基于启发式算法的机场除冰资源调度策略研究

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飞机除冰是影响航班冬季运行安全和效率的关键因素,除冰资源的合理调度是提高飞机除冰效率的主要途径。除冰资源包括除冰机位资源与除冰车资源,它们的调度分别由不同的参与者完成,如何对除冰资源进行合理的调度对提高飞机除冰质量与效率具有重要意义。
  本文采用启发式算法分别研究了机场除冰资源的分步式调度策略与集中式调度策略问题。首先研究了除冰机位资源分配问题,然后在此基础上研究了除冰车资源调度问题,实现了机场除冰资源的分步式调度策略;进一步,将除冰机位与除冰车协同考虑,最终实现了机场除冰资源的集中式调度策略。针对这两种调度策略,分别建立了相应的数学模型,并设计了有效的启发式算法对模型进行求解。具体工作如下:
  1)研究了机场除冰机位分配问题。以航班延误数量为主要优化目标,以乘客满意度与航空公司间的公平性为次要优化目标,建立了该问题的数学模型。采用遗传禁忌混合算法对模型求解,提出了一种二维十进制的染色体编码方式,以禁忌搜索算法的思想设计了交叉算子。实验结果表明,遗传禁忌混合算法在三个优化目标上均优于目前机场常用的先到先服务算法。同时,以机场实际航班数据为基础,采样生成不同数量的航班,评估了机场除冰机位的容纳能力。
  2)研究了基于除冰机位分配的除冰车调度问题。根据除冰机位分配结果确定除冰车最少投入数量,以除冰车的总行驶距离为优化目标建立了该问题的数学模型。设计了一种颗粒禁忌搜索算法对模型求解,实现了除冰车的调度,实验结果表明,除冰车资源成本主要取决于除冰车投入数量。同时研究了航班数量与除冰车需求数量间的关系,评估了机场除冰车的服务能力。
  3)研究了除冰机位与除冰车协同调度问题。将除冰车数量作为已知条件,分别对不同除冰车数量下的航班延误数量进行优化,建立了该问题的数学模型。针对该问题时间复杂度极高的特点提出了一个最优解性质,基于该最优解性质设计了一种贪婪算法对模型求解,实现了除冰机位与除冰车的协同调度。同时研究了航班数量与除冰车需求数量间的关系,并将结果与分步式调度策略对比,结果表明,集中式调度策略能够大大提高除冰车资源的利用率、减少对除冰车资源的依赖。
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