飞机推出程序设计机理与停机坪运行优化研究

Aircraft pushback on the apron involves airport, air traffic control and airlines simultaneously, the operation of which directly affects the apron operation. However, the operating mechanism concerning aircraft pushback has received only scant attention for a long time. Based on this, the project, firstly, analyzes the influencing mechanism between different configurations of apron and aircraft pushback, and establishes an accurate and credible kinematics simulation model to explore the design mechanism of aircraft pushback procedure under the different apron configurations, including the combinations of apron pushback and the settings of pushback stop point and pushback directions, which provides quantized technical basis for revision of standard and regulation of aircraft pushback. Secondly, the project analyzes the effect of aircraft pushback on airport gate assignment and taxiway routing quantitatively in the multi-source and multi-congruence apron network, and builds a multi-objective optimization model of operation efficiency and operation safety on apron network, and proposes to solve the model by evolutionary multi-objective algorithm. Finally, the project creates a reliability indicator system, to assess the operational reliability of the apron network concerning aircraft pushback, and proceeds Monte-Carlo simulation analysis under random disturbance and uncertain network environment. The research will enrich and develop theories and approaches in the management of airport surface resources, and promote a safe, highly effective, and reliable operation on the apron of busy airports. The project has important academic theory significance and engineering application value.

飞机在停机坪的推出同时涉及机场、空管和航空公司，其运行是否高效直接影响停机坪的运作，但其运行机理长期以来未受重视。课题以此为背景首先分析不同典型机坪构型对飞机推出的影响机制，建立准确可信的运动学仿真模型，以探索不同机坪构型下飞机推出程序的设计机理，包括机位推出的组合方式、推出停止点和推出方向的设置，为局方修改飞机推出作业标准和规范提供技术依据；其次在多源多汇的停机坪网络环境下，量化分析飞机推出对停机位指派和滑行路径调度的影响机理，研究建立停机坪网络运行效率和运行安全的多目标优化模型，并提出进化多目标算法求解；最后从安全和效率的角度建立指标体系评估基于飞机推出的停机坪网络运行可靠性，并针对网络的随机扰动和不确定环境进行Monte-Carlo仿真分析。本项目的研究将丰富和发展机场场面资源管理理论和方法，促进繁忙机场停机坪安全、高效和可靠的运行，具有重要的学术理论意义和工程应用价值。

飞机在机坪的推出同时涉及机场、空管和航空公司，其运行是否高效直接影响机坪的运作，但其运行机理长期未受重视，项目以此为背景研究飞机推出程序设计机理与停机坪运行优化问题。首先对国内外高密度运行机场的机坪构型特征进行比对；接着重点分析典型机坪构型下飞机推出的流程，扩展了飞机推出模式，提出了典型机坪构型下飞机推出程序的设计原则，设计了一套评估不同飞机推出模式的指标体系和一套传递推出指令的标志系统，并通过数值计算或者仿真分析确定飞机推出程序的具体内容，包括机位的组合方式、推出方向、推出等待点等；在此基础上量化飞机推出对机坪运行的影响，同时考虑陆侧和空侧的相关运行目标，建立了更符合实际的机位预指派和实时指派模型，并设计求解算法；然后提出一种基于集成学习的离港飞机滑行时间预测方法，以此实现对飞机推出时隙的分配控制；最后采用增量式贝叶斯网络模型实现了对离港航班延误等级的实时概率预测。研究结果表明：（1）传统飞机推出模式已不能适应主流机坪构型的要求，对飞机推出模式的扩展既可以避免推出的飞机占据机坪关键位置，又可以避免飞机尾喷吹袭，提高了机坪运行效率和安全水平。（2）量化飞机推出对机坪的影响，并引入机位预指派和实时指派问题，更清楚地揭示了机坪各个环节相互影响的机制，不仅提高了机位预指派方案的可执行性，也满足了机位实时指派方案对实时性的要求。（3）获得了影响离港滑行时间的显著相关因素，即动态离港需求量、同时段进离港航班量和推出前15分钟离港航班平均滑行时间，据此可以实现对离港滑行时间的精准预测和飞机推出时隙的有效分配。（4）采用增量式贝叶斯网络模型实现了对机场每一个离港航班的延误等级进行概率预测，并取得了很好的预测精度。本项目揭示了典型机坪构型对飞机推出的影响机理，为局方、机场和航空公司充实和细化停机坪飞机推出作业的有关标准和规范提供技术依据，也为研究停机坪运行管理的相关优化问题提供了思路和方法。