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1、XXXXXX大学毕业论文机场航空器地面滑行优化方法研究学生：XXX 指导教师：XXX摘 要 机场航空器地面滑行优化是短期内缓解滑行冲突、减小滑行成本、降低环境污染的重要途径，无论在经济层面还是环境层面都有着重要的意义。本文以航空器地面滑行优化为技术手段，以提升运行效率为根本动因，以滑行总时间最小为目标函数，利用最小费用流的基本思想，Dijkstra算法，混合整数规划模型，给出了一种改进的求解最优滑行路径的方法。首先着眼于机场地面滑行道系统，从理论研究和实际运行层面对其进行了科学、系统和深入的研究。然后基于航空器地面运行的网络特性，给出了航空器地面运行网络模型，并简要介绍了航空器地面滑行的基本规
2、则和在这一过程中可能出现的三种滑行冲突，同时选取滑行距离、冲突等待时间、冲突等待次数、转弯次数作为本文的优化目标。核心内容是建立了系统的航空器滑行优化模型。将飞机的安全间隔、滑行规则和这三类冲突避免作为约束条件，通过动态寻找最优路径或动态改变滑行道上的冲突，来实现规划期内航空器滑行的局部最优性和全局最优性，同时给出了模型对应的算法流程，提高了模型的实际可行性。并以海口美兰国际机场为例，利用实际航班时刻数据进行算例分析，把优化结果与实际滑行时间进行对比，验证了该模型的可行性和优越性。关键词：地面滑行；滑行时间优化；最短路径；Dijkstra算法；混合整数规划模型OPTIMIZATION OF A
3、IRCRAFT GROUND TAXIINGStudent: FanHaiyan Instructs teacher: LiMingjieAbstractThe optimization of aircraft ground taxiing is one of the most important methods to reduce operation conflicts, aircraft taxiing cost and emission within short-term. It has great meaning on both economy and environment. In
4、this thesis, taking airport aircraft taxiing optimization as technological means, taking operation efficiency improvement as fundamental motivation, taking total aircraft taxiing time as theobjectivefunction, and make use of the basic idea of the minimum cost flow, Dijkstra algorithm, mixed integer
5、programming model, gives an improved methods for solving the optimal taxiing path. Firstly, focus on airport ground taxiway system, systematically and deeply research from theory to actual operation. Then, based on network character of aircraft ground operation, given the network model with nodes an
6、d arcs, and a brief introduction to the aircraft taxi basic rules and three kind of taxiing conflict that may occur. And select taxiing distance, waiting time of conflict, conflict waiting times, the number of turns as the optimization objective of this thesis. The core of this study is to establish
7、 the optimization model of the aircraft taxiing with the constraints of the safety separation, taxiing rules, and conflict avoidance. Through dynamic search for the optimal path or dynamic change the conflict on the taxiway, to realize the local optimality and global optimality of planning period, a
8、lso gives the corresponding algorithm flow to improve the practical feasibility of the model. Taken Haikou Meilan international airport as an example, the optimum result and the actual taxiing time are compared based on the field data, which shows the feasibility and the advantage of the model.Key w
9、ords: Ground taxiing; taxiing time optimization; Dijkstra algorithm; mixed integer programming model目 录引言- 5 -1绪论- 5 -1.1选题背景- 5 -1.2滑行优化问题的国内外研究现状- 6 -1.2.1国外研究现状- 6 -1.2.2国内研究现状- 7 -1.3研究的目的与意义- 7 -1.4本文研究的主要内容- 8 -2机场地面滑行系统分析- 8 -2.1滑行道系统的基本概念- 8 -2.1.1滑行道的分类- 8 -2.1.2滑行道的属性- 9 -2.2滑行道调度- 9 -2.2.
10、1进场航空器滑行调度- 10 -2.2.2离场航空器滑行调度- 10 -2.3滑行冲突与避免- 10 -2.3.1对头冲突分析- 11 -2.3.2追尾冲突分析- 11 -2.3.3交叉冲突分析- 12 -2.4滑行规则- 12 -2.5滑行道网络模型分析- 13 -2.6滑行优化分析- 14 -2.6.1滑行优化的限制因素- 14 -2.6.2滑行优化的目标- 14 -2.7本章小结- 15 -3航空器地面滑行优化模型的构建- 15 -3.1假设条件- 15 -3.2Dijkstra算法简介- 16 -3.3输入参数的定义- 16 -3.4构造目标函数- 17 -3.4.1局部目标函数- 1
11、7 -3.4.2全局目标函数- 17 -3.5约束函数构造- 18 -3.6构造优化模型- 19 -3.7算法设计- 19 -3.8模型参数的选取- 20 -3.9本章小结- 21 -4海口美兰国际机场地面滑行优化分析- 22 -4.1海口美兰国际机场概况- 22 -4.2海口美兰机场滑行道运行现状- 22 -4.2航空器地面滑行优化结果- 24 -4.3优化方案分析- 27 -4.3.1实际使用方案- 27 -4.3.2优化方案的分析- 27 -4.4本章小结- 28 -5结论- 28 -致谢- 30 -参考文献- 31 -引 言近年来，随着我国经济的飞速发展，民航运输业平均以每年近151的
12、高速度发展，机场单位时间内起降的航空器数量也日益增多，由此导致机场地面运行变得相当复杂，交叉冲突不断产生，成为空中交通运输网络的“瓶颈”。 一些机场出现较为频繁的航空器地面事故和大面积的航班延误，造成了航空运输的巨大经济损失和不安全隐患。然而，机场基础设施扩建的周期远远跟不上空中交通需求的增长,所以当务之急是提高整个机场系统的运作效率，以最经济的方式解决机场资源的冲突。机场中存在很多制约空中交通流量的因素2,其中主要是跑道、滑行道和停机位。国内外学者对跑道操作3和停机位分配操作4进行了很多相关研究。在这些研究中，滑行道只是作为跑道和停机位的一个中间过程而没有被详细考虑。近几年来，滑行过程中的动
13、态性和不确定性对进/离场航班延误的影响日益凸显，研究重点也逐渐转移到优化机场地面滑行路径以提高机场运行效率上来。1绪论1.1选题背景随着经济的飞速发展和改革开放政策的不断深入，中国民用航空运输的发展速度日益加快。2010年我国机场运输量各项指标再创历史新高5，全行业完成的运输总周转量538亿吨每公里，旅客运输量2.68亿人次和货邮运输量553万吨，中国民航已成为全球第二大航空运输系统。“十一五”期间，全国共新增机场33个，改扩建机场33个，到2010年底全国颁证运输机场达到175个。我国要在“十二五”期间由航空大国迈向航空强国。目前，我国运输机队总量达到1597架，是2005年的1.85倍，通
14、用机队规模也翻番，达到1010架。航空业务量的持续高速增长为航空运输系统带来了巨大的运行和管理压力，航班延误和机场拥堵现象日益严重，带来了经济、社会及环境等的多重负面影响。根据民航局的统计，2005年至2009年期间航班正点率最高的年份出现在 2007年，该年度航班正点率为83.09%，而2010年的航班正点率已降至75%。2011 民航局重点开展了排堵保畅工作，1月至11月的平均航班正常率为76.5%，同比虽有增长但与前几年相比仍有下降。随着空中交通流量和航班量的不断增长，机场作为流量的起讫点承载的空中交通压力不断增加，地面滑行的延误严重影响了机场场面的运行效率，最终造成航空运输的巨大经济损
15、失6。2009年召开的全国民航空管会议提出，若每架航班空中飞行或地面滑行平均增加3分钟，航空公司由此导致的全年运行总成本将增加至少20亿人民币。航空业的持续增长促使民航系统在基础设施和现代化设备更新方面进行巨大的投资，很多机场都在实施相应举措来提高机场的容量，主要包括增加跑道、扩建机场和建设新机场等，以满足空中交通流量日益增大的需要。尽管基础设施的扩建对增大机场容量十分有效，但通常代价昂贵而且实现周期很长。因此如何在现有的物理结构下，在短期内实现交通流与场面资源的优化配置，降低场面滑行时间，减少环境污染并提升现有容量是全球范围内的研究热点。先进的机场场面引导与控制系统A-SMGCS（Advanced Surface Movement Guidance and Control System）是国际民航组织提出的当前最先进的场面运行控制系统，具有监视、控制、路由和引导四大功能。其目标是实现在任何密度、能见度和复杂条件下，均支持航空器安全、有序、迅速的移动。目前，虽然国外已经存在先进的场面运行控制系统，能够满足机场场面运行安全和效率要求，但其价格高达几百万欧元，十分昂贵，所以
