浅谈机位预指派的研究成果

浅谈机位预指派的研究成果

徐建涛

关键词机场；机位预指派；研究成果

引言合理的停机位分配可以大大提高机场的服务水平，减少因航班晚点等因素带来的影响，并提升旅客的满意度。因此机场机位分配的研究是一个“有着重要实际意义的课题”。1机位预指派的研究成果机位预指派问题，主要有三类研究方法：

一、数学规划方法。机位指派的数学规划方法是将客观的机位、航班和航班指派规则等通过思维抽象后，用符号和关系式表示，并将关系式量化，建立机位指派模型，求解模型得到机位指派方案。除了单纯的考虑机位预指派，很多学者开始关注不正常航班（早到航班、晚到航班、早出发航班和晚出发航班）对机位预指派造成的影响，在机位预指派时考虑动态的航班不正常，例如：1993年Hassounah和Steuart在机位预指派模型中，对于停靠同一机位的衔接航班，在指派时考虑同机位固定缓冲时间的约束。1998年Yan和Chang、2001年Yan和Huo在机位预指派模型中，考虑同机位变动缓冲时间的约束，从而提高机位预指派的实用性。

二、专家系统方法。专家系统是对领域专家分析、求解复杂问题能力的模拟。专家系统具有三个属性：启发性、透明性和灵活性。由于专家系统解决实际问题时考虑周密，并且突出知识的价值，所以发展很快，但是专家系统推理结果受推理规则的影响很大，不合适的推理规则可能导致错误的推理结果。机位指派的专家系统，通常将航班和机位信息转化为“知识表达”，构建航班和机位信息“知识库"，然后使用推理机通过设定不同的指派规则得到机位指派方案。2002年L.Soi-Hoi、C.Jia-Meng和F.Henry建立了一个与人工智能相结合的机位指派专家系统，2004年周至和孟波介绍了机位指派知识系统构建的全过程，使用事实表构建知识库，以方便知识库的修改。2006年张学明和施法在国内民航业中首次提出基于知识库和三级推理机模式的机位自动分配系统，三级推理机分别为：一、粗略分配，即定性的分析各个航班可以停靠的机位集合；二、条件过滤，包括任务过滤，特殊机位过滤，机位状态过滤；

三、冲突处理，即当出现多个可行解决方案时，比较各种解决方案找到最优的解决方案。

三、系统仿真方法。系统仿真是根据被研究真实系统的模型，利用计算机针对系统模型所进行的实验研究，它是建立在系统科学与计算机技术基础之上的一门综合性实验科学。系统仿真近年来逐渐被用于解决机位指派问题，它是通过分析机场的机位资源和航班时刻表，建立机场运行的模型，通过计算机模拟机场实际运行，从而实现机位指派，并预见可能出现的状况，针对各状况提出解决方案，并通过模拟验证解决方案的可行性和有效性，直到找到较优解决方案。例如：1986年Hamzwawi建立了机位指派的仿真模型，并通过模拟得到机位预指派的方案，1998年YuCheng建立了以网络流为基础的仿真模型，1998年Yan和Chen建立了机场仿真模型，通过模拟机场的实际运行情况，帮助机场管理人员分析飞机的随机延误对机位预指派产生的影响，并且统计出同机位衔接航班间的柔性缓冲时间分布。

除了以上的常用机位指派方法外，也有其他的一些机位指派方法。例如：1997年YuCheng提出的介于专家系统和数学优化之间的解决方法，此方法耗时少，能清晰的描述不确定因素，易于展示复杂问题之间的关系，但是也有其自身的缺点，即它的推论系统没有专家系统有效，优化过程没有数学优化严密。跟国外研究相比，由于我国民航业起步相对较晚，国内针对停机位分配问题的研究还是刚刚开始,主要集中在国内民航系统的民航二所、首都国际机场、厦门机场和一些相关的民航院校等科研单位的学者们，绝大多数都采用数学规划与启发式规则、专家系统方法等来制定航班停机位的分配计划,并已经取得了一定的成果。

2006年，常钢等人利用多目标规划的理论和方法，深入考察机场停机位的分配过程，提出建模的假设条件,抽象出初始条件和约束条件，提出优化目标,构造出目标函数和效用函数，建立起了停机位分配问题的一个多目标整数规划模型，为后续优化算法研究奠定了基础。2006年，陈欣等人为探索中小型机场停机位分配问题有效合理的解决方法，以乘客最小行走距离为优化目标，建立了中小型机场停机位整数规划分配模型,利用改进的启发式算法进行了求解。该算法可以缩小搜索空间，在最坏情况下的计算复杂度是多项式的，优于CPLEX软件的指数级计算复杂度，具有更高的计算效率。2007年，陈欣等人设计了一种排序模拟退火算法以求解枢纽机场的停机位分配问题，该算法首先根据停机位期望偏好值和航班客座率进行排序以得到模拟退火算法的初始解，然后运用经典的模拟退火算法求解最优分配结果。2007年，罗荣武等人给出了停机位分配问题顶点着色模型及其分解算法,通过改良一种时间冲突算法，构建了航班使用停机位的时间冲突集合，以“先到先服务”原则为基础，把停机位分配问题转化为顶点着色问题，并建立了相应模型。2007年，徐肖豪等人通过对航空器使用停机位的特性分析，建立了一种停机位分配模型,并采用Memetic算法和贪婪算法分别对航空器停机位占用次序和占用时间进行了仿真模拟。2008年,驹姝妹和许俐建立了以旅客满意度为优化目标的数学模型，并设计了一种贪婪模拟退火算法(GSAA)，以求解枢纽机场的停机位分配问题。2009年，卫东选和刘长有分析了航班延误原因及影响,根据提高机场运营效率和旅客满意度的优化原则，确定出3个优化目标函数(分配到远机位的航班数量最少分配方式扰动性最小以及相关旅客转移距离最小为优化目标),建立机场停机位实时再分配问题优化模型。2009年，韩鹏等人针对目前中小型机场停机位指派问题，利用遗传算法进行求解，建立中小型机场整数规划指派模型。2010年，杨文东等人分析了机场停机位分配的基本约束和附加约束,以航班延误和停机位空闲时间总和最小为目标函数构建机场停机位分配模型，提出停机位航班连接树的概念和构造方法，设计分配模型的贪婪算法，最后将该算法应用于一个算例。小结停机位分配过程非常复杂，尤其在当今机场业务量大、停机位数量多、航班运行情况复杂的条件下，停机位分配是一个动态的多目标、多约束的决策过程，这个过程可以看做是一个复杂的离散动态系统。因此机位预指派问题需继续深入研究，优化的分配方案可以节约航班的机位占用时间，加速后续航班的场面流动，提高机场的运行效率。

参考文献[1]林尧瑞，专家系统原理与实践，北京，清华大学出版社，1988：1-264。[2]L.Soi-Hoi，C.Jia-Meng，F.Henry，DevelopmentofAnIntelligentAgentforAirportGateAssignment，JournalofAirTransportation，2002，7（2）：103-114。[3]张学明，施法中，机场机位分配专家系统研究，计算机工程，2006，26（6）：69-71。