[发明专利]一种航路时隙资源协同多目标优化分配方法

说明书

技术领域

本发明属于空中交通管理领域，特别涉及一种可应用于空中交通流量管理、优化利用与配置空域资源的协同多目标分配实现方法。

背景技术

航路时隙资源分配一般引入协同决策机制，针对计划航路容量受限情况及可用空域，开辟数条临时航路以缓解计划航路的运行压力，根据航班延误成本、航路容量等条件，协同分配航路时隙资源，充分利用空域，优化安排航班。美国麦特公司开发了协同航路资源分配工具，飞行用户可提供多个可选航路，根据可用航路和飞行用户偏好等信息，以最高偏好为目标分配最佳航路，从而有效减轻天气等因素导致的航路拥挤影响。空域流量管理程序是美国联邦航空局采用的航路资源管理策略，根据流量限制区域的可用航路时隙资源和飞行需求，按照各相关方协同决策目标优化分配航路时隙。欧洲航行安全组织提出了空中交通流量和容量管理概念，通过结合地面等待和改航，协同分配空域容量，调配飞行流量。国内研究成果以理论研究为主，有学者综合利用地面等待、动态航路、条件航路等多种管理手段，引入动态航路、条件航路开放成本，建立了以最小运行成本为目标的数学模型；还有学者考虑了航路耦合容量，建立了整合改航策略和等待策略的协同多航路资源分配的0-1整数规划模型，充分利用了可用航路资源，降低了航班总延误成本。

现有研究一般以不同度量形式的延误损失最小为优化分配目标，延误损失主要体现了航路运行效率的高低，多相关方协同决策往往需要分配方法能够全面反映协同航路资源分配的功效性、公平性、有效性等方面，建立多优化目标，提供多种分配策略供决策者选择。目前尚缺少一种协同航路资源多目标分配的实现方法。

发明内容

发明目的：本发明要解决的技术问题是：按照协同决策的算法，建立协同航路时隙资源分配的多目标优化模型，根据空域容量和流量条件，合理分配计划航路或临时航路时隙资源，提供分配策略集，兼顾空管、航空公司、旅客等多相关方偏好或利益，有效缓解空域拥挤，保障空中交通顺畅。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种航路时隙资源协同多目标优化分配方法，包括如下步骤：

步骤1：构建航路时隙资源协同决策信息平台，获取包括容量、延误成本、转弯点数量在内的流量受限空域内的计划航路及临时航路信息，获取计划航路下游空域单元的可用时隙信息，获取包括航班计划、机型、载客数在内的航班运行信息；

步骤2：利用步骤1构建的协同决策信息平台，制定协同航路时隙分配的算法；

步骤3：根据步骤2制定的协同航路时隙分配的算法，以全部航班总延误损失最小为目标建立目标函数；

步骤4：根据步骤2制定的协同航路时隙分配的算法，以全部航班总转弯点数量最小为目标建立目标函数；

步骤5：根据步骤2制定的协同航路时隙分配的算法，以平均旅客延误时间最小为目标建立目标函数；

步骤6：根据步骤2制定的协同航路时隙分配的算法，建立满足有效性的约束条件；

步骤7：根据步骤3、步骤4、步骤5确定的目标函数及步骤6确定的约束条件，建立协同航路时隙资源分配的多目标优化模型；

步骤8：采用Lingo、Matlab等数学软件求解步骤7建立的多目标优化模型，得出非劣解集，形成航路时隙资源分配策略集；

步骤9：通过步骤1构建的航路时隙资源协同决策信息平台，发布航路时隙资源分配策略，进行多目标优化分配。

步骤3中以全部航班总延误损失最小为目标建立目标函数为：