虹桥机场航班智能调度问题

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虹桥机场航班智能调度问题

作者：王昱

来源：《科技风》2017年第16期

摘要：机场航班智能调度已经逐渐纳入评价机场的重要条件之一，目前机场调度规则大

多还是人工决策模式。本文针对曾发生严重 A 类穿越事件的上海虹桥机场航班调度建立了跑

道服务智能调度模型，提高了飞机调度安全和提高准点率和起降效率，与人工管理相比，极大地提高了机场的安全性能和利用率。本文建立了基于遗传算法和元胞自动机模型的目标规划模型，首先建立基本的安全等待模型，将机场抽象为有向节点图，滑行道抽象为队列结构，规定滑行道上只有节点处能停放飞机，借用元胞自动机的方法，模拟了飞机在滑行道上的运动情况。为了能较真实地模拟实际飞机的运动情况，得到更有价值的模拟数据，我们设定了一组描述飞机单向滑行和排队等待的的状态变换规则。我们重点考虑了飞机运动的起始条件，终止条件，前进条件，排队等待条件，变道条件和穿越跑道条件等，以期保障飞机起降时绝对的安全性。其次，我们建立了运行效率较高的安全等待模型，设定了准点率和起降效率的具体形式，我们用计划与起飞时间的残差和和准点的飞机与总的飞机的比值共同描述飞机的准点率，用飞机在滑行道上的等待时间描述起降效率。

关键词：机场调度；元胞自动机模型

一、问题重述

（一）问题背景

2016 年 10 月 11 日，上海虹桥机场发生了由于人工调度而引起的安全事故。塔台空管人

员的人工指挥的失误，造成东航一家 A320 客机在滑出跑道即将起飞时，发现另外一家 A330 客机正在横穿跑道，不得不从 A330 的上空强行掠过，倘若没有 A320 机长的决断，这将会是一场可怕的空难。因此，人工决策不能有效的解决机场调度的安全问题和运行效率问题，智能调度模型的建立和运用将会是解决机场安全问题和提高机场运行效率的一种稳定性好的，可行性高的，可操作性强的解决方案。

（二）问题提出

借助计算机建立一种智能调度模型，在保证绝对安全的前提下提高机场的运行效率，调度内容主要包括航班的实时起飞降落时间，以及航班起飞前和降落后的地面规划路径。

问题：依据附件 1 所示的上海虹桥机场地形图和附件 2 所列的 2017 年某日下午一小时内的预降落和起飞航班信息，设计一个跑道服务智能调度模型，调度内容包括空中飞机降落时间及降落后的运动规划，以及地面飞机起飞前的运动规划及起飞时间，安排所有航班的起飞和降落（包括次序、时间、地面滑行路径）。调度模型优先考虑跑道上飞机的安全，防止 A类穿