本發(fā)明涉及航班排序方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種多跑道機(jī)場進(jìn)場航班多效能優(yōu)化排序方法。

背景技術(shù)：

隨著空中交通需求的不斷增長，空域擁擠、航班大面積延誤以及航班正點(diǎn)率下降等問題不斷涌現(xiàn)。為有效緩解空域供需矛盾，國內(nèi)外不斷加大力度進(jìn)行空域和流量管理相關(guān)技術(shù)的研究，其中，航班排序問題一直是相關(guān)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。當(dāng)前研究大多是通過構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)的智能算法進(jìn)行求解，包括遺傳算法、蟻群算法、魚群算法等，該類方法雖然能夠大幅度提升優(yōu)化效果，但同時(shí)存在排序結(jié)果穩(wěn)定性差、計(jì)算效率低下，模型過度抽象等問題。在實(shí)際工程應(yīng)用中常采用經(jīng)典的先到先服務(wù)(fcfs：firstcomefirstservice)方法進(jìn)行排序，該類方法計(jì)算效率較高，但因缺乏優(yōu)化效果，在航班量較大情況下容易產(chǎn)生過量延誤現(xiàn)象，造成空域資源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種多跑道機(jī)場進(jìn)場航班多效能優(yōu)化排序方法，通過定義多效能跑道分配評(píng)價(jià)函數(shù)來為航班分配跑道及確定進(jìn)場航線，并根據(jù)航班綜合優(yōu)先級(jí)優(yōu)化延誤分配過程、確定航班的著陸時(shí)間。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多跑道機(jī)場進(jìn)場航班多效能優(yōu)化排序方法，包括如下步驟：

(1)搜集數(shù)據(jù)信息；搜集目標(biāo)機(jī)場的跑道和進(jìn)場航線數(shù)據(jù)，航班計(jì)劃數(shù)據(jù)，航班預(yù)計(jì)著陸時(shí)間數(shù)據(jù)；進(jìn)場航班每條進(jìn)場航線的進(jìn)場時(shí)間；假設(shè)一條跑道和一個(gè)進(jìn)場點(diǎn)固定一條進(jìn)場航線；

(2)設(shè)置進(jìn)場航班排序時(shí)間區(qū)間w；按照擴(kuò)大終端的概念，當(dāng)前設(shè)置為w＝90min；

(3)航班數(shù)據(jù)篩選與集合劃分；確定本場在排序時(shí)間區(qū)間w內(nèi)的所有進(jìn)場航班集合f，所有進(jìn)場航班數(shù)量為n；根據(jù)航班的跑道分配情況，將所有進(jìn)場航班集合劃分為已分配跑道航班集合和未分配跑道航班集合兩部分，其中未分配跑道航班集合包含所有的未進(jìn)入進(jìn)場點(diǎn)的進(jìn)場航班；根據(jù)航班是否已經(jīng)經(jīng)過排序，將所有進(jìn)場航班集合劃分為已排序進(jìn)場航班集合和未排序進(jìn)場航班集合兩部分，已排序航班表示航班的可行著陸時(shí)間ui和跑道已經(jīng)確定，ui表示航班經(jīng)過排序后得出的航班可行的著陸時(shí)間；

(4)航班進(jìn)場信息整理；根據(jù)航班當(dāng)前的位置信息確定航班i，i∈f的可用進(jìn)場路徑集合和可用跑道集合以及航班i所有可能的進(jìn)場飛行時(shí)間集合

(5)跑道初次分配；對(duì)未分配跑道的航班找出航班i的最小進(jìn)場路徑飛行時(shí)間min(ftf)，所對(duì)應(yīng)的初始路徑和初始跑道并計(jì)算得到航班i的預(yù)計(jì)著陸時(shí)間跑道初次分配用于確定航班初始排序次序，并非正式分配跑道，因此經(jīng)跑道初次分配處理的航班仍屬于跑道未分配航班，后續(xù)需經(jīng)跑道再次分配處理；為保證航班安全著陸和排序結(jié)果穩(wěn)定性，定義距離著陸時(shí)間小于td(含)的進(jìn)場航班為凍結(jié)航班，對(duì)應(yīng)的凍結(jié)航班集合為d；其中，td為凍結(jié)航班劃分時(shí)間臨界值，可根據(jù)需要自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為15min；該類航班所分配的跑道、著陸時(shí)間和順序不再改變，則距離著陸時(shí)間大于td以上的進(jìn)場航班為非凍結(jié)航班，對(duì)應(yīng)的非凍結(jié)航班集合為d'，f＝d∪d'，另di為0-1變量，di＝1表示航班為凍結(jié)航班，di＝0表示航班為非凍結(jié)航班；

(6)確定當(dāng)前排序航班；根據(jù)跑道初次分配所得航班預(yù)計(jì)著陸時(shí)間找出未排序進(jìn)場航班集合中預(yù)計(jì)著陸時(shí)間最早的一架進(jìn)場航班i，

(7)跑道再次分配；

(8)確定可行著陸時(shí)間；對(duì)航班i進(jìn)行沖突探測與解脫，確定航班i在跑道ri的上可行著陸時(shí)間ui；此處的沖突探測包括跑道和終端區(qū)飛行過程中的沖突；

(9)優(yōu)化航班延誤；對(duì)比航班i預(yù)計(jì)著陸時(shí)間ti與可行著陸時(shí)間ui，并計(jì)算航班i的著陸時(shí)間偏差δti＝ui-ti，將其作為航班的延誤時(shí)間，并對(duì)其進(jìn)一步優(yōu)化。

優(yōu)選的，步驟(7)中，跑道再次分配具體為：若進(jìn)場航班i已經(jīng)分配跑道r'，則不再重新分配跑道，ri＝r'，確定航班的進(jìn)場航線p'和預(yù)計(jì)著陸時(shí)間t'，則pi＝p'，ti＝t'；若進(jìn)場航班i還未分配跑道則結(jié)合多效能跑道分配評(píng)價(jià)函數(shù)(式(1))，計(jì)算進(jìn)場航班i的多效能跑道評(píng)價(jià)系數(shù)為航班i分配跑道ri和進(jìn)場航線pi，計(jì)算預(yù)計(jì)著陸時(shí)間ti；并將航班i從未分配跑道航班集合中剔除，加入到已分配跑道航班集合

多效能跑道分配評(píng)價(jià)函數(shù)考慮進(jìn)場飛行時(shí)間，跑道流量均衡性和航班延誤三個(gè)方面，多效能跑道評(píng)價(jià)系數(shù)的計(jì)算如下：

式中，為航班i在跑道r上進(jìn)場飛行時(shí)間評(píng)價(jià)系數(shù)；為航班i可用的最短飛行時(shí)間對(duì)應(yīng)航線的影響系數(shù)：μ1和k為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)整的增長幅度；t^min為機(jī)場最小的進(jìn)場航線飛行時(shí)間，ti^min為航班i可行的最小進(jìn)場航線飛行時(shí)間；t^max為機(jī)場最長的進(jìn)場航線飛行時(shí)間，ti^max為航班i可行的最長進(jìn)場航線飛行時(shí)間；為航班i在跑道r著陸的進(jìn)場航線飛行時(shí)間偏差系數(shù)；μ2為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)整的增長幅度；為航班i在跑道r著陸對(duì)應(yīng)進(jìn)場航線飛行時(shí)間的偏差比；為航班i所有可行進(jìn)場航線飛行時(shí)間偏離最小進(jìn)場航線飛行時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差；為航班i所有可用跑道數(shù)量；

為航班i在跑道r上的流量評(píng)估系數(shù)；μ3>0用于衡量航班i所有可用跑道的流量均衡性；μ3為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于的增長幅度；c為機(jī)場容量；為航班i可用跑道集合ri的流量標(biāo)準(zhǔn)差，為航班i在跑道r的流量偏差系數(shù)，μ4為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)整的增長幅度；為航班i在跑道r的流量偏差：為跑道r的當(dāng)前已排序航班數(shù)量；為航班i在所有可用跑道上的平均流量；為航班i在跑道r著陸的準(zhǔn)點(diǎn)系數(shù)；xi∈[1,2]為延誤重視度系數(shù)；為航班i的自身優(yōu)先級(jí)，其取值范圍為{1,2,3,4}，該值由航班自身類型確定，1表示最低優(yōu)先級(jí)，一般為貨運(yùn)航班，2表示普通優(yōu)先級(jí)，一般為普通客運(yùn)航班，3表示較高優(yōu)先級(jí)，4表示最高優(yōu)先級(jí)，也可以根據(jù)需求設(shè)置和調(diào)整；ω1為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)整的增長幅度；航班i在跑道r著陸的準(zhǔn)點(diǎn)率；為航班i在跑道r著陸所需的延誤占比；為航班i在跑道r上的著陸延誤；ω2+ω3＝1；→ω2＝0.5,ω3＝0.5；為航班i在跑道r著陸所能承受的最大正延誤時(shí)間；m為普通優(yōu)先級(jí)航班在終端區(qū)內(nèi)的最大可接收延誤閥值，可自行設(shè)置，當(dāng)前已經(jīng)起飛的航班設(shè)置為45分鐘，未起飛的航班設(shè)置為2小時(shí)；ω2，ω3是的權(quán)值；為航班i的著陸趨勢優(yōu)先級(jí)，則：且if：if：為航班i在跑道r上的預(yù)計(jì)著陸時(shí)間；tsys為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間；tb為終端區(qū)外界時(shí)間范圍對(duì)應(yīng)于進(jìn)場航班排序時(shí)間區(qū)間w，tb＝w；

為了把統(tǒng)一到一個(gè)參考系，需要進(jìn)行歸一化處理；另分別為hk所能取到的最小值和最大值，則：

其中，g3'＝(1-ω4)·(g1-1)+ω4,ω4∈[0.5,1)，

優(yōu)選的，步驟(9)中，優(yōu)化航班延誤，具體為：

(91)優(yōu)化非凍結(jié)航班的延誤；若航班i為非凍結(jié)航班di＝0且著陸時(shí)間偏差δti>0；

(911)前序航班加速；計(jì)算航班i綜合優(yōu)先級(jí)li，判斷跑道ri上先于航班i前一架進(jìn)場航班j是否滿足前序航班加速條件；

航班i在跑道r上的綜合優(yōu)先級(jí)定義如下：

其中，為航班i的自身優(yōu)先級(jí)，定義參考步驟(7)為航班i的延誤動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)，則且if：定義為航班延誤占比，可知當(dāng)前排序航班i在跑道r上的著陸延誤，為航班i的著陸趨勢優(yōu)先級(jí)，定義參見步驟(7)；設(shè)置了航班的可加速最低優(yōu)先級(jí)lmin，根據(jù)需求自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為lmin＝2；

前序航班加速條件如下：

1)前序航班j綜合優(yōu)先級(jí)小于航班i綜合優(yōu)先級(jí)，li>lj；

2)航班i綜合優(yōu)先級(jí)大于最低可加速優(yōu)先級(jí)lmin，li>lmin；

3)前序航班j為非凍結(jié)航班，dj＝0；

4)前序航班j未經(jīng)過延誤處理，dj＝0，其中，dj表示航班j是否經(jīng)過延誤處理，0表示沒有經(jīng)過延誤處理，1則表示經(jīng)過延誤處理；

5)前序航班j未經(jīng)過加速處理，aj＝0，其中，aj表示航班j是否經(jīng)過加速處理，0表示沒有經(jīng)過加速處理，1則表示經(jīng)過加速處理；

6)前序航班j與航班i之間存在沖突；

若前序航班j滿足上述加速條件1)-6)，則對(duì)航班i和j進(jìn)行加速處理和沖突探測解脫，重新計(jì)算航班i和j的可行著陸時(shí)間、綜合優(yōu)先級(jí)和加速處理信息ui，uj，li，lj，ai，aj，以及著陸時(shí)間偏差δti；若不滿足以上加速條件，則直接轉(zhuǎn)至步驟(912)；

(912)判斷是否滿足延誤上限要求；判斷航班i的著陸時(shí)間偏差δti是否滿足航班i延誤上限要求，對(duì)應(yīng)于航班i的可接受延誤閾值

(9121)查找可替換航班；若航班i的著陸時(shí)間偏差δti不滿足延誤上限則從跑道ri上所有前序航班中找出航班k，判斷航班k是否滿足以下前序航班可剔除條件：

1)前序航班k優(yōu)先級(jí)小于航班i優(yōu)先級(jí)，li>lk；

2)前序航班k為非凍結(jié)航班，dk＝0；

3)航班i和前序航班k之間存在沖突；

4)航班i和前序航班k的使用不同的進(jìn)場航線，pi≠pk；

5)前序航班k已參與剔除的次數(shù)nk滿足航班避讓次數(shù)閾值k要求，nk<k，為防止某架航班被多次剔除；其中，航班避讓次數(shù)閾值k，可根據(jù)需求自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為k＝2；

6)為避讓航班i而被剔除的前序航班數(shù)量pni應(yīng)滿足航班剔除次數(shù)閾值pk要求，pni<pk，為防止航班i的排序結(jié)果過分偏離其初始次序；其中，航班剔除次數(shù)閾值pk，可根據(jù)需求自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為pk＝2；

若存在前序航班k滿足上述前序航班可剔除條件1)-6)，則將前序航班k剔除，更新uk之后的已排序航班信息，包括可行著陸時(shí)間，著陸時(shí)間偏差，更新航班避讓次數(shù)信息nk，清空航班k可行著陸時(shí)間uk，將航班k從已排序航班集合中剔除，加入到未排序航班集合然后判斷剔除航班k是否已經(jīng)飛越進(jìn)場點(diǎn)，若航班k沒有飛越進(jìn)場點(diǎn)，則清空航班k的分配跑道信息ri，進(jìn)場路徑信息pi，將航班從已分配跑道航班集合中剔除，并加入到未分配跑道航班集合轉(zhuǎn)至步驟(8)；若航班k已經(jīng)飛越進(jìn)場點(diǎn)，轉(zhuǎn)至步驟(8)；

若沒有找到可剔除航班，則判斷航班i是否已經(jīng)飛越進(jìn)場點(diǎn)，若航班i已經(jīng)飛越進(jìn)場點(diǎn)，則提高航班i的自身優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)至步驟(8)；若航班i沒有飛越進(jìn)場點(diǎn)，則將跑道ri從航班i的可用跑道集合ri中剔除，并更新航班i的可用路徑集合pi，清空航班i的分配跑道信息ri，進(jìn)場路徑信息pi，將航班i從已分配跑道航班集合中剔除，加入到未分配跑道航班集合轉(zhuǎn)至步驟(7)；

(9122)若航班i的著陸時(shí)間偏差δti＝ui-ti滿足延誤上限要求則將航班i從未排序航班集合剔除，并加入已排序航班集合轉(zhuǎn)至步驟(6)；

(92)凍結(jié)航班的延誤判定；若航班i為凍結(jié)航班di＝1且著陸時(shí)間偏差δti>0，則將跑道ri從航班i的可用跑道集合ri中剔除，并更新航班i的可用路徑集合pi，清空航班i的分配跑道信息ri，進(jìn)場路徑信息pi，將航班i從已分配跑道航班集合中剔除，加入到未分配跑道航班集合轉(zhuǎn)至步驟(7)；

(93)挖掘可用空閑時(shí)隙；若航班i為非凍結(jié)航班di＝0且著陸時(shí)間偏差δti≤0,則判斷航班i是否滿足當(dāng)前航班可加速條件；

當(dāng)前航班可加速條件如下：

1)航班i后續(xù)航班壓力大，ei>emin，ei為根據(jù)航班初次分配的結(jié)果統(tǒng)計(jì)航班i著陸跑道ri上后續(xù)排序區(qū)間w內(nèi)未排序航班的數(shù)量；emin表示當(dāng)前航班可加速的最低后續(xù)航班壓力，可以自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為emin＝20架次；

2)航班i優(yōu)先級(jí)小于最低優(yōu)先級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(含)，li≤lmin；

若航班i滿足上述可加速的條件1)和2)，則對(duì)航班i進(jìn)行加速處理，更新航班i的優(yōu)先級(jí)li、加速處理信息aj，將航班i從未排序航班集合中剔除，加入到已排序航班集合轉(zhuǎn)至步驟(6)；若航班i不滿足加速條件，將航班i從未排序航班集合中剔除，加入到已排序航班集合轉(zhuǎn)至步驟(6)；

(94)凍結(jié)航班處理；若航班i為凍結(jié)航班且著陸時(shí)間偏差δti≤0,則計(jì)算航班i的可行著陸時(shí)間ui，將航班i從未排序航班集合剔除，并加入已排序航班集合更新航班i的綜合優(yōu)先級(jí)加速處理信息aj，轉(zhuǎn)至步驟(6)。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明所述優(yōu)化排序方法能夠兼顧終端區(qū)內(nèi)進(jìn)場航班的延誤、進(jìn)場飛行時(shí)間、以及各跑道流量均衡狀況，并進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算效率高且計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的多跑道機(jī)場航班進(jìn)場排序方法流程圖。

圖2是本發(fā)明的多跑道機(jī)場航班進(jìn)場排序方法運(yùn)行結(jié)果示意圖。

圖3是本發(fā)明所采用的航班飛行計(jì)劃樣本數(shù)據(jù)示意圖。

圖4是本發(fā)明基于管制習(xí)慣的排序方法運(yùn)行結(jié)果示意圖。

圖5是本發(fā)明基于最小航線飛行時(shí)間的排序方法運(yùn)行結(jié)果示意圖。

圖6是本發(fā)明基于最小延誤的排序方法運(yùn)行結(jié)果示意圖。

圖7是本發(fā)明的不同排序方法下航班平均延誤對(duì)比示意圖。

圖8是本發(fā)明的不同排序方法下航班平均進(jìn)場飛行時(shí)間結(jié)果對(duì)比示意圖。

圖9是本發(fā)明的不同排序方法下跑道流量結(jié)果對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種多跑道機(jī)場進(jìn)場航班多效能優(yōu)化排序方法，包括如下步驟：(1)搜集數(shù)據(jù)信息。

搜集目標(biāo)機(jī)場的跑道和進(jìn)場航線數(shù)據(jù)，航班計(jì)劃數(shù)據(jù)，航班預(yù)計(jì)著陸時(shí)間數(shù)據(jù)；進(jìn)場航班每條進(jìn)場航線的進(jìn)場時(shí)間；假設(shè)一條跑道和一個(gè)進(jìn)場點(diǎn)固定一條進(jìn)場航線。

(2)設(shè)置進(jìn)場航班排序時(shí)間區(qū)間w。

按照擴(kuò)大終端的概念，當(dāng)前設(shè)置為w＝90min。

(3)航班數(shù)據(jù)篩選與集合劃分。

確定本場在排序時(shí)間區(qū)間w內(nèi)的所有進(jìn)場航班集合f，所有進(jìn)場航班數(shù)量為n；根據(jù)航班的跑道分配情況，將所有進(jìn)場航班集合劃分為已分配跑道航班集合和未分配跑道航班集合兩部分，其中未分配跑道航班集合包含所有的未進(jìn)入進(jìn)場點(diǎn)的進(jìn)場航班；根據(jù)航班是否已經(jīng)經(jīng)過排序，將所有進(jìn)場航班集合劃分為已排序進(jìn)場航班集合和未排序進(jìn)場航班集合兩部分，已排序航班表示航班的可行著陸時(shí)間ui和跑道已經(jīng)確定，ui表示航班經(jīng)過排序后得出的航班可行的著陸時(shí)間。

(4)航班進(jìn)場信息整理。

根據(jù)航班當(dāng)前的位置信息確定航班i，i∈f的可用進(jìn)場路徑集合和可用跑道集合以及航班i所有可能的進(jìn)場飛行時(shí)間集合

(5)跑道初次分配。

對(duì)未分配跑道的航班找出航班i的最小進(jìn)場路徑飛行時(shí)間min(ftf)，所對(duì)應(yīng)的初始路徑和初始跑道并計(jì)算得到航班i的預(yù)計(jì)著陸時(shí)間跑道初次分配用于確定航班初始排序次序，并非正式分配跑道，因此經(jīng)跑道初次分配處理的航班仍屬于跑道未分配航班，后續(xù)需經(jīng)跑道再次分配處理。

為保證航班安全著陸和排序結(jié)果穩(wěn)定性，定義距離著陸時(shí)間小于td(含)的進(jìn)場航班為凍結(jié)航班，對(duì)應(yīng)的凍結(jié)航班集合為d；其中，td為凍結(jié)航班劃分時(shí)間臨界值，可根據(jù)需要自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為15min；該類航班所分配的跑道、著陸時(shí)間和順序不再改變，則距離著陸時(shí)間大于td以上的進(jìn)場航班為非凍結(jié)航班，對(duì)應(yīng)的非凍結(jié)航班集合為d'，f＝d∪d'，另di為0-1變量，di＝1表示航班為凍結(jié)航班，di＝0表示航班為非凍結(jié)航班。

(6)確定當(dāng)前排序航班。

根據(jù)跑道初次分配所得航班預(yù)計(jì)著陸時(shí)間找出未排序進(jìn)場航班集合中預(yù)計(jì)著陸時(shí)間最早的一架進(jìn)場航班i，

(7)跑道再次分配。

若進(jìn)場航班i已經(jīng)分配跑道r'，則不再重新分配跑道，ri＝r'，確定航班的進(jìn)場航線p'和預(yù)計(jì)著陸時(shí)間t'，則pi＝p'，ti＝t'；若進(jìn)場航班i還未分配跑道則結(jié)合多效能跑道分配評(píng)價(jià)函數(shù)(式(1))，計(jì)算進(jìn)場航班i的多效能跑道評(píng)價(jià)系數(shù)為航班i分配跑道ri和進(jìn)場航線pi，計(jì)算預(yù)計(jì)著陸時(shí)間ti；并將航班i從未分配跑道航班集合中剔除，加入到已分配跑道航班集合

多效能跑道分配評(píng)價(jià)函數(shù)考慮進(jìn)場飛行時(shí)間，跑道流量均衡性和航班延誤三個(gè)方面，多效能跑道評(píng)價(jià)系數(shù)的計(jì)算如下：

式中，為航班i在跑道r上進(jìn)場飛行時(shí)間評(píng)價(jià)系數(shù)；為航班i可用的最短飛行時(shí)間對(duì)應(yīng)航線的影響系數(shù)：μ1和k為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)整的增長幅度；t^min為機(jī)場最小的進(jìn)場航線飛行時(shí)間，ti^min為航班i可行的最小進(jìn)場航線飛行時(shí)間；t^max為機(jī)場最長的進(jìn)場航線飛行時(shí)間，ti^max為航班i可行的最長進(jìn)場航線飛行時(shí)間；為航班i在跑道r著陸的進(jìn)場航線飛行時(shí)間偏差系數(shù)；μ2為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)整的增長幅度；為航班i在跑道r著陸對(duì)應(yīng)進(jìn)場航線飛行時(shí)間的偏差比；為航班i所有可行進(jìn)場航線飛行時(shí)間偏離最小進(jìn)場航線飛行時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差；為航班i所有可用跑道數(shù)量；

為航班i在跑道r上的流量評(píng)估系數(shù)；μ3>0用于衡量航班i所有可用跑道的流量均衡性；μ3為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于的增長幅度；c為機(jī)場容量；為航班i可用跑道集合ri的流量標(biāo)準(zhǔn)差，為航班i在跑道r的流量偏差系數(shù)，μ4>0；μ4為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)整的增長幅度；為航班i在跑道r的流量偏差：為跑道r的當(dāng)前已排序航班數(shù)量；為航班i在所有可用跑道上的平均流量；為航班i在跑道r著陸的準(zhǔn)點(diǎn)系數(shù)；xi∈[1,2]為延誤重視度系數(shù)；為航班i的自身優(yōu)先級(jí)，其取值范圍為{1,2,3,4}，該值由航班自身類型確定，1表示最低優(yōu)先級(jí)，一般為貨運(yùn)航班，2表示普通優(yōu)先級(jí)，一般為普通客運(yùn)航班，3表示較高優(yōu)先級(jí)，4表示最高優(yōu)先級(jí)，也可以根據(jù)需求設(shè)置和調(diào)整；ω1為調(diào)節(jié)參數(shù)，用于調(diào)整的增長幅度；航班i在跑道r著陸的準(zhǔn)點(diǎn)率；為航班i在跑道r著陸所需的延誤占比；為航班i在跑道r上的著陸延誤；ω2+ω3＝1；→ω2＝0.5,ω3＝0.5；為航班i在跑道r著陸所能承受的最大正延誤時(shí)間；m為普通優(yōu)先級(jí)航班在終端區(qū)內(nèi)的最大可接收延誤閥值，可自行設(shè)置，當(dāng)前已經(jīng)起飛的航班設(shè)置為45分鐘，未起飛的航班設(shè)置為2小時(shí)；ω2，ω3是的權(quán)值；為航班i的著陸趨勢優(yōu)先級(jí)，則：且if：if：為航班i在跑道r上的預(yù)計(jì)著陸時(shí)間；tsys為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間；tb為終端區(qū)外界時(shí)間范圍對(duì)應(yīng)于進(jìn)場航班排序時(shí)間區(qū)間w，tb＝w。

為了把統(tǒng)一到一個(gè)參考系，需要進(jìn)行歸一化處理；另分別為hk所能取到的最小值和最大值。則

其中，g3'＝(1-ω4)·(g1-1)+ω4,ω4∈[0.5,1)，

(8)確定可行著陸時(shí)間。

對(duì)航班i進(jìn)行沖突探測與解脫，確定航班i在跑道ri的上可行著陸時(shí)間ui；此處的沖突探測包括跑道和終端區(qū)飛行過程中的沖突。

(9)優(yōu)化航班延誤。

對(duì)比航班i預(yù)計(jì)著陸時(shí)間ti與可行著陸時(shí)間ui，并計(jì)算航班i的著陸時(shí)間偏差δti＝ui-ti，將其作為航班的延誤時(shí)間，并對(duì)其進(jìn)一步優(yōu)化。

step9.1：優(yōu)化非凍結(jié)航班的延誤。

若航班i為非凍結(jié)航班di＝0且著陸時(shí)間偏差δti>0。

step9.1.1：前序航班加速。

計(jì)算航班i綜合優(yōu)先級(jí)li(式(2))，判斷跑道ri上先于航班i前一架進(jìn)場航班j是否滿足前序航班加速條件。

航班i在跑道r上的綜合優(yōu)先級(jí)定義如下

其中，為航班i的自身優(yōu)先級(jí)，定義參考步驟(7)為航班i的延誤動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)，則且if：定義為航班延誤占比(參見(7)計(jì)算方法)，可知當(dāng)前排序航班i在跑道r上的著陸延誤，為航班i的著陸趨勢優(yōu)先級(jí)，定義參見步驟(7)；設(shè)置了航班的可加速最低優(yōu)先級(jí)lmin，根據(jù)需求自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為lmin＝2；

前序航班加速條件如下：

1)前序航班j綜合優(yōu)先級(jí)小于航班i綜合優(yōu)先級(jí)，li>lj；

2)航班i綜合優(yōu)先級(jí)大于最低可加速優(yōu)先級(jí)lmin，li>lmin；

3)前序航班j為非凍結(jié)航班，dj＝0；

4)前序航班j未經(jīng)過延誤處理，dj＝0，其中，dj表示航班j是否經(jīng)過延誤處理，0表示沒有經(jīng)過延誤處理，1則表示經(jīng)過延誤處理；

5)前序航班j未經(jīng)過加速處理，aj＝0，其中，aj表示航班j是否經(jīng)過加速處理，0表示沒有經(jīng)過加速處理，1則表示經(jīng)過加速處理；

6)前序航班j與航班i之間存在沖突；

若前序航班j滿足上述加速條件1)-6)，則對(duì)航班i和j進(jìn)行加速處理和沖突探測解脫，重新計(jì)算航班i和j的可行著陸時(shí)間、綜合優(yōu)先級(jí)和加速處理信息ui，uj，li，lj，ai，aj，以及著陸時(shí)間偏差δti；若不滿足以上加速條件，則直接轉(zhuǎn)至step9.1.2。

step9.1.2：判斷是否滿足延誤上限要求。判斷航班i的著陸時(shí)間偏差δti是否滿足航班i延誤上限要求，對(duì)應(yīng)于航班i的可接受延誤閾值

step9.1.2.1：查找可替換航班。若航班i的著陸時(shí)間偏差δti不滿足延誤上限則從跑道ri上所有前序航班中找出航班k，判斷航班k是否滿足以下前序航班可剔除條件：

1)前序航班k優(yōu)先級(jí)小于航班i優(yōu)先級(jí)，li>lk；

2)前序航班k為非凍結(jié)航班，dk＝0；

3)航班i和前序航班k之間存在沖突；

4)航班i和前序航班k的使用不同的進(jìn)場航線，pi≠pk；

5)前序航班k已參與剔除的次數(shù)nk滿足航班避讓次數(shù)閾值k要求，nk<k，為防止某架航班被多次剔除；其中，航班避讓次數(shù)閾值k，可根據(jù)需求自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為k＝2；

6)為避讓航班i而被剔除的前序航班數(shù)量pni應(yīng)滿足航班剔除次數(shù)閾值pk要求，pni<pk，為防止航班i的排序結(jié)果過分偏離其初始次序；其中，航班剔除次數(shù)閾值pk，可根據(jù)需求自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為pk＝2；

若存在前序航班k滿足以上前序航班可剔除條件1)-6)，則將前序航班k剔除，更新uk之后的已排序航班信息，包括可行著陸時(shí)間，著陸時(shí)間偏差，更新航班避讓次數(shù)信息nk，清空航班k可行著陸時(shí)間uk，將航班k從已排序航班集合中剔除，加入到未排序航班集合然后判斷剔除航班k是否已經(jīng)飛越進(jìn)場點(diǎn)，若航班k沒有飛越進(jìn)場點(diǎn)，則清空航班k的分配跑道信息ri，進(jìn)場路徑信息pi，將航班從已分配跑道航班集合中剔除，并加入到未分配跑道航班集合轉(zhuǎn)至步驟(8)；若航班k已經(jīng)飛越進(jìn)場點(diǎn)，轉(zhuǎn)至步驟(8)；

若沒有找到可剔除航班，則判斷航班i是否已經(jīng)飛越進(jìn)場點(diǎn)，若航班i已經(jīng)飛越進(jìn)場點(diǎn)，則提高航班i的自身優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)至步驟(8)；若航班i沒有飛越進(jìn)場點(diǎn)，則將跑道ri從航班i的可用跑道集合ri中剔除，并更新航班i的可用路徑集合pi，清空航班i的分配跑道信息ri，進(jìn)場路徑信息pi，將航班i從已分配跑道航班集合中剔除，加入到未分配跑道航班集合轉(zhuǎn)至步驟(7)。

step9.1.2.2：若航班i的著陸時(shí)間偏差δti＝ui-ti滿足延誤上限要求則將航班i從未排序航班集合剔除，并加入已排序航班集合轉(zhuǎn)至步驟(6)。

step9.2：凍結(jié)航班的延誤判定；若航班i為凍結(jié)航班di＝1且著陸時(shí)間偏差δti>0，則將跑道ri從航班i的可用跑道集合ri中剔除，并更新航班i的可用路徑集合pi，清空航班i的分配跑道信息ri，進(jìn)場路徑信息pi，將航班i從已分配跑道航班集合中剔除，加入到未分配跑道航班集合轉(zhuǎn)至步驟(7)。

step9.3：挖掘可用空閑時(shí)隙；若航班i為非凍結(jié)航班di＝0且著陸時(shí)間偏差δti≤0,則判斷航班i是否滿足當(dāng)前航班可加速條件；

當(dāng)前航班可加速條件如下：

1)航班i后續(xù)航班壓力大，ei>emin，ei為根據(jù)航班初次分配的結(jié)果統(tǒng)計(jì)航班i著陸跑道ri上后續(xù)排序區(qū)間w內(nèi)未排序航班的數(shù)量；emin表示當(dāng)前航班可加速的最低后續(xù)航班壓力，可以自行設(shè)置，當(dāng)前設(shè)置為emin＝20架次；

2)航班i優(yōu)先級(jí)小于最低優(yōu)先級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(含)，li≤lmin；

若航班i滿足可加速的條件1)和2)，則對(duì)航班i進(jìn)行加速處理，更新航班i的優(yōu)先級(jí)li、加速處理信息aj，將航班i從未排序航班集合中剔除，加入到已排序航班集合轉(zhuǎn)至步驟(6)。若航班i不滿足加速條件，將航班i從未排序航班集合中剔除，加入到已排序航班集合轉(zhuǎn)至步驟(6)。

step9.4：凍結(jié)航班處理；若航班i為凍結(jié)航班且著陸時(shí)間偏差δti≤0,則計(jì)算航班i的可行著陸時(shí)間ui，將航班i從未排序航班集合剔除，并加入已排序航班集合更新航班i的綜合優(yōu)先級(jí)加速處理信息aj，轉(zhuǎn)至步驟(6)。

根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)思路，開發(fā)和實(shí)現(xiàn)了多跑道機(jī)場航班進(jìn)場排序原型系統(tǒng)，鑒于系統(tǒng)截圖清晰度問題，手繪原型系統(tǒng)其運(yùn)行界面示意圖如圖2所示，圖中包含三根時(shí)間軸，代表機(jī)場三條不同跑道的進(jìn)離場航班隊(duì)列，每根時(shí)間軸左側(cè)為進(jìn)場降落航班隊(duì)列，右側(cè)為離場航班隊(duì)列；圖中每個(gè)方框代表一架航班，方框內(nèi)包含航班號(hào)以及該航班經(jīng)排序后的延誤信息，時(shí)間軸頂部置灰航班為凍結(jié)航班，其余為非凍結(jié)航班；選取北京首都機(jī)場某典型日不同時(shí)刻的終端區(qū)航班運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，其中選取8:30、10:30、14:30、17:30、22:30五個(gè)時(shí)刻，對(duì)應(yīng)航班架次為22，46，29，41，56，原型系統(tǒng)運(yùn)算時(shí)間分別為1秒，2秒，1秒，2秒，2秒。圖3為航班計(jì)劃數(shù)據(jù)和優(yōu)化后的結(jié)果數(shù)據(jù)示例，從兩圖可以看出通過本發(fā)明方法，航班進(jìn)場排序優(yōu)化效果明顯。

為說明本發(fā)明方法的優(yōu)化效果，在系統(tǒng)中還將所提優(yōu)化排序方法(曲線一)與以下三種不同排序方法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，分別為基于管制習(xí)慣的排序方法(曲線二)、基于最小航線飛行時(shí)間的排序方法(曲線三)和基于最小延誤的排序方法(曲線四)。其中，基于管制習(xí)慣的排序方法是基于歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，而基于最小進(jìn)場飛行時(shí)間的排序方法和基于最小延誤的排序方法則基于貪婪算法，本發(fā)明所提方法簡稱為優(yōu)化排序方法。三種排序方法的運(yùn)行結(jié)果圖4、圖5和圖6所示。

下面分別從平均進(jìn)場飛行時(shí)間、平均延誤時(shí)間、跑道流量均衡三個(gè)方面對(duì)上述四種排序方法進(jìn)行對(duì)比。其中跑道流量均衡性為各跑道的流量均衡情況。

圖7為不同排序方法下航班平均延誤結(jié)果對(duì)比。由圖可知，從整體延誤水平上看，優(yōu)化效果由從優(yōu)到劣依次為基于最小延誤排序方法、優(yōu)化排序方法、基于管制習(xí)慣的排序方法、基于最小進(jìn)場飛行時(shí)間排序方法，其中所提優(yōu)化排序方法與基于最小延誤排序方法的評(píng)價(jià)結(jié)果貼合度較高，在8:30、14:30兩個(gè)時(shí)刻表現(xiàn)優(yōu)于最小延誤排序方法。此外，隨著航班量的變化，以基于最小飛行延誤排序方法結(jié)果為基準(zhǔn)，優(yōu)化排序方法結(jié)果偏差較小，優(yōu)化效果較為穩(wěn)定，明顯優(yōu)于其他兩種排序方法，由此說明優(yōu)化排序方法對(duì)航班延誤進(jìn)行了有效控制。

圖8為不同排序方法下航班平均進(jìn)場飛行時(shí)間結(jié)果對(duì)比，由圖可知，從航班平均進(jìn)場飛行時(shí)間上看，優(yōu)化效果由從優(yōu)到劣依次為基于最小進(jìn)場飛行時(shí)間排序方法、優(yōu)化排序方法、基于管制習(xí)慣的排序方法、基于最小延誤排序方法。其中，以基于最小進(jìn)場飛行時(shí)間排序方法結(jié)果為基準(zhǔn)，優(yōu)化排序方法結(jié)果偏差最小，優(yōu)化效果穩(wěn)定，而基于最小延誤排序方法與基于管制習(xí)慣的排序方法結(jié)果偏差較大且波動(dòng)明顯。由此說明優(yōu)化排序方法對(duì)航班進(jìn)場飛行時(shí)間進(jìn)行了有效控制。

圖9為同排序方法下跑道流量結(jié)果對(duì)比，從跑道均衡性上來看，優(yōu)化效果從優(yōu)到劣依次為優(yōu)化排序方法、基于最小延誤排序方法、基于最小進(jìn)場飛行時(shí)間排序方法、基于管制習(xí)慣的排序方法。其中，優(yōu)化排序方法下，各跑道流量偏差較小，雖存在小幅波動(dòng)，但總體平穩(wěn)；基于管制習(xí)慣的排序方法則導(dǎo)致跑道流量存在明顯波動(dòng)；由此說明優(yōu)化排序方法對(duì)各跑道流量均衡狀況進(jìn)行了有效控制。

盡管本發(fā)明就優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。