民航机场停机位分配与优化技术研究

论文摘要

民航机场是航空运输链中旅客、货物和邮件的起始点、转接点和终结点，也是一个国家和地区最重要的基础设施之一。机场关注的焦点一直是航空安全、优质服务和经营效益三个方面，面临的主要压力是设施容量不足，保障能力难以适应航空运输业的快速发展。因此，如何在保证地面飞行安全的前提下，通过生产资源的合理调度与优化配置，提高服务水平，提高设施资源利用率，从而提高经营效益，已经成为机场运营迫切需要深入研究和尽快解决的关键问题。本文利用系统优化和系统仿真，以及人工智能的理论与方法，对机场生产调度的核心环节——停机位分配(Aircraft Stands Assignment，简称ASA)及其优化技术进行了研究，以期为机场生产调度提供理论和方法支持。本文的主要研究工作及创新点如下：1．深入考察了民航机场生产调度过程，论述了ASA方法及其优化技术研究的重大意义，分析了国内外ASA问题的研究现状和存在的问题，探讨了ASA问题的研究策略；2．分析了实际ASA过程的约束条件和目标要求，引进建模假设和简化条件，将ASA过程中的基本约束形式化地表述为一组约束函数，以旅客在机场移动距离最短和机场设施设备利用率最高作为目标函数，建立了ASA问题的多目标二次整数规划模型，为ASA优化算法研究奠定了基础；3．根据禁忌搜索算法的基本理论和方法，提出了ASA优化求解算法，并对该算法的能行性进行了分析。在算法设计中，引进了解集元素之间距离的概念，提出了“蜘蛛型”和“蝌蚪型”侯选解集结构以及相应的邻域搜索方法，较好地实现了集中搜索和分散搜索策略；4．采用基于随机事件模型的系统仿真技术，建立了ASA仿真与优化实验平台，对ASA实际过程进行计算机仿真，在此基础上进行计算实验，对ASA优化模型和算法进行验证研究，证明了本文提出的ASA优化模型和算法的可行性与有效性；5．利用基于规则的推理机制处理附加约束，以弥补模型和算法对描述和处理复杂约束的能力的不足，进而探讨了ASA知识库和推理机的实现技术；6．分析了实际ASA过程中的突发事件及其影响，提出了ASA应急管理的策略与目标，以及动态约束的处理机制，探讨了ASA优化调度的鲁棒性和受扰恢复技术，提出了将ASA静态优化提升为动态优化的技术途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 机场运营与停机位分配
• 1.2 ASA的研究现状
• 1.2.1 ASA优化技术研究
• 1.2.2 ASA仿真技术研究
• 1.2.3 ASA人工智能技术研究
• 1.2.4 ASA相关领域研究
• 1.3 ASA研究存在的问题
• 1.4 ASA问题的研究策略
• 1.4.1 系统优化的方法
• 1.4.2 建模和求解技术
• 1.4.3 系统仿真技术
• 1.5 研究内容与章节安排
• 1.5.1 主要研究内容
• 1.5.2 主要技术路线
• 1.5.3 章节安排
• 1.5.4 课题来源
• 1.6 本章小结
• 第二章 ASA过程分析与优化建模技术
• 2.1 ASA过程分析
• 2.1.1 民航机场简介
• 2.1.2 ASA问题描述
• 2.1.3 ASA的约束与目标
• 2.1.3.1 ASA的约束条件
• 2.1.3.2 ASA的目标要求
• 2.2 假设条件
• 2.3 多目标规划向量模型
• 2.4 多目标模型向单目标模型转化
• 2.5 向量模型向数量模型转化
• 2.6 输入数据定义
• 2.7 目标函数构造
• 2.8 约束条件的形式化表述
• 2.9 优化模型
• 2.10 本章小结
• 第三章 基于禁忌搜索的ASA优化求解技术
• 3.1 组合优化与智能计算
• 3.1.1 组合优化与ASA
• 3.1.2 现代智能算法
• 3.2 禁忌搜索算法理论
• 3.2.1 启发式邻域搜索算法
• 3.2.2 禁忌搜索算法的基本概念
• 3.2.3 禁忌搜索算法流程
• 3.2.4 禁忌搜索算法的收敛性
• 3.3 ASA禁忌搜索算法设计
• 3.3.1 搜索方法
• 3.3.2 候选解集构造
• 3.3.3 禁忌机制
• 3.3.4 评价函数
• 3.3.5 其他要素
• 3.3.6 ASA禁忌搜索算法流程
• 3.4 ASA禁忌搜索算法复杂性分析
• 3.4.1 算法及其复杂性
• 3.4.2 ASAOPTIMIZER算法复杂性分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 ASA优化模型和算法验证
• 4.1 系统仿真与ASA研究
• 4.1.1 系统仿真的基本概念
• 4.1.2 系统仿真技术与ASA研究
• 4.2 ASA仿真与优化数值试验平台
• 4.3 ASA过程的系统仿真
• 4.3.1 环境仿真
• 4.3.2 方法仿真
• 4.4 ASA优化模型和算法的算例验证
• 4.4.1 正确性验证
• 4.4.2 初始解依赖性
• 4.4.3 ASA优化器效能验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 智能ASA优化系统的实现技术
• 5.1 基于规则ASA推理技术
• 5.1.1 专家系统概述
• 5.1.2 基于规则的ASA知识库
• 5.1.3 基于规则的ASA推理机
• 5.2 ASA应急管理
• 5.2.1 突发事件与应急管理
• 5.2.2 ASA中的突发事件及其处理策略
• 5.3 ASA优化模型和算法的改进
• 5.4 智能ASA优化系统集成
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要工作
• 6.2 研究工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间科研和论文发表情况
• 致谢