協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)①

劉馨陽(yáng), 李 毅

(四川大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院, 成都 610065) (四川大學(xué) 國(guó)家空管自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610065)

協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)①

劉馨陽(yáng), 李 毅

(四川大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院, 成都 610065) (四川大學(xué) 國(guó)家空管自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610065)

為彌補(bǔ)目前國(guó)內(nèi)民航空中交通運(yùn)輸自動(dòng)化系統(tǒng)相對(duì)缺失的狀態(tài), 實(shí)現(xiàn)空中交通運(yùn)輸參與部門協(xié)同決策航班數(shù)據(jù), 完成自動(dòng)化航班起飛排序, 協(xié)助管制員進(jìn)行起飛調(diào)度決策, 提出了協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)的總體框架.闡述了該系統(tǒng)的工作流程、核心模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、航班起飛約束條件和自動(dòng)化起飛排序調(diào)度算法. 根據(jù)用戶角色職責(zé)制定用戶權(quán)限, 參與信息共享和航班數(shù)據(jù)協(xié)同決策. 設(shè)計(jì)基于滾動(dòng)時(shí)域方法的航班起飛協(xié)調(diào)調(diào)度算法, 加以尾流和空中流量控制等安全約束, 得到優(yōu)化的待起飛航班序列, 并采用時(shí)隙表方式直觀的將航班序列展示給用戶.最后, 介紹了該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況, 結(jié)果表明, 系統(tǒng)可以完成多用戶協(xié)同決策、實(shí)現(xiàn)航班起飛管理自動(dòng)化、為管制員決策提供依據(jù).

協(xié)同決策; 協(xié)同放行; 起飛排序; 滾動(dòng)時(shí)域; 時(shí)隙表

航空交通作為擁有持續(xù)增長(zhǎng)點(diǎn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域目前正面臨著全新的挑戰(zhàn). 據(jù)國(guó)際民航組織統(tǒng)計(jì), 在1997-2012 年的15年內(nèi), 全球航空交通總量增加一倍,而在之后的15年內(nèi)會(huì)再翻一番, 到2032年, 全球公里乘客利潤(rùn)量將達(dá)到14萬億美元[1-3]如此龐大的航班、旅客數(shù)量以及迅猛增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)效益, 使得由于航班延誤而造成的經(jīng)濟(jì)等各方面的影響日益顯著. 單獨(dú)由空管局控制、管制員協(xié)調(diào)終端區(qū)內(nèi)所有航班起降的傳統(tǒng)模式已無法適應(yīng)當(dāng)前龐大的航班數(shù)量, 這不僅給管制員帶來了相當(dāng)大的工作壓力, 同時(shí)單方面的協(xié)調(diào)也很難保證各方利益損失最小化.

協(xié)同決策(Collaborative Decision Making, CDM)技術(shù)的提出幾乎完美的解決了由于管制員、運(yùn)管部門、航空公司、機(jī)場(chǎng)等方面無法及時(shí)溝通導(dǎo)致的信息不對(duì)等狀況. 本文針對(duì)該技術(shù)介紹了協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過程, 并引入了航班狀態(tài)顯示、協(xié)同放行航班起飛排序、終端區(qū)資源時(shí)隙分配表顯示等功能.采用了分布式數(shù)據(jù)庫(kù)概念, 對(duì)重要數(shù)據(jù)及模塊設(shè)備設(shè)計(jì)了冗余, 以達(dá)到高穩(wěn)定性、可靠性和高安全性的特點(diǎn).

1 協(xié)同決策及協(xié)同放行

1.1 協(xié)同決策

協(xié)同決策是一種實(shí)施在管制、運(yùn)管、機(jī)場(chǎng)、航空公司等組織之間, 以及各組織內(nèi)部的, 實(shí)現(xiàn)信息交流、數(shù)據(jù)資源共享的聯(lián)合協(xié)作運(yùn)行理念. 它提高控制交通管理效率, 同時(shí)確保了參與空中交通流量管理及實(shí)施的各部門獲得實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息, 以減小延誤損耗, 實(shí)現(xiàn)航空公司利益最大化[4].

1.2 協(xié)同放行

協(xié)同放行是基于協(xié)同決策機(jī)制下的離場(chǎng)航空器放行排序工作, 通過協(xié)同決策機(jī)制保證航空段流量最佳, 且通過相應(yīng)區(qū)域的航空器不超過限制, 盡可能的提高機(jī)場(chǎng)跑道和空域資源的利用率. 其主要特點(diǎn)是: 通過多主體聯(lián)合運(yùn)行和協(xié)同決策機(jī)制, 減小離港航空器在關(guān)艙門后的等待時(shí)間, 并能在空中交通流量出現(xiàn)限制時(shí), 有效的在終端機(jī)場(chǎng)控制航空器的離港時(shí)間, 將經(jīng)濟(jì)代價(jià)和安全代價(jià)相對(duì)較高的空中等待轉(zhuǎn)化為地面等待, 降低了由于突發(fā)情況或天氣狀況影響帶來的延誤代價(jià)[5].

1.3 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

美國(guó)是最早提出并使用協(xié)同決策機(jī)制的國(guó)家, 該決策機(jī)制是美國(guó)實(shí)施“自由飛行”項(xiàng)目第一階段的五個(gè)核心成果之一. 協(xié)同決策系統(tǒng)由CDMnent, CDM Message(協(xié)同決策報(bào)文), Flight Schedule Monitor(航班計(jì)劃監(jiān)視)和Aggregate Demand List(時(shí)隙需求傳輸隊(duì)列表)四個(gè)組件構(gòu)成[6-8]. 在該套系統(tǒng)的協(xié)助下, 改變了傳統(tǒng)中由指揮中心下達(dá)命令, 航空公司被動(dòng)接受的局面,使航空公司等更多地參與到?jīng)Q策過程中, 大大提高了他們的主動(dòng)性和運(yùn)作的靈活性, 并在滿足各方利益需求、減少航班延誤率等方面都有了大幅度的改善.

目前我國(guó)對(duì)協(xié)同決策系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究, 往往只集中在實(shí)現(xiàn)民航領(lǐng)域工作流程中各參與者之間的數(shù)據(jù)共享上, 然而在實(shí)際中僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的協(xié)同決策系統(tǒng)并不能真正達(dá)到減小管制員壓力、保證各方利益最大化等的目的[9,10].

因此, 本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)協(xié)同決策系統(tǒng)的不足,借鑒美國(guó)較為成熟的決策概念結(jié)合我國(guó)民航航空系統(tǒng)的實(shí)際情況, 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng). 該系統(tǒng)在完成航空管制部門、航空公司等方面的數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上, 加入了各部門對(duì)預(yù)關(guān)時(shí)間、協(xié)關(guān)時(shí)間、任務(wù)性質(zhì)、實(shí)關(guān)時(shí)間等的協(xié)調(diào)調(diào)整, 并實(shí)現(xiàn)了對(duì)待離港航班的實(shí)時(shí)排序, 給出滿足航班尾流影響、航空流量控制等安全約束因素的起飛序列.

2 系統(tǒng)總體框架及工作流程

CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)包含信息共享、協(xié)同決策、流量控制、時(shí)隙顯示和起飛排序五個(gè)功能模塊.并根據(jù)各部門職能為其分配了相應(yīng)的權(quán)限, 通過權(quán)限設(shè)制實(shí)現(xiàn)協(xié)同決策不同角色的參與.

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用QT和C++語(yǔ)言設(shè)計(jì)開發(fā), 系統(tǒng)架構(gòu)包含協(xié)同決策平臺(tái)、航班計(jì)劃接收及航班排序系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)平臺(tái), 如圖1所示.

其中, 協(xié)同決策平臺(tái)為各部門系統(tǒng)用戶提供界面顯示、操作窗口, 包含信息共享、協(xié)同決策、流量控制、時(shí)隙顯示四個(gè)功能模塊. 用戶通過該平臺(tái)可直觀的觀查到航班各項(xiàng)信息及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài), 實(shí)現(xiàn)用戶之間的數(shù)據(jù)信息共享. 并可根據(jù)自身職能權(quán)限參與協(xié)同決策,申請(qǐng)、審批或錄入相關(guān)航班數(shù)據(jù)信息. 運(yùn)管部門通過流量控制模塊發(fā)布流量信息, 為航班排序提供相關(guān)約束條件. 時(shí)隙顯示模塊是對(duì)完成排序的離場(chǎng)航班序列的圖像信息顯示.

CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)的航班計(jì)劃數(shù)據(jù)來源為領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)文(FPL)和ACARS報(bào)文. 航班計(jì)劃接收及排序平臺(tái)的其中一個(gè)功能便是接收和處理來自發(fā)報(bào)終端發(fā)送過來的FPL和ACARS報(bào)文, 并將處理好的數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)平臺(tái)中以備后續(xù)使用. 航班計(jì)劃接受及航班排序平臺(tái)的另一個(gè)功能是為待離港航班進(jìn)行排序. 根據(jù)原有航班計(jì)劃及各部門參與協(xié)調(diào)產(chǎn)生的協(xié)調(diào)時(shí)間為待離場(chǎng)航班計(jì)算相應(yīng)的離場(chǎng)時(shí)間序列, 管制員依據(jù)該航班序列安排航班離港. 航班計(jì)劃接受及航班排序平臺(tái)的另一個(gè)功能是為待離港航班進(jìn)行排序.根據(jù)原有航班計(jì)劃及各部門參與協(xié)調(diào)好的協(xié)調(diào)時(shí)間為待離場(chǎng)航班計(jì)算相應(yīng)的離場(chǎng)時(shí)間序列, 管制員依據(jù)該航班序列安排航班離港.

圖1 CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)總體框架

數(shù)據(jù)平臺(tái)則負(fù)責(zé)存儲(chǔ)相應(yīng)航班計(jì)劃、變化等數(shù)據(jù).除本系統(tǒng)包含的模塊外, CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)還涉及使用了發(fā)報(bào)終端、報(bào)文解析系統(tǒng), 負(fù)責(zé)航空?qǐng)?bào)文的發(fā)送和解析.

2.2 用戶權(quán)限設(shè)計(jì)

CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)為其用戶設(shè)置了如表1所示的權(quán)限.

表1 CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)用戶權(quán)限

在系統(tǒng)用戶權(quán)限設(shè)置中, 航空公司用戶有申請(qǐng)更改預(yù)關(guān)時(shí)間、協(xié)關(guān)時(shí)間和任務(wù)性質(zhì)的權(quán)限, 并可手動(dòng)錄入上客時(shí)間、實(shí)關(guān)時(shí)間和跑道信息數(shù)據(jù); 管制用戶負(fù)責(zé)對(duì)航空公司申請(qǐng)更改的預(yù)關(guān)時(shí)間和協(xié)關(guān)時(shí)間進(jìn)行審批, 并可手動(dòng)錄入實(shí)關(guān)時(shí)間和跑道信息數(shù)據(jù); 運(yùn)管用戶負(fù)責(zé)批復(fù)航空公司申請(qǐng)的任務(wù)性質(zhì)更改, 手動(dòng)錄入實(shí)關(guān)時(shí)間和跑道信息數(shù)據(jù), 并可發(fā)布和管理流量控制信息及流量控制模板; 機(jī)場(chǎng)用戶僅有對(duì)實(shí)關(guān)時(shí)間、跑道信息和機(jī)位信息錄入的權(quán)限.

2.3 系統(tǒng)工作流程

CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)工作流程如圖2所示.

系統(tǒng)接收到來自發(fā)報(bào)終端發(fā)送的航空計(jì)劃報(bào)后提取相應(yīng)信息, 顯示在協(xié)同決策數(shù)據(jù)共享界面上. 系統(tǒng)在當(dāng)前時(shí)間距離預(yù)起時(shí)間50分鐘內(nèi)發(fā)布航班的協(xié)調(diào)關(guān)門時(shí)間(HOBT). 航空公司根據(jù)航班實(shí)際狀況申請(qǐng)調(diào)整協(xié)關(guān)時(shí)間. 管制員在結(jié)合全局航班狀況下批復(fù)或拒絕航空公司對(duì)協(xié)關(guān)時(shí)間的調(diào)整申請(qǐng). 系統(tǒng)根據(jù)更改的協(xié)關(guān)時(shí)間計(jì)算協(xié)調(diào)起飛時(shí)間. 航班起飛排序系統(tǒng)定時(shí)讀取計(jì)算好的距當(dāng)前時(shí)間40分鐘內(nèi)的待起飛航班和尾流、當(dāng)前時(shí)段流量控制等約束條件, 對(duì)待起飛航班進(jìn)行排序, 為其指定合適的起飛時(shí)隙. 按時(shí)接收到實(shí)際關(guān)門時(shí)間(AGCT)后, 根據(jù)實(shí)關(guān)時(shí)間和約束條件計(jì)算推出時(shí)間, 重新對(duì)航班序列進(jìn)行排序并將航班狀態(tài)置為已關(guān)門; 若未按時(shí)收到實(shí)關(guān)時(shí)間, 將航班放入等待池, 對(duì)航班序列重新排序. 若系統(tǒng)按時(shí)收到航班起飛報(bào), 將航班顯示狀態(tài)置為起飛; 若未按時(shí)收到起飛報(bào),則將航班放入等待池. 管制員根據(jù)等待池中航班的實(shí)際狀況重新填寫協(xié)關(guān)時(shí)間, 航班移出等待池重新加入起飛排序隊(duì)列.

圖2 CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)工作流程圖

3 起飛排序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

起飛排序功能是CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)中的一個(gè)實(shí)現(xiàn)重點(diǎn). 為待起飛航班分配滿足約束條件的時(shí)隙序列, 避免航班飛行沖突的發(fā)生, 并盡量減小航班的延誤率.

3.1 約束條件

1) 尾流約束

在民用航空運(yùn)輸飛行中規(guī)定, 禁止航空器使用同一跑道對(duì)頭、并排、編隊(duì)和跟蹤起飛, 即連續(xù)起飛的航空器間必須留有一定的間隔. 該間隔主要受航空器尾流影響, 國(guó)際民航組織ICAO規(guī)定了進(jìn)場(chǎng)飛機(jī)之間的安全間隔[11], 如表2所示.

表2 尾流間隔標(biāo)準(zhǔn)

2) 流量控制約束

在實(shí)際情況中, 空域段和終端機(jī)場(chǎng)區(qū)域的容量往往會(huì)因?yàn)樘鞖?、航空管制等因素而改? 而當(dāng)即將進(jìn)入該空域段或終端區(qū)的航班數(shù)量大于其容納量時(shí), 航班需要在區(qū)域外等待, 直至區(qū)域中有接納其空間時(shí)才可駛?cè)? 航班在空中等待由于燃油消耗等的產(chǎn)生的代價(jià)遠(yuǎn)大于地面等待, 且航班長(zhǎng)時(shí)間在空中盤旋易引發(fā)交通事故, 因此, 為了減少航班等待時(shí)產(chǎn)生的代價(jià)、保證航班飛行安全, 設(shè)計(jì)將航班可能產(chǎn)生的空中等待轉(zhuǎn)化為地面等待. 根據(jù)運(yùn)管部門發(fā)布流量控制信息, 為受影響的航班設(shè)定等待時(shí)間, 并延后相應(yīng)時(shí)間起飛.流量控制信息顯示如表3所示.

表3 流量控制信息

3.2 航班起飛調(diào)度算法

為滿足航班排序的實(shí)時(shí)性和高效性, 航班起飛排序模塊采用一種基于滾動(dòng)時(shí)域方法的航班起飛調(diào)度算法. 該算法在傳統(tǒng)的先來先服務(wù)(FCFS)算法的基礎(chǔ)上加入了尾流約束和航空流量控制約束限制, 并采用滾動(dòng)時(shí)域的方法來控制計(jì)算時(shí)間和資源上的消耗.

3.2.1 問題描述

航班起飛調(diào)度算法的主要目的是為航班分配滿足尾流約束(見表2)控制和流量約束(見表3)控制條件的起飛時(shí)間, 并給出相應(yīng)的離場(chǎng)順序.

根據(jù)民航運(yùn)輸飛行規(guī)定, 相鄰航班必須滿足相應(yīng)尾流間隔, 所以:

其中N表示目前正在等待起飛的航班總數(shù),ti表示為航班i分配的離場(chǎng)時(shí)間,wi-1,i為連續(xù)航班i-1和i之間的尾流約束間隔.

由于天氣、航空管制等因素, 終端區(qū)或航路點(diǎn)上的容量會(huì)隨時(shí)發(fā)生改變, 因此待離場(chǎng)的 航班需要滿足如下流量約束:

其中航班b,i受相同流量控制約束(即經(jīng)過相同航路點(diǎn)或擁有相同目的地),fb,i表示流量控制約束間隔.

則根據(jù)尾流和流量控制約束計(jì)算得到的航班i的計(jì)算起飛時(shí)間di如下:

其中,ti-1表示分配給前序航班的起飛時(shí)間.

因此, 根據(jù)航班不得早于預(yù)計(jì)離場(chǎng)時(shí)間起飛的原則, 分配給航班i的離場(chǎng)時(shí)間ti為:

其中,Ti表示航班i的預(yù)計(jì)離場(chǎng)時(shí)間(Estimate Time Departure, ETD).

3.2.2 滾動(dòng)時(shí)域方法

為了降低由于數(shù)據(jù)量大帶來的計(jì)算時(shí)間和計(jì)算資源消耗過大的問題, 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了如下圖4所示的滾動(dòng)時(shí)域方法[12]. 將連續(xù)的離港航班計(jì)劃起飛時(shí)間分為若干時(shí)間長(zhǎng)度相等的時(shí)域段, 并指定滾動(dòng)時(shí)隙間隔長(zhǎng)度.對(duì)每一個(gè)時(shí)域段進(jìn)行一次航班起飛調(diào)度, 然后等待相應(yīng)的滾動(dòng)時(shí)隙后為下一時(shí)域段進(jìn)行航班起飛調(diào)度. 如此往復(fù)至所有航班離場(chǎng).

圖4 滾動(dòng)時(shí)域方法

基于滾動(dòng)時(shí)域方法的航班動(dòng)態(tài)起飛調(diào)度算法流程圖如圖5所示.

第一步, 獲取時(shí)域段時(shí)間長(zhǎng)度h和滾動(dòng)時(shí)隙時(shí)間長(zhǎng)度t.

第二步, 準(zhǔn)備處在當(dāng)前T到T+h(T為初始時(shí)間)時(shí)域段內(nèi)的航班數(shù)據(jù)及約束條件數(shù)據(jù).

第三步, 判斷航班數(shù)據(jù)是否為空, 若是則結(jié)束;否則執(zhí)行第四步.

第四步, 調(diào)用航班起飛調(diào)度算法為處在當(dāng)前時(shí)域段內(nèi)的航班分配起飛時(shí)間.

第五步, 等待接收協(xié)調(diào)關(guān)門時(shí)間(HOBT)更改或?qū)嶋H關(guān)門(AGCT)時(shí)間錄入, 若收到相關(guān)數(shù)據(jù), 重復(fù)第四步.

第六步, 等待滾動(dòng)時(shí)隙時(shí)間長(zhǎng)度t, 重復(fù)第二步.

圖5 基于滾動(dòng)時(shí)域方法的航班動(dòng)態(tài)起飛調(diào)度算法流程

4 時(shí)隙表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

航班時(shí)隙表顯示了動(dòng)態(tài)航班排序后產(chǎn)生的航班隊(duì)列信息, 其格式如圖6所示.

圖6 航班時(shí)隙表

每條航班都記錄了偏離值、航班號(hào)、目的機(jī)場(chǎng)和跑道信息. 其中, 已起飛的航班偏離值=實(shí)際起飛實(shí)際- 預(yù)計(jì)起飛時(shí)間; 已關(guān)艙門航班的偏離值=最終起飛時(shí)間–預(yù)計(jì)起飛時(shí)間; 未關(guān)艙門的航班偏離值=計(jì)算起飛時(shí)間–預(yù)計(jì)起飛時(shí)間.

航班記錄顏色用來表示航班當(dāng)前狀態(tài). 其中, 藍(lán)色表示已起飛航班, 紫色表示航班為準(zhǔn)備狀態(tài), 綠色代表已關(guān)艙門的航班.

5 運(yùn)行效果驗(yàn)證

測(cè)試航班數(shù)據(jù)來源于2015年10月5日當(dāng)天15:30-16:00間成都離港航班.

5.1 運(yùn)行界面

各用戶根據(jù)自己的角色登錄后可看到航班資源數(shù)據(jù)信息共享界面, 如圖7所示.

圖7 協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)界面

其中功能導(dǎo)航欄含有樣式設(shè)置、等待池信息查看、待辦事項(xiàng)、航班計(jì)劃等基礎(chǔ)信息設(shè)置; 航班計(jì)劃協(xié)調(diào)表格顯示的為航班計(jì)劃的具體信息, 包含航班號(hào)、任務(wù)性質(zhì)、機(jī)號(hào)、機(jī)型、尾流、目的地、停機(jī)位、計(jì)劃時(shí)間、申請(qǐng)時(shí)間、預(yù)起時(shí)間、上客時(shí)間、預(yù)關(guān)時(shí)間、協(xié)關(guān)時(shí)間、預(yù)推時(shí)間、跑道、應(yīng)答機(jī)、實(shí)起時(shí)間、前段航班號(hào)、航班狀態(tài)信息, 供用戶查看和協(xié)調(diào)操作使用; 功能切換側(cè)邊欄用于切換復(fù)合功能顯示區(qū)顯示的信息, 包含航班運(yùn)行統(tǒng)計(jì)、航班時(shí)隙間隔圖、流量控制信息等功能.

5.2 航班排序結(jié)果

首先接收到由發(fā)報(bào)終端發(fā)送過來的航班計(jì)劃數(shù)據(jù),通過整理后得到計(jì)劃的初始航班信息數(shù)據(jù)如表4所示.其中航班1、2為已起飛航班.

表4 計(jì)劃航班數(shù)據(jù)

5 CZ6162 ZBAA M 1530 6 3U8891 ZBAA M 1540 7 CA3828 ZYTX M 1545 8 TV6109 ZBAA S 1550 9 3U8897 ZBDH M 1550 10 MF1250 ZGGG H 1550 11 ZH4539 ZSAM M 1550 12 3U3028 ZGGG M 1550 13 CZ5348 ZSQZ M 1600 14 3U8019 ZSNB M 1600 15 MF1704 ZBAA M 1600

假定該時(shí)段流量控制條件約束如表5所示.

表5 流量控制約束

系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的排序算法和約束條件對(duì)航班進(jìn)行初始排序, 排序結(jié)果如表6所示.

航空公司申請(qǐng)TV6109次航班的協(xié)調(diào)關(guān)門時(shí)間調(diào)整, 由15:35調(diào)整至15:30, 在管制員批復(fù)該請(qǐng)求后,觸發(fā)航班隊(duì)列重新排序, 序列結(jié)果如下表7所示. 航班TV6109次航班的計(jì)算起飛時(shí)間由原來的15:50提前至15:45. 而由于與航班CA3828產(chǎn)生尾流沖突, 則最后計(jì)算起飛時(shí)間為15:47.

表7 更改協(xié)關(guān)時(shí)間后序列

2 8L9615 ZSJN S 1502 3 CZ6136 ZBAA M 1530 4 HU7648 ZBAA M 1532 5 CZ6162 ZBAA M 1534 6 3U8891 ZBAA M 1540 7 CA3828 ZYTX M 1545 8 TV6109 ZBAA S 1547 9 3U8897 ZBDH M 1552 10 MF1250 ZGGG H 1554 11 ZH4539 ZSAM M 1557 12 3U3028 ZGGG M 1559 13 CZ5348 ZSQZ M 1601 14 3U8019 ZSNB M 1602 15 MF1704 ZBAA M 1604

在航班HU7648實(shí)際關(guān)門操作完成后航空公司或管制、運(yùn)管部門為該航班手動(dòng)錄入實(shí)際上客時(shí)間, 并觸發(fā)航班序列重新排序. 由關(guān)門航班優(yōu)先安排起飛原則, 可看出航班HU7648的計(jì)算起飛時(shí)間更改為15:30,原定由15:30起飛的航班CZ6136由于未完成關(guān)門操作計(jì)算起飛時(shí)間延后至15:32, 如表8所示.

表8 實(shí)關(guān)時(shí)間錄入后序列

6 結(jié)語(yǔ)

CDM協(xié)同決策起飛排序系統(tǒng)利用航班運(yùn)行協(xié)同決策技術(shù), 建立協(xié)同決策平臺(tái), 整合民用航空各參與單位有關(guān)航班運(yùn)行的信息資源, 實(shí)現(xiàn)航班離港排序等功能. 對(duì)離港航班進(jìn)行排序, 優(yōu)化航班離港序列及時(shí)處理與發(fā)布相關(guān)流量控制信息, 并將排序結(jié)果及運(yùn)行環(huán)境信息發(fā)布在時(shí)隙顯示表和數(shù)據(jù)信息共享界面上,使管制、運(yùn)管、航空公司、機(jī)場(chǎng)對(duì)本場(chǎng)航班的運(yùn)行態(tài)勢(shì)有相同的認(rèn)識(shí), 從而促進(jìn)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行更加有序、正常、高效.

本系統(tǒng)的航班排序模塊采用簡(jiǎn)單高效的排序算法,并考慮到了實(shí)際環(huán)境中產(chǎn)生的航班安全約束條件和限制約束條件, 使計(jì)算所得序列具有真實(shí)性、可靠性和安全性.

隨著協(xié)同決策功能的不斷拓展和深入研究, 自動(dòng)化的航班運(yùn)行會(huì)給航空部門帶來越來越大的優(yōu)勢(shì). 在此過程中各航空公司間的利益均衡性也應(yīng)作為一個(gè)條件納入系統(tǒng)功能完善性的考驗(yàn), 因此, 下一步的工作可以考慮設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)航空公司內(nèi)部的時(shí)隙交換功能,已提高航空公司在決策上的積極性并盡可能的保證航空公司間的利益均衡.

1 李偉鋼,唐朝生,劉鵬,等.航空交通協(xié)同決策方法研究.復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué),2015,12(2):46–52.

2 Airbus. Airbus global market foreast journeys 2013-2032. http://www.airbus.com/company/market/gmf2013. [2014-6-9].

3 Goldman R. A-CDM in New York KJFK runway construction and impact on operations. Advanced ATM Techniques Symposium and Workshops. Montreal, 2013.

4 王亞平.運(yùn)用CDM 系統(tǒng)保障航班正常率.電子制作,2014, 20:239.

5 朱媛,李潔.航班運(yùn)行協(xié)同決策技術(shù)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).信息技術(shù)與信息化,2014,(11):180–182.

6 閆然.民航協(xié)同決策(CDM) 概念及分析.中國(guó)科技術(shù)語(yǔ), 2012,14(6):50–53.

7 顏曉東,朱道嫻,馬輝.美國(guó)空中交通流量管理體系及其對(duì)我國(guó)流量管理建設(shè)的啟示(二).中國(guó)民用航空,2007,(2):42–45.

8 Vossen T, Ball M. Optimization and mediated bartering models for ground delay programs. Naval Research Logistics, 2006, 53(1): 75–90.

9 何林,張晶.從空管角度談協(xié)同決策系統(tǒng)運(yùn)行——華北空管局CDM系統(tǒng)建設(shè)介紹.中國(guó)民用航空,2013,(10):40–41.

10 吳峰.西南地區(qū)飛行計(jì)劃統(tǒng)一管理模式探討.中國(guó)民航飛行學(xué)院學(xué)報(bào),2013,11(6):24–26.

11 陳興,隋東,張軍峰,等.基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的航班著陸調(diào)度算法.航空計(jì)算技術(shù),2012,11(6):45–53.

12 Samà M, D’Ariano A, Pacciarelli D. Rolling horizon approach for aircraft scheduling in the terminal control area of busy airports. Transportation Research Part E: Logistics and Transportation Review, 2013, 60: 140–155.

Collaborative Decision for Departure Sequencing

LIU Xin-Yang, LI Yi
(School of Computer Sciences, Sichuan University, Chengdu 610065, China) (National Key Laboratory of Air Traffic Control Automation System Technology, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

This paper proposes a collaborative decision framework for departure sequencing, which can remedy the defect of air transportation automation system and make it come true that scheduling departure aircraft automatically under air transportation departments’ collaborative decision-making of flight data, assisting controllers for take-off scheduling decision. A general framework of collaborative decision taking off scheduling system is proposed. The details of framework that include the flow work of system, core module structure design, the constraint conditions of flight departure and the scheduling algorithm of the automatic take-off are described. User permissions are determined by their roles and responsibilities, who can participate in information sharing and flight data collaborative decision making. In addition, the framework adopts automatical departure scheduling algorithm with wake stream and air flow constrains which is designed by rolling horizon procedure, getting the optimized flight sequence to take off, the time slot table being used to display the flight sequence to the user directly. Finally, the actual operation situation of the system shows that the system can complete the multi-user cooperative decision-making, realize the automation of flight management and provide the basis for ATC decision.

collaborative decision; collaborative release; departure sequencing; rolling horizon procedure; time slot table

國(guó)家空管委科研課題(GKG201403004)

2016-03-28;收到修改稿時(shí)間:2016-05-08

10.15888/j.cnki.csa.005494