多跑道机场的滑行系统优化研究
发布时间：2020-11-17 13:30
随着民航运输的不断发展,许多机场由于有限的场面资源的限制,其容量无法匹配日益增长的流量需求,因此国内许多机场都选择修建多跑道来增加其容量。而机场滑行系统作为连接机场跑道与停机位的关键部分,其运行效率的提升,一定程度上可以也决定机场容量上限。因此如何对航空器滑行路径进行优化,提高航空器的地面运行效率,减少地面地冲突,提高场面运行容量成为热门话题,基于此,展开了如下研究工作:首先,针对修建了绕行滑行道的多跑道机场进行研究,明确绕行滑行道的相关概念及航空器使用绕行滑行道的策略。对航空器在滑行过程中不同状态的燃油消耗进行分析,得到航空器使用绕行滑行道的方案;然后,以航空器滑行中需要消耗的燃油最少为优化目标,并结合航空器地面滑行规则,冲突避免以及跑道穿越作为约束条件建立航空器滑行路径优化模型,并采用改进的蚁群算法对模型进行求解、分析和验证。其次,考虑航空器在机场地面的滑行路径受到航空公司及机场等方面的关注,建立了航空器地面滑行路径多目标优化模型,以机场航空器地面滑行总时间最少和航空器滑行油耗最小最为优化目标,并采用多目标A~*算法对模型进行求解验证。最后,针对前两章侧重于机场滑行系统的单资源系统优化,考虑近距平行跑道机场高峰时段内,航空器进离场序列对航空器滑行时间的影响。引入双层规划模型对航空器进离场排序和滑行路径联合优化进行建模;上层模型为航空器进行跑道调度,即为进离场航班进行时刻分配,下层模型为航空器滑行路径分配。并设计启发式算法,采用循环嵌套的迭代方式对模型进行求解。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：V35
【部分图文】：
中国民航大学硕士学位论文12在数学上，网络是一种加权图，由一系列的节点和边按照一定的连通规则组成的有内部联系的实体的集合。机场场面也可以看成是一种网络，由跑道、滑行道边、节点、机位组成。将机场场面抽象成二维的由一系列的弧的集合E和对应节点集合V组成的网络图G(V,E)，作为本文研究的基本模型图。如下图所示：图2-1机场场面网络示意图图中的圆圈为跑道和滑行道、滑行道和滑行道间的交点，所有的交点构成节点集合V。而相邻的两个节点连接的边为对应的滑行道的部分段，也称为唬弧(,)ijijEVV是连接了点iV和jV的唬由于滑行过程中，航空器按照一定路径滑行至目的地，弧(,)ijijEVV是有向弧，为从点iV到点jV的唬2.3场面运行过程分析按照航班运行性质，将场面运行的过程分为进场航班和离场航班。进场航班着陆后，经由快速脱离滑行道脱离跑道进入滑行阶段，而后脱离滑行道划入机坪停至机位；离场航班则在机坪推出开车后，经由滑行道进入滑行阶段，而后滑入跑道，在跑道上滑跑起飞离开机常具体过程如下图所示：图2-2场面运行过程示意图2.4场面运行限制
中国民航大学硕士学位论文12在数学上，网络是一种加权图，由一系列的节点和边按照一定的连通规则组成的有内部联系的实体的集合。机场场面也可以看成是一种网络，由跑道、滑行道边、节点、机位组成。将机场场面抽象成二维的由一系列的弧的集合E和对应节点集合V组成的网络图G(V,E)，作为本文研究的基本模型图。如下图所示：图2-1机场场面网络示意图图中的圆圈为跑道和滑行道、滑行道和滑行道间的交点，所有的交点构成节点集合V。而相邻的两个节点连接的边为对应的滑行道的部分段，也称为唬弧(,)ijijEVV是连接了点iV和jV的唬由于滑行过程中，航空器按照一定路径滑行至目的地，弧(,)ijijEVV是有向弧，为从点iV到点jV的唬2.3场面运行过程分析按照航班运行性质，将场面运行的过程分为进场航班和离场航班。进场航班着陆后，经由快速脱离滑行道脱离跑道进入滑行阶段，而后脱离滑行道划入机坪停至机位；离场航班则在机坪推出开车后，经由滑行道进入滑行阶段，而后滑入跑道，在跑道上滑跑起飞离开机常具体过程如下图所示：图2-2场面运行过程示意图2.4场面运行限制
中国民航大学硕士学位论文15图3-1绕行滑行道示意图3.1.2绕行滑行道运行机制航空器在脱离着陆的跑道以后，在主滑行道滑行至端口时（如图3-1绕行滑行道和主滑行道的交点处），会有两个选择：穿越起飞跑道滑行和使用绕行滑行道滑行。其中穿越起飞跑道又分直接穿越起飞跑道和停止等待无影响后穿越起飞跑道。当航空器滑行至绕行滑行道与主滑行道交点O时，如果抵达该点时，跑道内无航空器，则可以选择直接穿越跑道，且不对起飞造成不安全的影响。当航空器抵达该交点O，跑道内有航空器正在或者准备起飞时，其就需要在等待点等待至无影响后，再穿越跑道。当航空器需要在该点等待的时间过长（即，起飞跑道的起飞端等待有较多航空器需要连续放飞时），航空器通过绕行滑行道滑行消耗的时间比原地等待的时间短，则考虑选择从绕行滑行道绕行。对于只在跑道一端建设了绕行滑行道的机场来说，选择绕行滑行道滑行有时能降低滑行成本，提高场面运行的效率，但有时作用是相反的。例如，假设某机场的绕行滑行道建设于跑道南端，当机场向南运行时，绕行滑行道有利于着陆航空器绕过起飞跑道直接滑行至机位；而当机场向北运行时，由于绕行滑行道在航空器着陆的跑道的入口端，航空器需要在脱离后调头向南边滑行至交点O处，再经由绕行滑行道滑行，造成滑行的成本远大于等待穿越的成本，同时增加了场面的复杂度。因此，绕行滑行道的选择要结合跑道的运行方向和绕行滑行道的位置来决定。3.2模型建立3.2.1模型假设航空器在地面滑行时不同的滑行状态对应的推力、燃油消耗是不同的。Nikoleris在对达拉斯沃思堡国际机场的研究中，将每架航空器在地面滑行分解成四个阶段：加速或减速阶段；转弯阶段；停止等待；匀速滑行阶段[38]。
【参考文献】
本文编号：2887552
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：V35
【部分图文】：
中国民航大学硕士学位论文12在数学上，网络是一种加权图，由一系列的节点和边按照一定的连通规则组成的有内部联系的实体的集合。机场场面也可以看成是一种网络，由跑道、滑行道边、节点、机位组成。将机场场面抽象成二维的由一系列的弧的集合E和对应节点集合V组成的网络图G(V,E)，作为本文研究的基本模型图。如下图所示：图2-1机场场面网络示意图图中的圆圈为跑道和滑行道、滑行道和滑行道间的交点，所有的交点构成节点集合V。而相邻的两个节点连接的边为对应的滑行道的部分段，也称为唬弧(,)ijijEVV是连接了点iV和jV的唬由于滑行过程中，航空器按照一定路径滑行至目的地，弧(,)ijijEVV是有向弧，为从点iV到点jV的唬2.3场面运行过程分析按照航班运行性质，将场面运行的过程分为进场航班和离场航班。进场航班着陆后，经由快速脱离滑行道脱离跑道进入滑行阶段，而后脱离滑行道划入机坪停至机位；离场航班则在机坪推出开车后，经由滑行道进入滑行阶段，而后滑入跑道，在跑道上滑跑起飞离开机常具体过程如下图所示：图2-2场面运行过程示意图2.4场面运行限制
中国民航大学硕士学位论文12在数学上，网络是一种加权图，由一系列的节点和边按照一定的连通规则组成的有内部联系的实体的集合。机场场面也可以看成是一种网络，由跑道、滑行道边、节点、机位组成。将机场场面抽象成二维的由一系列的弧的集合E和对应节点集合V组成的网络图G(V,E)，作为本文研究的基本模型图。如下图所示：图2-1机场场面网络示意图图中的圆圈为跑道和滑行道、滑行道和滑行道间的交点，所有的交点构成节点集合V。而相邻的两个节点连接的边为对应的滑行道的部分段，也称为唬弧(,)ijijEVV是连接了点iV和jV的唬由于滑行过程中，航空器按照一定路径滑行至目的地，弧(,)ijijEVV是有向弧，为从点iV到点jV的唬2.3场面运行过程分析按照航班运行性质，将场面运行的过程分为进场航班和离场航班。进场航班着陆后，经由快速脱离滑行道脱离跑道进入滑行阶段，而后脱离滑行道划入机坪停至机位；离场航班则在机坪推出开车后，经由滑行道进入滑行阶段，而后滑入跑道，在跑道上滑跑起飞离开机常具体过程如下图所示：图2-2场面运行过程示意图2.4场面运行限制
中国民航大学硕士学位论文15图3-1绕行滑行道示意图3.1.2绕行滑行道运行机制航空器在脱离着陆的跑道以后，在主滑行道滑行至端口时（如图3-1绕行滑行道和主滑行道的交点处），会有两个选择：穿越起飞跑道滑行和使用绕行滑行道滑行。其中穿越起飞跑道又分直接穿越起飞跑道和停止等待无影响后穿越起飞跑道。当航空器滑行至绕行滑行道与主滑行道交点O时，如果抵达该点时，跑道内无航空器，则可以选择直接穿越跑道，且不对起飞造成不安全的影响。当航空器抵达该交点O，跑道内有航空器正在或者准备起飞时，其就需要在等待点等待至无影响后，再穿越跑道。当航空器需要在该点等待的时间过长（即，起飞跑道的起飞端等待有较多航空器需要连续放飞时），航空器通过绕行滑行道滑行消耗的时间比原地等待的时间短，则考虑选择从绕行滑行道绕行。对于只在跑道一端建设了绕行滑行道的机场来说，选择绕行滑行道滑行有时能降低滑行成本，提高场面运行的效率，但有时作用是相反的。例如，假设某机场的绕行滑行道建设于跑道南端，当机场向南运行时，绕行滑行道有利于着陆航空器绕过起飞跑道直接滑行至机位；而当机场向北运行时，由于绕行滑行道在航空器着陆的跑道的入口端，航空器需要在脱离后调头向南边滑行至交点O处，再经由绕行滑行道滑行，造成滑行的成本远大于等待穿越的成本，同时增加了场面的复杂度。因此，绕行滑行道的选择要结合跑道的运行方向和绕行滑行道的位置来决定。3.2模型建立3.2.1模型假设航空器在地面滑行时不同的滑行状态对应的推力、燃油消耗是不同的。Nikoleris在对达拉斯沃思堡国际机场的研究中，将每架航空器在地面滑行分解成四个阶段：加速或减速阶段；转弯阶段；停止等待；匀速滑行阶段[38]。
【参考文献】
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3 花琦;王帮峰;钱小燕;丁萌;;基于冲突避免的滑行路径动态分配问题研究[J];中国民航飞行学院学报;2014年03期
4 赵志刚;王伟倩;黄树运;;基于改进粒子群的双层规划求解算法[J];计算机科学;2013年S2期
5 李楠;赵擎;徐肖豪;;基于A~*算法的机场滑行路径优化研究[J];计算机仿真;2012年07期
6 朱新平;汤新民;韩松臣;;A-SMGCS滑行道冲突预测与避免控制[J];南京航空航天大学学报;2011年04期
7 王艳军;胡明华;苏炜;;基于冲突回避的动态滑行路径算法[J];西南交通大学学报;2009年06期
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本文编号：2887552
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