面向飞行时间可靠性的航班改航路径规划*

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.08.0639

中国安全科学学报 ›› 2022, Vol. 32 ›› Issue (8): 98-103.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.08.0639

面向飞行时间可靠性的航班改航路径规划*

李善梅¹(), 徐维²

¹ 中国民航大学空中交通管理学院, 天津 300300
² 中国民航东北空管局空管中心, 辽宁沈阳 110041

收稿日期:2022-02-20 修回日期:2022-05-10 出版日期:2022-09-05 发布日期:2023-02-28
作者简介:
李善梅 (1982—),女,天津人,博士,副教授,主要从事空中交通流理论、空中交通大数据分析、空管复杂系统建模等方面的研究。E-mail: sm-li@cauc.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金资助(71801215); 国家自然科学基金资助(U1833103); 中央高校基本科研业务费专项资金(312202YY02)

Flight rerouting planning considering travel time reliability

LI Shanmei¹(), XU Wei²

¹ College of Air Traffic Management, Civil Aviation University of China, Tianjin 300300, China
² Air Traffic Control Center, CAAC Northeast Regional Administration, Shenyang Liaoning 110041, China

Received:2022-02-20 Revised:2022-05-10 Online:2022-09-05 Published:2023-02-28

摘要/Abstract

摘要：

为提高航班改航路径规划的效率,将数学优化模型和蒙特卡罗仿真相结合,提出基于95%可靠性最优路径的确定原则,保证飞行效率与可靠性相统一。首先,以飞行时间最短为目标构建航班改航路径规划模型;然后,基于蒙特卡罗模拟和改进遗传算法构建考虑航段飞行时间可靠性的路径规划算法;最后,以我国华北上空某区域航路网络为例进行仿真试验。试验结果表明:考虑飞行时间不确定性以后,改航路径的总飞行时间有小幅增加,由之前的603 min变为627 min,但飞行时间可靠性大幅提高,由之前的50%提升为95%,提高了航班改航的效率。

关键词: 飞行时间, 可靠性, 航班改航, 路径规划, 遗传算法

Abstract:

In order to improve effectiveness of flight re-routing planning, a principle of determining optimal path based on 95-percent reliability was proposed to ensure agreement between flight effectiveness and reliability. Firstly, re-routing planning model was constructed with the target of minimizing flight time. Secondly, a planning algorithm based on Monte Carlo simulation and improved genetic algorithm was developed, which considered flight time reliability. Finally, with the air route network in a region in North China as an example, simulation experiment was conducted. The results show that with consideration to the uncertainty of travel time, the proposed algorithm has increased the time slightly from previous 603 min to 627 min, but the reliability gets much better growing from 50% to 95%, which is beneficial for improving efficiency of flight re-routing.

Key words: flight re-routing, reliability, flight rerouting, path planning, genetic algorithm

李善梅, 徐维. 面向飞行时间可靠性的航班改航路径规划*[J]. 中国安全科学学报, 2022, 32(8): 98-103.

LI Shanmei, XU Wei. Flight rerouting planning considering travel time reliability[J]. China Safety Science Journal, 2022, 32(8): 98-103.

图/表 7

表1

符号说明

符号	意义
N	网络中航路点(导航台对应的点)集合,即 $i ∈ N = {1,2, …, n}$
K	本空域航空器集合, $k, k ∈ K, {k \| k = 1,2, …, K}$
t_ij	从航路点i到航路点j路段的飞行时间
$S i k$	航空器k经过航路点i的过点时刻
C_i	航路点i的小时容量
X_i_,_t	航路点i的容量第t个小时的流量
T_k	航空器k的总飞行时间,k $∈$ K,{k􀰙k=1,2,…,K}
D_i	航路点i距目标改航点的距离
V	航空器的巡航速度

表1

续表1

符号	意义
Z	航空器的间隔标准
$p i k$	$p i k$ =1,第k架航空器经过航路点i; $p i k$ =0,第k架航空器不经过航路点i
$x i j k$	$x i j k$ =1,第k架航空器过航路点i到航路点j; $x i j k$ =0,第k架航空器不经过航路点i到航路点j

续表1

图1

表2

图2

表3

表4

参考文献 15

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航段	[6:00,8:30)		[8:30,11:00]
航段	飞行时间均值 μ/min	飞行时间标准差σ	飞行时间均值 μ/min	飞行时间标准差 σ
河口-南阳	18.96	1.03	21.34	1.22
南阳-商县	19.48	1.12	23.21	1.15
南阳-P320	9.16	1.06	9.87	1.03
P320-商县	13.60	1.20	14.73	1.25
骆岗-阜阳	15.17	1.08	17.66	1.20
阜阳-KAMDA	12.55	1.13	13.56	1.17
KAMDA-临汝	12.10	1.05	13.41	1.10
阜阳-周口	11.31	1.09	12.62	1.04
周口-临汝	14.12	1.21	16.55	1.26
周口-新郑	10.53	1.04	11.33	1.04
新郑-临汝	9.22	1.15	10.56	1.06
临汝-P320	9.29	1.18	11.21	1.13

航空器	(河口-商县) 航班时刻:河口	航空器	(骆岗-商县) 航班时刻:骆岗
A1	8:01	B1	8:01
A2	8:25	B2	8:03
A3	8:26	B3	8:07
A4	8:38	B4	8:31
A5	8:55	B5	8:33
A6	8:57	B6	8:37

航空器	路径	飞行时间/min	航空器	路径	飞行时间/min
A1	河口→南阳→商县	39	B1	骆岗→阜阳→周口→新郑→ 临汝→P320→商县	69
A2	河口→南阳→商县	38	B2	骆岗→阜阳→KAMDA→ 临汝→P320→商县	63
A3	河口→南阳→商县	39	B3	骆岗→阜阳→周口→ 新郑→临汝→P320→商县	69
A4	河口→南阳→P320→商县	41	B4	骆岗→阜阳→周口→ 临汝→P320→商县	64
A5	河口→南阳→商县	39	B5	骆岗→阜阳→周口→ 临汝→P320→商县	64
A6	河口→南阳→商县	39	B6	骆岗→阜阳→KAMDA→ 临汝→P320→商县	63

面向飞行时间可靠性的航班改航路径规划*

Flight rerouting planning considering travel time reliability

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