【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于空中交通流量管理中航班資源分配優(yōu)化的，具體涉及基于飛行需求不確定的協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序優(yōu)化方法。
技術(shù)介紹
1、間隔管理程序(miles/minutes-in-trail,mit/minit)是指在指定航路點(diǎn)、扇區(qū)邊界等位置，連續(xù)兩架航空器之間的距離滿足特定間隔要求的空中交通流量管理程序。鑒于mit/minit具有實(shí)施簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，它一直是跨境空中交通流量管理的主要工具，但隨著航空運(yùn)輸?shù)娜找娣泵Γ琺it/minit逐漸暴露出高額的空中延誤成本、較差的延誤可預(yù)測(cè)性、增加的管制員和飛行員工作負(fù)荷等典型問(wèn)題。cmcp作為一種新興空中交通流量管理程序，其核心是空域資源的分配，但目前，cmcp在進(jìn)行資源分配時(shí)未考慮航班飛行過(guò)點(diǎn)時(shí)間的不確定性因素，導(dǎo)致航班資源分配結(jié)果在實(shí)際中存在執(zhí)行偏差的問(wèn)題，如為航班分配的某個(gè)過(guò)點(diǎn)時(shí)刻在實(shí)際中沒(méi)有按時(shí)到達(dá)，則引起航空器之間的實(shí)際間隔小于規(guī)定的安全間隔，產(chǎn)生一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。
2、在空中交通流量管理航班資源分配優(yōu)化的
中，不確定性因素可分為容量不確定性和需求不確定性兩類(lèi)。以往的空中交通流量管理工具優(yōu)化研究主要考慮了空域容量的不確定性因素，由此構(gòu)建出動(dòng)態(tài)模型或空中調(diào)速的優(yōu)化方案以應(yīng)對(duì)空域容量隨時(shí)間變化而變化的場(chǎng)景。而對(duì)于需求不確定性因素的考慮，目前已有工作主要集中于機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面的運(yùn)行管理，如考慮航班場(chǎng)面運(yùn)行時(shí)間不確定性的航班離港時(shí)間優(yōu)化或航班進(jìn)離場(chǎng)協(xié)同排序優(yōu)化等，在空中運(yùn)行階段，已有文獻(xiàn)對(duì)航班到達(dá)各個(gè)扇區(qū)時(shí)間的不確定性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得了不確定性因素的分布特征函數(shù)等，但未開(kāi)展優(yōu)化工作。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于飛行需求不確定的協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序優(yōu)化方法，包括以下步驟：
2、步驟1、確定協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp優(yōu)化問(wèn)題的不確定性變量；
3、步驟2、根據(jù)歷史數(shù)據(jù)估計(jì)不確定性變量的正態(tài)分布的概率密度函數(shù)關(guān)鍵參數(shù)；
4、步驟3、構(gòu)建協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型，并進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)化；
5、步驟4、基于粒子群算法對(duì)轉(zhuǎn)化后的協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型求解。
6、步驟1包括：協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp優(yōu)化問(wèn)題中的不確定性變量為航班f經(jīng)過(guò)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)的時(shí)間和出點(diǎn)的時(shí)間同時(shí)，航班原計(jì)劃經(jīng)過(guò)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)的時(shí)間和出點(diǎn)的時(shí)間為確定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；不確定性變量和的計(jì)算公式為：
7、
8、其中，和是隨機(jī)變量，分別表示第k個(gè)扇區(qū)進(jìn)點(diǎn)的不確定性時(shí)間偏差和扇區(qū)出點(diǎn)的不確定性時(shí)間偏差。
9、步驟2包括：
10、步驟2-1、隨機(jī)選擇歷史某一天或連續(xù)多天的飛經(jīng)扇區(qū)進(jìn)點(diǎn)或出點(diǎn)的航班飛行軌跡數(shù)據(jù)，由此構(gòu)成歷史航班數(shù)據(jù)集合fsta；
11、步驟2-2、計(jì)算集合fsta中每個(gè)航班實(shí)際經(jīng)過(guò)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)時(shí)間和計(jì)劃經(jīng)過(guò)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)時(shí)間的差值實(shí)際經(jīng)過(guò)扇區(qū)出點(diǎn)時(shí)間和計(jì)劃經(jīng)過(guò)扇區(qū)出點(diǎn)時(shí)間的差值
12、
13、步驟2-3、篩選出飛經(jīng)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)的航班集合統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)航班的完成對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布擬合，估計(jì)出扇區(qū)所有n個(gè)進(jìn)點(diǎn)的隨機(jī)變量的正態(tài)分布概率密度函數(shù)中的均值μin,k和標(biāo)準(zhǔn)差
14、步驟2-4、篩選出飛經(jīng)扇區(qū)出點(diǎn)的航班集合統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)航班的完成對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布擬合，估計(jì)出隨機(jī)變量的正態(tài)分布概率密度函數(shù)中的均值μout和標(biāo)準(zhǔn)差σout。
15、步驟3包括：
16、步驟3-1、根據(jù)協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間，以及限制約束的扇區(qū)對(duì)象，過(guò)濾篩選出如下相關(guān)航班集合：
17、受cmcp影響航班集合f；
18、受cmcp影響且飛經(jīng)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)的航班集合fin,k；
19、受cmcp影響且飛經(jīng)扇區(qū)出點(diǎn)的航班集合fout；
20、受cmcp影響且受地面延誤控制的航班集合fg；
21、受cmcp影響且受間隔管理控制的航班集合fm；
22、集合fm中飛經(jīng)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)的航班集合fm,k；
23、步驟3-2、構(gòu)建協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型的決策變量為航班f分配的延誤時(shí)間df；
24、步驟3-3、構(gòu)建協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型的優(yōu)化目標(biāo)為效率目標(biāo)和公平性目標(biāo)，其中，效率目標(biāo)為最小化總航班延誤成本，公平性目標(biāo)為最小化最大航空公司公平比例偏差；
25、步驟3-4、構(gòu)建協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型的約束條件；
26、步驟3-5、基于機(jī)會(huì)約束等價(jià)轉(zhuǎn)化理論對(duì)協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型中的機(jī)會(huì)約束進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)化。
27、步驟3-3中，所述總航班延誤成本的計(jì)算方法為：
28、
29、其中，c表示總航班延誤成本，β表示每分鐘空中延誤的成本與每分鐘地面延誤成本的比值。
30、步驟3-3中，所述最大航空公司公平比例偏差的計(jì)算方法為：
31、
32、其中，e表示最大航空公司公平比例偏差，a表示受影響航班所屬航空公司的集合，l表示集合ρ中航空公司的總數(shù)，ρa(bǔ)表示航空公司a的公平比例，ρa(bǔ)的計(jì)算方法為：
33、
34、其中，ca表示航空公司a的總航班延誤成本，qa表示屬于航空公司a的受影響航班總數(shù)，q表示受影響航班總數(shù)。
35、步驟3-4中，所述協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型的約束條件為：
36、
37、其中，pr{}表示滿足大括號(hào){}中條件約束的概率，f′表示不同于航班f的另一架航班，表示連續(xù)兩架從扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)進(jìn)入的航班之間保持的時(shí)間間隔要求，αin,k表示航班f與航班f′之間保持扇區(qū)第i個(gè)進(jìn)點(diǎn)間隔約束成立的置信水平，sout表示連續(xù)兩架從扇區(qū)出點(diǎn)離開(kāi)的航班之間保持的時(shí)間間隔要求，αout表示航班f與航班f′之間保持扇區(qū)出點(diǎn)間隔約束成立的置信水平，n表示自然數(shù)集合。
38、步驟3-5中，所述對(duì)協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型中的機(jī)會(huì)約束進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)化的結(jié)果為：
39、
40、其中，和δsout的計(jì)算方法如下所示：
41、
42、其中，表示連續(xù)兩架從扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)進(jìn)入的航班之間需要保持的額外間隔時(shí)間，δsout表示連續(xù)兩架從扇區(qū)出點(diǎn)離開(kāi)的航班之間保持的額外間隔時(shí)間，表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)。
43、步驟4包括：
44、步驟4-1、初始化首代粒子群：令j＝1，設(shè)置粒子總數(shù)為np，最大迭代次數(shù)為jmax，隨機(jī)生成粒子群pj中所有粒子的初始位置和初始速度，其中，下標(biāo)j表示算法中循環(huán)迭代計(jì)算的輪次；
45、步驟4-2、分配航班延誤：采用延誤分配算子為粒子群pj中每個(gè)粒子分配延誤，從而將每一個(gè)粒子位置對(duì)應(yīng)到一組可行解，其中，延誤分配算子是指基于貪心算法按序逐個(gè)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.基于飛行需求不確定的協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1包括：協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序CMCP優(yōu)化問(wèn)題中的不確定性變量為航班f經(jīng)過(guò)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)的時(shí)間和出點(diǎn)的時(shí)間同時(shí)，航班原計(jì)劃經(jīng)過(guò)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)的時(shí)間和出點(diǎn)的時(shí)間為確定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；不確定性變量和的計(jì)算公式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟3-3中，所述總航班延誤成本的計(jì)算方法為：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟3-3中，所述最大航空公司公平比例偏差的計(jì)算方法為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟3-4中，所述協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序CMCP機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型的約束條件為：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟3-5中，所述對(duì)協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序CMCP機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型中的機(jī)會(huì)約束進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)化的結(jié)果為：
9
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟4-6中，所述父代粒子群中的每個(gè)粒子的速度和位置分別根據(jù)各自的引導(dǎo)粒子的位置進(jìn)行更新，公式為：
...【技術(shù)特征摘要】
1.基于飛行需求不確定的協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1包括：協(xié)同間隔管理轉(zhuǎn)化程序cmcp優(yōu)化問(wèn)題中的不確定性變量為航班f經(jīng)過(guò)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)的時(shí)間和出點(diǎn)的時(shí)間同時(shí)，航班原計(jì)劃經(jīng)過(guò)扇區(qū)第k個(gè)進(jìn)點(diǎn)的時(shí)間和出點(diǎn)的時(shí)間為確定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；不確定性變量和的計(jì)算公式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟3包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟3-3中，所述總航班延誤成本的計(jì)算方法為：
6.根據(jù)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭野晨風(fēng)，蔡疆，丁輝，田靖，張明偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中電萊斯信息系統(tǒng)有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。