航班进离场调度方法、系统、装置与流程

1.本发明属于民航技术领域，具体涉及了一种航班进离场调度方法、系统、装置。


背景技术：

2.随着空中交通流量的快速增长，机场的吞吐量成为了限制流量增长的一个重要因素，一些机场采用增修多条跑道来扩增吞吐量，但是还有很多机场由于场地限制无法进行跑道扩增，这样通过智能算法进行航班进离场的调度策略的优化，越来越受到业界的关注。
3.目前航班的进离场调度方法大多以最小化时间延误、最小化经济损失、最小化时间间隙为目标，但是忽略了机场进离场存在密集时段和稀松时段，上述优化目标在密集时段适用性较强，但是稀松时段的优化效果略显不足，同时，上述调度方法没有考虑机场经常出现的固定时间进离场的特殊情况。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的上述问题，即提高调度策略的生成效率，同时兼顾固定时间进离场的需求的问题，本发明提供了一种航班进离场调度方法、系统、装置。
5.本发明的另一方面，提出了一种航班进离场调度方法，包括：s100，获取进离场航班集合f，包括待优化进离场航班、冻结航班；s200，固定冻结航班进离场时间，基于各待优化进离场航班的时间窗约束，随机生成各待优化进离场航班的进离场时间，排序后得到第一排序；s300，基于预设的最小安全时间间隔表，顺次对第一排序中航班的进离场时间更新，得到第一进离场策略；s400，将第一进离场策略中待优化进离场航班保留s项时间不变的基础上，顺次采用s200、s300的方法获得第二排序、第二进离场策略；s500，基于预设的延迟成本函数e，分别计算第一进离场策略、第二进离场策略的延迟成本；s600，基于metropolis准则，接受/拒绝第二进离场策略；s700，迭代执行s400-s600直至达到预设的迭代停止条件，输出当前第二进离场策略作为航班进离场调度策略；其中，s的初始值为1，s-1为迭代过程中出现第二进离场策略相对第一进离场策略延迟成本出现连续p次下降的计数。
6.在优选的实时方式中，所述延迟成本函数为：其中，、、、分别为进离场策略中第个航班起飞延误时长、起飞提前时长、降落延误时长、降落提前时长；a、b、c、d分别为起飞延误、起飞提前、降
落延误、降落提前的权重系数；为进离场策略中第i个航班相对于其在fcfs中的位置向前/向后偏的位置量；为航班相对于其在fcfs中的位置向前/向后偏的预设的最大位置量；q为进离场策略中各航班之间空闲时间分布的均匀度；n为进离场航班的总数。
7.在优选的实时方式中，进离场策略中各航班之间空闲时间分布的均匀度q为进离场策略中各航班之间空闲时间分布的均匀度q为其中，为进离场策略中第i个航班和第i 1个航班之间的空闲时间，为进离场策略中相邻航班之间空闲时间的均值。
8.在优选的实时方式中，进离场航班集合f中的冻结航班包括待优化时间窗口之前最近邻的两个航班、待优化时间窗口内设定固定进离场时间的航班。
9.在优选的实时方式中，基于预设的最小安全时间间隔表，顺次对第一排序中航班的进离场时间更新，其方法为：对于第一排序中第个航班，基于第、个航班的机型、进离场类型，从预审的最小安全时间间隔表中分别获取其与第、个航班的最小安全时间间隔得到两个进离场时间，选取靠后的时间作为第i个航班的待选进离场时间；若第i个航班在先随机生成的时间早于所述待选进离场时间，则将第i个航班的进离场时间更新为所述待选进离场时间，否则保留在先随机生成的时间为该航班的进离场时间。
10.在优选的实时方式中，s600中基于metropolis准则，接受/拒绝第二进离场策略，其方法为：接受第二进离场策略：利用第二进离场策略更新第一进离场策略；若第二进离场策略相较于第一进离场策略总的延迟成本连续p次下降，则令s=s 1；执行s700；拒绝第二进离场策略：舍弃第二进离场策略，执行s700。
11.在优选的实时方式中，所述预设的最小安全时间间隔表为：将起降飞机尾涡流间隔标准表与增加时间调整量表格进行对应项的时间叠加后得到；所述增加时间调整量表格与起降飞机尾涡流间隔标准表表格格式一致，其中各项数据通过人机交互界面录入获取。
12.在优选的实时方式中，s300中，顺次对第一排序中航班的进离场时间更新之后，还
包括基于预设约束条件对第一进离场策略的判断，若不满足约束条件，则舍弃该第一进离场策略，跳转s200。
13.在优选的实时方式中，所述预设约束条件包括最小时间间隔约束、最大提前时间约束、最大延误时间约束跑道资源约束。
14.在优选的实时方式中，s200中用于随机生成待优化进离场航班的进离场时间的时间窗约束为：，其中，、分别航班i为允许的最大提前时间、最大延误时间，为基于起降飞机尾涡流间隔标准表统计的平均间隔时间。
15.本发明的第二方面，提出了一种航班进离场调度系统，包括：第一模块，获取进离场航班集合f，包括待优化进离场航班、冻结航班；第二模块，固定冻结航班进离场时间，基于各待优化进离场航班的时间窗约束，随机生成各待优化进离场航班的进离场时间，排序后得到第一排序；第三模块，基于预设的最小安全时间间隔表，顺次对第一排序中航班的进离场时间更新，得到第一进离场策略；第四模块，将第一进离场策略中待优化进离场航班保留s项时间不变的基础上，顺次通过第二模块、第三模块获得第二排序、第二进离场策略；第五模块，并基于预设的延迟成本函数e，分别计算第一进离场策略、第二进离场策略的延迟成本；第六模块，基于metropolis准则，接受/拒绝第二进离场策略；第七模块，通过第四模块、第五模块、第六模块迭代直至达到预设的迭代停止条件，输出当前第二进离场策略作为航班进离场调度策略；其中，s的初始值为1，s-1为迭代过程中出现第二进离场策略相对第一进离场策略延迟成本出现连续p次下降的计数。
16.本发明的第三方面，提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的航班进离场调度方法。
17.本发明的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的航班进离场调度方法。
18.本发明的有益效果：（1）本发明基于进离场航班的时间窗口约束，随机生成对应航班的进离场时间，并进行迭代优化的方式，极大减少了无效方案的产生量，同时结合metropolis准则的迭代优化，极大提高了调度策略的优化生成效率；（2）将冻结航班时间固化后放入待优化航班队列中进行整体调度策略的优化，使冻结航班与待优化航班队列更有效的结合，得到的包含冻结航班的调度策略整体上调度策略更加合理、高效；（3）延迟成本函数中将班起飞延误时长、起飞提前时长、降落延误时长、降落提前
时长进行差异化权重的处理，加入相对于fcfs中位置的位置偏移权重的因素，以及航班之间空闲时间分布均匀度的因素，增强了优化后的调度方案对机场全时段的适用性，同时兼顾效率的同时，增强了进离场安全性。
附图说明
19.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是本发明一种实施例的航班进离场调度方法流程示意图；图2是本发明一种实施例中航班进离场时间更新流程示意图；图3是本发明一种实施例中第二进离场策略获取流程示意图；图4是本发明一种实施例中基于metropolis准则接受状态流程示意图；图5是本发明一种实施例的航班进离场调度系统框架示意图；图6是用于实现本技术方法、系统、设备实施例的服务器的计算机系统的结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
21.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
22.本发明实施例的一种航班进离场调度方法，如图1所示，包括步骤s100-s700。
23.s100，获取进离场航班集合，包括待优化进离场航班、冻结航班。
24.本实施例中，航班的进离场优化可以采用时间窗口的方式按设定步长进行步式优化，可以设定待优化时间区间的时间窗口，以及两次优化的之间的时间步长。
25.例如，设定待优化时间区间为h，则选取机场的fcfs（先来先服务调度策略）中进离场时间落入时间区间h的航班，并识别其中的冻结航班作为中间冻结航班，其余的作为待优化进离场航班，同时，选取时间区间h之前最近邻的两个进离场航班作为起始冻结航班，起始冻结航班、中间冻结航班、待优化进离场航班共同构成了进离场航班集合f。
26.s200，固定冻结航班进离场时间，基于各待优化进离场航班的时间窗约束，随机生成各待优化进离场航班的进离场时间，排序后得到第一排序。
27.该步骤中各待优化进离场航班的时间窗约束，可以采用各航班对应的最大提前时间、最大延误时间构成的时间区间作为时间窗口约束，也可以在此基础上对最大延误时间进行缩减后，形成更有效的时间窗口约束，例如：，其中，、分别航班i为允许的最大提前时间、最大延误时间，为基于起降飞机尾涡流间隔标准表统计的平均间隔时间。
28.本实施例优选采用后者，这样在后续的步骤中对生成的第一排序进行时间间隔调
整时，就能极大减小出现超出最大延误时间情况的出现。当然为了完全避免出现超出最大延误时间，还可以将设置为起降飞机尾涡流间隔标准表中的最大间隔时间，但是这样只是提高了优化效率，但是优化效果略差一些。
29.基于各待优化进离场航班的时间窗口约束，分别在时间窗口内随机生成一个进离场时间，所有的冻结航班都保持原始的进离场时间不变，这样就能得到一个按时间顺序排列的进离场航班序列，当然此时未对时间间隔进行调整，仅仅是一个顺序排列，还不能作为一个调度策略。
30.s300，基于预设的最小安全时间间隔表，顺次对第一排序中航班的进离场时间更新，得到第一进离场策略。
31.本实施例中，预设的最小安全时间间隔表为：将起降飞机尾涡流间隔标准表与增加时间调整量表格进行对应项的时间叠加后得到；所述增加时间调整量表格与起降飞机尾涡流间隔标准表表格格式一致，其中各项数据通过人机交互界面录入获取。起降飞机尾涡流间隔标准表如表1所示，增加时间调整量表格如表2所示。表1、表2中数字单位为秒。
32.表1其中， ha、la、sa分别表示h型、l型、s型着陆飞机；hd、ld、sd分别表示h型、l型、s型起飞飞机。表2本实施例中，顺次对第一排序中航班的进离场时间更新，如图2所示，方法为：对于第一排序中第i个航班，基于第、个航班的机型、进离场类型，
从预审的最小安全时间间隔表中分别获取其与第、个航班的最小安全时间间隔得到两个进离场时间，选取靠后的时间作为第个航班的待选进离场时间；若第i个航班在先随机生成的时间早于所述待选进离场时间，则将第i个航班的进离场时间更新为所述待选进离场时间，否则保留在先随机生成的时间为该航班的进离场时间。
33.第一排序中第1、第2个航班时起始冻结航班，不用进行进离场时间更新，从第3个航班开始，基于第1、第2个航班的信息分别进行进离场时间间隔的获取，基于第1个航班的进离场时间、与第3个航班的进离场时间间隔得到一个进离场时间，基于第2个航班的进离场时间、与第3个航班的进离场时间间隔得到另一个进离场时间，选取靠后的时间作为第3个航班的待选进离场时间，同时还需要判断这个时间与第3个航班在s200中随机生成的进离场时间那个靠后，前者靠后，则第3个航班的进离场时间更新位待选进离场时间，否则不做更新，保持不变。
34.若更新后的进离场时间，超出最大延误时间约束，或者由中间冷冻航班之前跳跃至其后，则舍弃该第一进离场策略，跳转s200。
35.本实施例中，通过上述顺次对第一排序中航班的进离场时间更新之后，还包括基于预设约束条件对第一进离场策略的判断，若不满足约束条件，则舍弃该第一进离场策略，跳转s200。预设约束条件包括最小时间间隔约束、最大提前时间约束、最大延误时间约束跑道资源约束，现有诸多文献对约束条件都有详细的描述，且并非本发明的发明点内容，此处不在赘述，在实施过程中可根据需要选择合适的约束条件使用。
36.s400，将第一进离场策略中待优化进离场航班保留s项时间不变的基础上，顺次采用s200、s300的方法获得第二排序、第二进离场策略。
37.本实施例中s的初始值为1，该变量的调整方式在以下步骤中详细描述。如图3所示，在s=1时，对第一进离场策略中待优化进离场航班保留1个航班时间不变的基础上，采用s200、s300的方法获得第二排序、第二进离场策略，大概流程为：固定冻结航班进离场时间；从待优化进离场航班中任选一个保持原有进离场时间不变；其余各待优化进离场航班基于时间窗口约束，随机生成进离场时间；排序后得到第二排序；顺次对第二排序中航班的进离场时间更新，得到第二进离场策略。在s为其他数值时，方法一样，只是保留航变时间不变的数量根据其数值进行变化。
38.s500，基于预设的延迟成本函数，分别计算第一进离场策略、第二进离场策略的延迟成本。
39.本实施例的延时成本函数将班起飞延误时长、起飞提前时长、降落延误时长、降落提前时长进行差异化权重的处理，加入相对于fcfs中位置的位置偏移权重的因素，以及航班之间空闲时间分布均匀度的因素，延迟成本函数为其中，、、、分别为进离场策略中第i个航班起飞延误时
长、起飞提前时长、降落延误时长、降落提前时长，例如，，每个航班最多只有一个参数为非0参数；a、b、c、d分别为起飞延误、起飞提前、降落延误、降落提前的权重系数，可以有使用者自行设定；为进离场策略中第i个航班相对于其在fcfs中的位置向前/向后偏的位置量；为航班相对于其在fcfs中的位置向前/向后偏的预设的最大位置量，可以由使用者自行设定；q为进离场策略中各航班之间空闲时间分布的均匀度；n为进离场航班的总数。
40.进离场策略中各航班之间空闲时间分布的均匀度q为进离场策略中各航班之间空闲时间分布的均匀度q为其中，为进离场策略中第i个航班和第个航班之间的空闲时间，为进离场策略中相邻航班之间空闲时间的均值。
41.s600，基于metropolis准则，接受/拒绝第二进离场策略。
42.metropolis准则是以概率接受新状态，在延迟成本降低时，接受，延迟成本未降低时，并不是一味的拒绝，而是以一定概率接受。
43.该步骤具体包括：接受第二进离场策略：如图4所示，利用第二进离场策略更新第一进离场策略；若第二进离场策略相较于第一进离场策略总的延迟成本连续p次下降，则令s=s 1，否则s保持不变；执行s700；其中，p为设定阈值，为自然数，s-1表示的为迭代过程中出现第二进离场策略相对第一进离场策略延迟成本出现连续p次下降的计数；拒绝第二进离场策略：舍弃第二进离场策略，执行s700。
44.本实施例中，采用连续p次下降进行下一个迭代循环的判断，在其他实施例中，还可以采用变动参数的方式，例如，连续次下降比例小于，为变量s对应数值下的预设次数，为变量s对应数值下的预设阈值。
45.s700，迭代执行s400-s600直至达到预设的迭代停止条件，输出当前第二进离场策略作为航班进离场调度策略。
46.预设的迭代停止条件可以为变量s的数值与所述待优化进离场航班数量相等，还可以为连续设定次数延迟成本下降比例小于设定阈值。
47.本发明第二实施例的航班进离场调度系统，如图5所示，包括：
第一模块，获取进离场航班集合，包括待优化进离场航班、冻结航班；第二模块，固定冻结航班进离场时间，基于各待优化进离场航班的时间窗约束，随机生成各待优化进离场航班的进离场时间，排序后得到第一排序；第三模块，基于预设的最小安全时间间隔表，顺次对第一排序中航班的进离场时间更新，得到第一进离场策略；第四模块，将第一进离场策略中待优化进离场航班保留s项时间不变的基础上，顺次通过第二模块、第三模块获得第二排序、第二进离场策略；第五模块，并基于预设的延迟成本函数，分别计算第一进离场策略、第二进离场策略的延迟成本；第六模块，基于metropolis准则，接受/拒绝第二进离场策略；第七模块，通过第四模块、第五模块、第六模块迭代直至达到预设的迭代停止条件，输出当前第二进离场策略作为航班进离场调度策略；其中，s的初始值为1，s-1为迭代过程中出现第二进离场策略相对第一进离场策略延迟成本出现连续p次下降的计数。
48.所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
49.需要说明的是，上述实施例提供的航班进离场调度系统，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块来完成，即将本发明实施例中的模块或者步骤再分解或者组合，例如，上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。对于本发明实施例中涉及的模块、步骤的名称，仅仅是为了区分各个模块或者步骤，不视为对本发明的不当限定。
50.本发明第三实施例的一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令用于被所述处理器执行以实现上述的航班进离场调度方法。
51.本发明第四实施例的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于被所述计算机执行以实现上述的航班进离场调度方法。
52.所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
53.下面参考图6，其示出了用于实现本技术方法、系统、设备实施例的服务器的计算机系统的结构示意图。图6示出的服务器仅仅是一个示例，不应对本技术实施例的功能和使用范围带来任何限制。
54.如图6所示，计算机系统包括中央处理单元(cpu，central processing unit)601，其可以根据存储在只读存储器(rom，read only memory)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(ram，random access memory)603中的程序而执行各种适当的动作
和处理。在ram 603中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。cpu 601、rom 602以及ram 603通过总线604彼此相连。输入/输出(i/o，input/output)接口605也连接至总线604。
55.以下部件连接至i/o接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(crt，cathode ray tube)、液晶显示器(lcd，liquid crystal display)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如lan(局域网，local area network)卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至i/o接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分608。
56.特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)601执行时，执行本技术的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本技术上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本技术中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
57.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本技术的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c ，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
58.附图中的流程图和框图，图示了按照本技术各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代
表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
59.术语“第一”、
ꢀ“
第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。
60.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。
61.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。