CN105160944B - 一种航路资源动态分配工具及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航路资源动态分配工具及其实现方法，该航路资源动态分配工具包括初始化模块、航路资源模块、优化分配模块、时域控制模块、策略执行模块、输出模块，可及时掌握航路资源占用与闲置情况、动态优化分配航路资源，为空域管理、协同流量管理、管制指挥自动化***研发等提供技术支持，为有效掌握与动态控制航路运行提供一种快速实现工具；该航路资源动态分配工具的实现方法，利用各模块之间的配合，及时、动态掌握航路容量变化，实现航路资源的动态优化分配，最大程度地利用航路资源，减少损失，实现方法简单、快速、易于操作、准确率高。
Description
技术领域
本发明涉及空中交通管理技术，特别涉及一种可应用于空中交通流量管理、有效应对航路运行环境变化的一种航路资源动态分配工具及其实现方法。
背景技术
航路是主要的空域类型之一，对于保障大范围空中交通运行秩序具有重要的意义。现有航路资源分配工具可根据航路可用性、飞行用户对航路的偏好等条件优化分配航路，有效缓解天气等因素导致的航路拥挤影响。但是现有的研究成果对空域资源的分配一般具有较强的计划性，根据空域资源的预测容量和计划交通需求进行整体考虑，缺乏能有效跟踪空域资源使用情况、动态优化分配空域资源的简便、易行的工具，难以实现对空域资源分配过程的有效控制，民航空中交通管理实际工作中仍以计划分配工具为主，采用先到先服务原则，航路资源利用率较低，损失较大。
因此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足而提出一种航路资源动态分配工具及其实现方法，可动态掌握航路资源占用与闲置情况，实现航路资源的动态分配，最大程度地利用航路资源，减少了航班延误损失。
为了实现本发明的目的，本发明公开了一种航路资源动态分配工具，该航路资源动态分配工具包括初始化模块、航路资源模块、优化分配模块、时域控制模块、策略执行模块、输出模块；所述初始化模块用于获取当前未执行航路资源优化分配策略的航班信息，所述航班信息包括航班数、每个航班的计划到达时刻和单位时间延误成本；所述航路资源模块用于获取航路当前容量，根据容量确定当前可用时隙资源；所述优化分配模块以当前未执行航路资源优化分配策略的航班的总延误损失最小为目标，按照航班实际到达时刻不早于计划到达时刻、每个航班有且仅有一个时隙的约束条件优化分配当前可用时隙资源，生成当前航路资源优化分配策略；所述时域控制模块按一定步长检测航路容量，判断当前容量是否发生变化，如是则转至航路资源模块，如否则转至策略执行模块；所述策略执行模块用于执行当前航路资源优化分配策略；所述输出模块用于判断是否存在未执行航路资源优化分配策略的航班，如是则转至优化分配模块，如否则输出总延误损失和航路资源优化分配的最终策略。
本发明还提出了一种航路资源动态分配工具的实现方法，该实现方法包括以下步骤：
利用初始化模块获取当前未执行航路资源优化分配策略的航班信息，航班信息包括航班数、每个航班的计划到达时刻和单位时间延误成本；
利用航路资源模块用于获取航路当前容量，根据容量确定当前可用时隙资源；
利用优化分配模块以当前未执行航路资源优化分配策略的航班的总延误损失最小为目标，按照航班实际到达时刻不早于计划到达时刻、每个航班有且仅有一个时隙的约束条件优化分配当前可用时隙资源，生成当前航路资源优化分配策略；
利用时域控制模块按一定步长检测航路容量，判断当前容量是否发生变化，如是则转至航路资源模块，如否则转至策略执行模块；
利用策略执行模块执行当前航路资源优化分配策略；
利用输出模块判断是否存在未执行航路资源优化分配策略的航班，如是则转至优化分配模块，如否则输出总延误损失和航路资源优化分配的最终策略。
优选地，本发明的航路资源动态分配工具及其实现方法中，所述优化分配模块采用的数学公式为：
以当前未执行航路资源优化分配策略的航班的总延误损失最小为目标，表示为
其中，n为当前未执行航路资源优化分配策略的航班数；ci为航班i单位时间延误成本；为航班i实际到达时刻，即时隙r的起始时刻，表示时隙r；为航班i计划到达时刻；为决策变量，若将时隙r分配给航班i，为1，否则为0。决策变量的约束条件包括航班实际到达时刻不早于计划到达时刻和每个航班有且仅有一个时隙。
有益效果：本发明与现有技术相比：在空域流量受限条件下，能够及时掌握航路容量变化，动态优化分配航路资源，提高航路资源利用率与空中交通运行效率，为有效掌握与动态控制航路运行提供一种快速实现工具；本发明的航路资源动态分配工具易于嵌入空中交通流量管理、空域管理或管制指挥自动化***中，为空域管理、协同流量管理、管制指挥自动化***研发等提供技术支持。本发明利用各模块之间的配合，动态掌握航路容量变化，实现航路资源的动态优化分配，最大程度地利用航路资源，提高航路资源利用率与空中交通运行效率，减少了因空域流量受限条件下的损失；且实现方法简单、快速、易于操作、准确率高。
附图说明
图1为本发明的航路资源动态分配工具的组成框图；
图2为本发明的航路资源动态分配工具的实现方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
请参阅图1所示，本发明提出了一种航路资源动态分配工具，该航路资源动态分配工具包括初始化模块、航路资源模块、优化分配模块、时域控制模块、策略执行模块、输出模块；初始化模块用于获取当前未执行航路资源优化分配策略的航班信息，航班信息包括航班数、每个航班的计划到达时刻和单位时间延误成本；航路资源模块用于获取航路当前容量，根据容量确定当前可用时隙资源；优化分配模块以当前未执行航路资源优化分配策略的航班的总延误损失最小为目标，按照航班实际到达时刻不早于计划到达时刻、每个航班有且仅有一个时隙的约束条件优化分配当前可用时隙资源，生成当前航路资源优化分配策略；时域控制模块按一定步长检测航路容量，判断当前容量是否发生变化，如是则转至航路资源模块，如否则转至策略执行模块，其中，可根据不同情况，选定不同范围的步长来监测航路容量；策略执行模块用于执行当前航路资源优化分配策略；输出模块用于判断是否存在未执行航路资源优化分配策略的航班，如是则转至优化分配模块，如否则输出总延误损失和航路资源优化分配的最终策略。
请参阅图2所示，本发明还提出的一种航路资源动态分配工具的实现方法，该实现方法包括以下步骤：
利用初始化模块获取当前未执行航路资源优化分配策略的航班信息，航班信息包括航班数、每个航班的计划到达时刻和单位时间延误成本；
利用航路资源模块用于获取航路当前容量，根据容量确定当前可用时隙资源；
利用优化分配模块以当前未执行航路资源优化分配策略的航班的总延误损失最小为目标，按照航班实际到达时刻不早于计划到达时刻、每个航班有且仅有一个时隙的约束条件优化分配当前可用时隙资源，生成当前航路资源优化分配策略；
利用时域控制模块按一定步长检测航路容量，判断当前容量是否发生变化，如是则转至航路资源模块，如否则转至策略执行模块；
利用策略执行模块执行当前航路资源优化分配策略；
利用输出模块判断是否存在未执行航路资源优化分配策略的航班，如是则转至优化分配模块，如否则输出总延误损失和航路资源优化分配的最终策略。
其中，本发明的航路资源动态分配工具及其实现方法中，航路资源优化分配模块采用的数学公式为：
以当前未执行航路资源优化分配策略的航班的总延误损失最小为目标，表示为
其中，n为当前未执行航路资源优化分配策略的航班数；ci为航班i单位时间延误成本；为航班i实际到达时刻，即时隙r的起始时刻，表示时隙r；为航班i计划到达时刻；为决策变量，若将时隙r分配给航班i，为1，否则为0。决策变量的约束条件包括航班实际到达时刻不早于计划到达时刻和每个航班有且仅有一个时隙。
假设民航某航路10:00容量为12架次/小时，受危险天气影响，10:50容量变为6架次/小时，航路容量的大幅下降将导致航班延误，航班数据如表1所示。根据管制经验，设置轻型机单位时间的延误成本为1，中型机和重型机延误成本分别为轻型机延误成本的2倍和4倍。时域控制模块中步长设置为10分钟。采用本发明的航路资源动态分配工具与采用计划分配工具进行比较，运行结果如表所示。
从实验结果可以看出，本发明的航路资源动态分配工具与计划分配工具相比，本发明的航路资源动态分配工具减少了26.45％的航班延误损失，性能明显优于计划分配工具，通过及时掌握航路容量变化，实现了航路资源的动态分配，有效减少了航班延误损失。
Claims (3)
1.一种航路资源动态分配工具，其特征在于：包括初始化模块、航路资源模块、优化分配模块、时域控制模块、策略执行模块、输出模块；
所述初始化模块用于获取当前未执行航路资源优化分配策略的航班信息，所述航班信息包括航班数、每个航班的计划到达时刻和单位时间延误成本；
所述航路资源模块用于获取航路当前容量，根据容量确定当前可用时隙资源；
所述优化分配模块以当前未执行航路资源优化分配策略的航班的总延误损失最小为目标，按照航班实际到达时刻不早于计划到达时刻、每个航班有且仅有一个时隙的约束条件优化分配当前可用时隙资源，生成当前航路资源优化分配策略；
所述时域控制模块按一定步长检测航路容量，判断当前容量是否发生变化，如是则转至航路资源模块，如否则转至策略执行模块；
所述策略执行模块用于执行当前航路资源优化分配策略；
所述输出模块用于判断是否存在未执行航路资源优化分配策略的航班，如是则转至优化分配模块，如否则输出总延误损失和航路资源优化分配的最终策略。
2.如权利要求1的一种航路资源动态分配工具的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
利用初始化模块获取当前未执行航路资源优化分配策略的航班信息，航班信息包括航班数、每个航班的计划到达时刻和单位时间延误成本；
利用航路资源模块获取航路当前容量，根据容量确定当前可用时隙资源；
利用优化分配模块以当前未执行航路资源优化分配策略的航班的总延误损失最小为目标，按照航班实际到达时刻不早于计划到达时刻、每个航班有且仅有一个时隙的约束条件优化分配当前可用时隙资源，生成当前航路资源优化分配策略；
利用时域控制模块按一定步长检测航路容量，判断当前容量是否发生变化，如是则转至航路资源模块，如否则转至策略执行模块；
利用策略执行模块执行当前航路资源优化分配策略；
利用输出模块判断是否存在未执行航路资源优化分配策略的航班，如是则转至优化分配模块，如否则输出总延误损失和航路资源优化分配的最终策略。
3.如权利要求2的一种航路资源动态分配工具的实现方法，其特征在于：所述优化分配模块采用的数学公式为：
以当前未执行航路资源优化分配策略的航班的总延误损失最小为目标，表示为
其中，n为当前未执行航路资源优化分配策略的航班数；ci为航班i单位时间延误成本；为航班i实际到达时刻，即时隙r的起始时刻，表示时隙r；为航班i计划到达时刻；为决策变量，若将时隙r分配给航班i，为1，否则为0；决策变量的约束条件包括航班实际到达时刻不早于计划到达时刻和每个航班有且仅有一个时隙。
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