓冲时间  168-177
    6.3.1 航班不换机位平均必要缓冲时间  168-175
    6.3.2 两机位及多机位航班更换机位平均必要缓冲时间的确定  175-177
  6.4 机场机位容量的优化模型  177-179
  6.5 机场机位容量计算算例  179-185
  6.6 本章小结  185-186
7 研究的主要结论与展望  186-189
  7.1 研究的主要结论  186-187
  7.2 研究工作展望  187-189
参考文献  189-194
作者简历  194-196
学位论文数据集  196

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