B题 虹桥机场的智能调度问题
数模竞赛-虹桥机场的智能调度
“工大出版社杯”第十八届西北工业大学数学 建模竞赛暨全国大学生数学建模竞赛选拔赛题目 B题
密封号
2017 年 5 月 2 日
剪
切
线
密封号
2017 年 5 月 2 日
计算机 学院
第
34
队
队员 1 姓名601
队员 3 宁晨伽 02011603
1
装
订
线
摘
要
本文主要研究在保证安全性和效率性的双重考虑下， 对上海虹桥机场起降飞 机调度的实际优化问题，建立数学模型，对机场的构型进行简化，以达到多目标 优化的效果，提高机场的运作效率，尽可能的避免因调度不合理而造成的悲剧。 问题一 针对机场飞机的安全调度问题， 我们认为这个不仅仅是一个单纯的路线安 排问题。而是要综合考虑航班准点以及避免 A 类事故发生的问题。但是根据第一 问的要求， 我们把效率因素放到相对次要的地位， 而是首先考虑飞机的安全问题。 为此，我们首先采用 0-1 整数规划，对航班着陆的进行规划，设置三个决策变 量分别与排序、是否位于一个跑道、时间先后问题进行整数规划。之后根据调度 安全性的约束条件，写出另外一系列约束表达式（如 5.1 的分析），综合以上两 步得到的不等式组进行规划，得到一个满足条件并且最优的解。取 Generation=100，按照遗传算法进行求解，按照顺序分别对航班进行安排后即得 到了如表 5-4 中的最终结果。 问题二 在第一问分析的基础之上，我们需要对整体的规划进行更加深入的优化， 在保证航班的安全性的基础之上，尽量提高飞机调度整体效率。为此我们更改了 航班起飞和降落原有的时间安排，在假设没有客观因素影响，飞机能够按照指定 时间起飞和降落的基础之上，利用整数规划、遗传算法、lingo 求解最短路径等 方法对整体进行重新调整，把整个一个小时的调度过程缩短在 2100 秒之内，达 到了预期的目的。具体调度结果见表 5-6。
上海虹桥机场的数学建模问题解决
一、问题背景与重述1.1问题背景虹桥国际机场采用的是东西两条跑道分工进行飞机起降的任务，所以大多数飞机的起降都要实现跑道穿越的过程，同时在飞机起降的高峰时期，此时人工指挥进行飞机调度就存在着一定的困难和安全隐患。
1.2问题重述1．设计一个跑道的智能调度模型，内容包括：飞机降落时间及落地后的运动规划，飞机起飞前的运动规划和起飞时间，所有航班的起降（次序、时间、地面滑行路径）。
在保证跑道上飞机安全的基础上，考虑准点率和起降效率的提高；2．对附件2的航班起降时间重新编排，在安全的基础上，计算出所有航班起降完需要的最短时间和调度安排（次序、时间、地面滑行路径）。
二、问题分析进近道对于参数较多，图形结构复杂的虹桥机场使用树状图，将其简化为三条主跑道与多条进近道，在此基础上，由南向北的行进过程中分析可能存在的道路，并考虑单一支路上的冲突情况与交叉冲突情形，并将多条可能的选择路线转化为时间效率，接着分析转弯节点处的约束条件与单一跑道的约束条件，将两者结合。
每次选定不同的覆盖航班数，在覆盖范围内唯一确定已经按计划起飞的航班，在此基础上，再对剩余的航班进行规划即可得到目标函数的最佳效益，通过改变每次覆盖的航班数量与可移动覆盖的航班数量，由此得到不同的目标效益最值。
三、模型假设所有斜进近跑道长度相等；飞机的机头调转不能超过90°；飞机在南北方向跑道上是匀速滑行的。
四、符号说明符号说明J第i架飞机的效益值iR最小尾流间隔i表示转弯角iv表示初始速度't起飞客机滑行时间''t降落客机的滑行时间五、模型建立与求解5.1 动态调度模型的建立与求解5.1.1 对虹桥机场跑道的简化（1）飞机起飞上海虹桥机场的跑道图显示，起飞飞机滑行的终点是指定的起飞跑道，此时飞机需要等待跑道被清空后才能完成飞行过程。
根据以上对飞机起飞过程的描述，可得到起飞图5-2 起飞飞机状态图为了简化问题，本文规定由T2机场起飞的飞机只能由H6与H7进近跑道进入滑行跑道，而由T1机场起飞的飞机只能由H7进近跑道进入滑行跑道，并且此时的飞机始终保持匀速滑行。
类似车间调度问题的案例
类似车间调度问题的案例
一个类似于车间调度问题的案例是机场航班调度问题。
在这个问题中，一个机场需要在一天之内安排多个航班的起降。
每个航班都有一个特定的起飞时间和降落时间，同时还需要考虑到航班的优先级、机型、乘客数量、货物重量、油料需求等多种因素。
具体来说，机场航班调度问题需要解决以下几个方面的挑战：
1.时间窗限制：每个航班都有一个特定的起飞时间和降落时间窗口，机场需要确保航班在这个时间窗内完成起降。
2.资源限制：机场的资源有限，包括跑道、停机位、登机口、行李传送带等。
机场需要合理地分配这些资源，以确保航班的顺利进行。
3.优先级排序：不同的航班可能具有不同的优先级，例如紧急医疗航班、重要商务航班等。
机场需要根据航班的优先级来安排起降顺序。
4.冲突解决：在某些情况下，两个或多个航班可能会争夺同一资源或在时间上产生冲突。
机场需要制定冲突解决策略，以确保航班的顺利进行。
为了解决这个问题，可以使用类似于车间调度问题的方法和技术，例
如基于规则的调度算法、数学优化模型、启发式算法等。
通过合理地安排航班的起降顺序和资源分配，机场可以提高运营效率，减少航班延误和取消的情况，提高乘客满意度。
虹桥机场航班智能调度问题
机 场 的 风 向 为 由 北 向 南 ，风 速 为 2 0 / ，飞 机 逆 风 起 飞 ，逆 风
降 落 ，滑 行 速 度 假 设 为 1 0 节 / 小 时 . ）
二 、 模型假设
W
\A/
krnh A 所 列 的 2 0 1 7 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
科技风2 017年 8 月下
DOI jcnki 经验交流
:10. 1 9 3 9 2 / .
. 1671-7341.201716258
虹桥机场航班智能调度问题
王昱
A 西 北 工 业 大 学 陕 西 西 安 710072
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
AA A A 一、问题重述 (一 ） 问 题 背 景 2 0 1 6 年 1 0 月 1 1 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 3 2 0 客 机 在 滑 出 跑 道 即 将 起 飞 时 ，发 现 另 外 一 家 3 3 0 客 机 正 在 横 穿 跑 道 ，不 得 不 从 3 3 0 的 上 空 强 行 掠 过 ，倘 若 没 有
虹桥机场T2航站楼出租车上客系统组织管理优化探讨
虹桥机场T2航站楼出租车上客系统组织管理优化探讨一、本文概述随着中国经济的飞速发展，航空运输业作为连接国内外的重要桥梁，其地位日益凸显。
虹桥机场作为上海的主要国际航空枢纽，其T2航站楼出租车上客系统的运行效率直接影响着旅客的出行体验和机场的整体服务水平。
然而，近年来，虹桥机场T2航站楼出租车上客系统面临着诸多挑战，如旅客流量大、出租车资源有限、上客区域布局不合理等问题，导致出租车排队时间长、旅客等待焦虑等现象频发。
因此，对虹桥机场T2航站楼出租车上客系统进行组织管理优化，提高运行效率和服务质量，已成为当前亟待解决的问题。
本文旨在探讨虹桥机场T2航站楼出租车上客系统的组织管理优化策略。
通过对现有系统的深入分析和研究，本文识别了系统中存在的关键问题，并提出了相应的优化建议。
本文首先分析了虹桥机场T2航站楼出租车上客系统的运行现状，包括出租车资源配置、上客区域布局、旅客流量变化等方面的情况。
在此基础上，本文提出了针对性的优化措施，包括优化出租车调度策略、改进上客区域布局、提升信息化水平等。
这些措施旨在提高出租车的利用率、缩短旅客的等待时间、提升旅客的出行满意度。
本文的研究方法主要包括文献综述、实地调查和数据分析。
通过梳理国内外相关文献，本文总结了出租车上客系统组织管理的最佳实践。
通过实地调查和数据分析，本文深入了解了虹桥机场T2航站楼出租车上客系统的实际运行情况，为优化策略的提出提供了有力支撑。
本文的研究不仅有助于提升虹桥机场T2航站楼出租车上客系统的运行效率和服务质量，还可为其他机场的出租车上客系统优化提供借鉴和参考。
通过本文的研究，我们期望能够为旅客提供更加便捷、舒适的出行体验，为机场的可持续发展贡献力量。
二、出租车上客系统现状分析虹桥机场T2航站楼作为上海的重要交通枢纽，每日接待大量旅客，出租车上客系统作为旅客离开机场的重要一环，其运行状况直接影响到旅客的出行体验。
然而，目前虹桥机场T2航站楼的出租车上客系统存在一些问题，亟待改进。
基于人工智能的航班调度方法优化研究
基于人工智能的航班调度方法优化研究一、引言航班调度是指以最佳的方式安排飞机航班，使航空公司在节约成本、提高效率的同时，确保乘客和货物的安全性和准时性。
在机器学习和人工智能技术的快速发展下，使用这些技术来解决航班调度问题成为一种新的趋势。
二、航班调度问题航班调度的目标是让航空公司的成本最小化，并且使航班顺利地进行。
调度问题的主要挑战是不同飞机、不同机组人员、不同机场和航线的复杂性。
另外，意外事件如机械故障、天气等因素也会影响调度的难度。
航班调度问题通常分为四种：实时航班调度、分段航班调度、排程飞行调度和协调飞行调度。
实时调度是在航班准备起飞前针对临时变化的情况，进行处理。
分段调度是将航班分为多个小段，对每个航段进行调度，以此循环调度整个航班。
排程调度是对航班在一定时间范围内的调度处理。
协调调度则是将所有的调度问题整合为一整个问题，并做最优解的决策。
三、使用人工智能进行航班调度人工智能在应对复杂的航班调度问题上有很高的应用价值。
人工智能算法能够处理复杂的数据，以更加智能的方式执行任务。
例如，机器学习可对大量实例进行学习，以帮助航班调度。
基于这些算法，可以利用一些技术手段进行优化调度。
下面介绍几种基于人工智能的优化航班调度算法：（一）遗传算法遗传算法是一种基于群体的优化技术。
它通过对不同的解决方案进行组合，再基于经过进化和适应性改进来寻找最好的解决方案。
在航班调度中，该算法可用于获取最优安排，并对列表进行排序，以删除重复的航班信息。
（二）深度强化学习深度强化学习是一种通过与外部环境交互，学习最优解决方案并执行最佳策略的技术。
在航班调度中，深度强化学习可以用于学习最佳的起飞和降落时机。
其方法是使用深度卷积神经网络进行降维，以预测航班的起飞和降落时间。
使用该算法，可以更加精确地预测并调整航班的时间。
（三）模拟退火算法模拟退火算法是一种解决数学问题的优化技术，它是遵循物理学原理的一种随机优化算法。
在航班调度中，使用模拟退火算法可以帮助寻找最优的解决方案。
航空运输中的智能调度与优化方法研究
航空运输中的智能调度与优化方法研究随着全球旅行的不断增加，民航业正面临着日益复杂的航空运输调度和优化问题。
为了提高航空运输效率、减少延误和提供更好的旅客服务，研究智能调度和优化方法在航空运输中的应用成为一个重要课题。
本文将探讨航空运输中的智能调度与优化方法的研究进展和应用前景。
智能调度与优化方法是指利用高级计算机算法和人工智能技术来实现航班调度和资源优化的过程。
这些方法可以有效解决航空公司在航班计划、机组安排、飞机分配、机场资源管理等方面面临的挑战，从而提高运输效率和减少成本。
首先，航空智能调度方法可以优化航班计划。
航班计划是航空公司运营的核心，也是航空调度的基础。
智能调度方法可以利用历史数据、天气预报和交通状况等信息，通过优化算法来制定最优的航班计划。
这些方法可以考虑航班的飞行时间、起降时间、飞行距离等因素，以最小化整个航班网络的延误和成本。
其次，智能调度方法可以优化机组安排。
机组安排是指将合适的机组成员分配到相应的航班上。
智能调度方法可以根据机组成员的技能、工作时间、休息需求等因素，以及航班的需求情况，利用优化算法来实现最佳的机组安排。
通过合理安排机组成员，航空公司可以减少机组成员的疲劳度，提高机组的工作效率。
另外，智能调度方法可以优化飞机分配。
飞机分配是指将飞机分配到不同航班上，以满足航班量的需求和飞机资源的利用效率。
智能调度方法可以根据飞机的类型、运力、维护需求等因素，结合航班的需求情况，运用优化算法来实现最优的飞机分配。
通过合理分配飞机，航空公司可以实现航班的最佳匹配，提高航班的准点率和航班网络的效率。
此外，智能调度方法还可以优化机场资源管理。
机场资源管理是指合理分配和利用机场的跑道、登机桥、停机位等资源，以提高机场的运行效率和服务质量。
智能调度方法可以分析机场的容量、航班流量和旅客需求等因素，运用优化算法来实现最优的机场资源管理。
通过合理规划和调度机场资源，航空公司可以减少航班的延误和旅客的等待时间，提高机场的运行效率。
机场出租车智能调度策略研究
机场出租车智能调度策略研究作者：廖周宇程艺明石敏斐来源：《科技视界》2020年第19期摘要针对机场乘客的目的地有长短途之分，出租车载客收益与载客的行驶里程有关。
因此引发短途司机为了收益违规超速驾驶甚至就地抛客、宰客、倒客等一系列问题。
本文提出了采用机场出租车智能调度系统管理模式，并设计了“出租车短途业务的判定法”，该判定法将系统自动收集各种数据计算得到出租车的收益和每小时平均收益，通过每小时平均收益是否小于该省每小时最低工资来判断是否属于“短途”，若属于“短途”，再次返回机场则无须排队，直接进入绿色通道。
本文还设计了黑名单功能和举报功能，对司机的违规行为进行相应的处罚。
关键词机场出租车;智能调度系统管理模式;出租车短途业务判定法;绿色通道中图分类号： G08G1/00 ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码： ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2020.19.084AbstractThere are long-distance and short-distance destinations for airport passengers， and taxi passenger income is related to passenger mileage. Therefore， a series of problems， such as throwing， killing and reversing passengers on the spot， are caused by the short distance drivers in order to gain illegal speeding driving. In this paper， the management mode of airport taxi intelligent dispatching system is proposed， and the "judgment method of taxi short distance business" is designed. The judgment method automatically collects all kinds of data to calculate the taxi revenue and average revenue per hour， and judges whether it belongs to "short distance" by whether the average revenue per hour is less than the minimum wage per hour of the province， if it belongs to "short distance"， return to the airport again without queuing， directly into the green channel. The system also designs blacklist function and report function to punish the driver's illegal behavior.Key wordsAirport taxi; Management mode of intelligent dispatching system; Taxi short distance business judgment method; Easy access0 引言随着我国经济发展水平和人民收入的提高，航空出行在众多出行方式中占比越来越大，而出租车作为人们离开机场的主要方式之一，在给旅客带来便利的同时，也给机场的管理带来很大的麻烦。
虹桥机场航班智能调度问题
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。
基于Floyd、FCFS和SJF算法的机场智能调度
基于Floyd、FCFS和SJF算法的机场智能调度作者：朱雪徐俊康吴莉莉朱雷来源：《现代信息科技》2018年第06期摘要：随着我国航空事业的高速发展，快速、便捷的空中运输业备受人们的关注。
由于航班数量的急剧增长，单纯依赖人工决策进行航班调度愈加困难。
因此，本文在充分考虑安全性和效率的情况下，借助于计算机建立基于最短路径和最短时间的多目标优化算法对上海虹桥机场进行智能调度，对航班起飞和降落的次序、时间以及地面的滑行路径进行规划。
关键词：Floyd算法；FCFS/SJF算法；向图；多跑道调度中图分类号：V355；TP18 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）06-0135-03Abstract：With the rapid development of China’s aviation industry，the fast and convenient air transportation industry has attracted people’s attention. Due to a sharp incr ease in the number of flights which rely on artificial decision in flight scheduling becomes harder and harder. Therefore，in this paper，with the full consideration of security and efficiency，a multi-objective optimization algorithm based on the shortest path and the shortest time is established by means of a computer，to schedule intelligent dispatch of Shanghai Hongqiao Airport. The flight departure and landing sequence， time and ground skating path are planned.Keywords：Floyd algorithm；FCFS/SJF algorithm；directed graph；multiple runway scheduling1 问题的提出1.1 背景2016年10月11日，在上海虹桥机场：东航一架A320客机在滑出跑道即将起飞时发现另一架A330客机正在横穿跑道。
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B题虹桥机场航班智能调度问题
2016年10月11日，上海虹桥机场发生惊险一幕：东航一架A320客机在滑出跑道即将起飞时，发现另一架A330客机正在横穿跑道。
A320客机紧急起飞，从A330上方掠过，避免了一起惨烈空难的发生！这是一起严重的A类穿越事件。
由于虹桥机场采用东西两条跑道一降一起运行模式，东边降落跑道上的大多数航班飞机（停靠1号航站楼除外）都需要穿越西边起飞跑道才能停靠到2号航站楼。
而整个穿越过程是依靠塔台空管人员人工指挥，来为各个飞机之间配备规定的安全间隔。
由于该机场每日平均起落航班达540架左右，高峰小时起落飞机甚至达85架次，且随着航空运输业的迅猛发展，虹桥机场高峰小时起落的航班数还有可能迎来较大规模增长，单纯依赖人工决策进行航班调度愈加困难。
能否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。
为此要求你们团队完成以下工作：
问题1：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类穿越事件发生，在此基础上考虑提高准点率和起降效率。
注：当时机场的风向为由北向南，风速为20km/h，飞机逆风起飞，逆风降落，滑行速度假设为10节/小时。
问题2：随着航空业的发展，航线会越来越密集，对机场的起降效率要求将会进一步提高。
假定所有的航班都能按照你们指定时间起降，请对附件2所给出的起降航班时间进行重新编排，在保证安全的基础上，计算出起降完所有航班所需要的最短时间及相应的调度安排（包括次序、时间、地面滑行路径）。