毕业论文-基于关键点限制的昆明长水机场放行优化策略

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1、基于关键点限制的昆明长水机场放行优化策略摘要近几年来，航空业发展突飞猛进，同时，航空需求的加速增长也给机场带来了一系列的影响，如在世界范围内都普遍存在的航班延误问题。如何有效缓解机场交通拥堵，加速航班流动，减少航班延误已成为当今民航界的热点课题。本文对昆明长水国际机场出港航班进行优化研究，首先介绍了研究背景及意义，其次对长水机场以及其所在的昆明终端管制中心进行了介绍，说明了机场跑道、滑行道布局结构，管制间隔，指出了造成航班延误的主要原因，构造了长水机场出港排序优化算法。论文针对在长水机场不同的跑道运行条件下给出离港航空器的放行优化序列，利用实际放行数据对论文模型进行验证。数据分析表明优化后的航

2、班序列放行总时间较少，有效减轻了航班延误的状况。最后对全文研究进行了总结。关键词：空中交通管理；航班延误；优化放行。目录摘要1引言41绪论研究背景4国内外研究现状51.2.1国外研究51.2.2国内研究62 空中流量管理及相关知识2.1空中交通流量管理概念72.2空中交通流量管理目标7空中交通流量管理策略83离场流量管理离场过程8离场排序93.3影响机场流量的因素114昆明长水机场及双跑道运行模式介绍 昆明长水机场及发展简介13134.1.2 长水机场发展事件13 长水机场跑道运行模式145离场航班排序算法模型优化前期16模型构造175175.2. 2目标函数及约束函数17优化算法185.4算

3、法流程图196长水机场出港优化实例6.1 长水机场筛选后的进港航班20 昆明长水机场飞往西安出港航班及优化统计20图表分析217总结和展望24致谢24引言随着民航业的飞速发展，近年来全国飞行量持续增长，但是我国目前航班量任未达到社会需求，因此修建新机场，开辟新航线，改善跑道运行模式等要求任比较强烈。随着飞行量的增加，各机场空中交通管制能力和飞行量之间不适应的矛盾日益凸显。因此，如何加强空中交通流量管理，优化飞机的飞行环境，保证飞行畅通，有效减少航班延误已成为现今空中交通管制部门所面临的迫切任务。本论题研究讨论长水机场放行优化的问题，意指对离场航空器进行合理的的放行优化以解决或减少航班延误的情况

4、。那么何为航班延误，航班降落时间比计划降落时间（航班时刻表上的时间）延迟30分钟以上或航班取消的情况称为延误。航班延误影响着航空公司的运行效率和服务质量，一般使用准点率来衡量承运人运输效率和运输质量。准点率，又称正点率、航班正常率，是指航空旅客运输部门在执行运输计划时，航班实际出发时间与计划出发时间的较为一致的航班数量与全部航班数量的比率。提高航班正点率是航空运输服务水平提高的标志之一。1. 绪论 随着我因民航业的快速发展，机场业已经成为我国国家和区域经济发展的强大动力。目前，我国已是民航运输量增长最快的国家。航空运输量的快速增长导致空中交通网络负荷加大，空中交通流量的不平衡导致繁忙机场及终端

5、区和航路交叉点频繁出现飞行冲突，引起交通拥挤，不仅给管制员的工作带来繁重的负荷，形成事故隐患，还对机场及导航基础设施造成了很大的压力。使现有机场有限的容量无法满足不断增长的市场需求，更有航班延误，给航空公司造成了巨大的损失，给旅客带来诸多的不便，同时也给航班时刻的编排带来了极的困难。云南省作为一个旅游大省，民肮业发展迅捷，截至2012年年底，云南运营民用运输机场12个，其中有1个区域性枢纽机场昆明长水国际机场和1I个支线机场，机场密度达每万平方公里0.3个，开通航线319条,其中，国内航线275条，国际航线38条，地区航线6条。通航城市118个，其中，国内城市89个，国际城市26个，地区城市3

6、个.进入云南航空市场的国内外航空公司达到37家。云南民航实现送输起降架次27.65万架次，旅客吞吐量3192.11万人次，货邮吞吐量28.26万吨。昆明长水国际机场全球百强机场之一，是中国面向东南亚、南亚和连接欧亚的国家门户枢纽机场，中国西南部地区唯一的国家门户枢纽机场。该机场是全国继北京首都机场、上海浦东机场之后第三家实现双跑道独立运营模式的机场，其二期工程建设T2航站楼，于2015年开工，预计2020年前完成建设，并将新建两条跑道（共4条跑道），即时昆明长水国际机场能够满足年客流量8000万人次的运营。这样跑道运行模式，虽然增大了机场流量，也缓解了航班延误的情况，但随着空中交通流量的持续高

7、速增长，各种原因的延误情况依旧严重。减少航班延误情况，对进、离港流量的优化，一向是国内、外民航界想要解决的重要课题。 旱在二十世纪六七十年代，由于不断增加的空中交通流量与交通管制系统之间的矛盾 ,航空业发达国家的学者们率先开始了流量管理研究工作，八十年代，美国麻省理工学院的Odoni教授首次对空中交通流量管理进行了系统的概述，提出了战术管制和战略管理两种流量管理模式。在空中交通流量的战术管制方面，八十年代中后期，美国NASA艾姆斯研究中心的Heniz Erberger研充了基于时间理念的空中航班调度问题，根据航空器性能、配置的导航系统以及实时程序计算算航空器的进场至降落阶段所需时间，为所有进场

8、抗班分配无冲突的着陆时间并提供下降剖面。以此为基础设计了进场交通自动化系统，并在丹佛机场进行了试用。在欧洲，九十年代后德国的Klaus Platz和Urich Broko也作了此方面的研究，井在德国法兰克福机场进行了实验。在终端区进场航班的排序问题研究中，1991年Dear和Sheri研究了终端区航班的动态和静态排序问题，提出了单跑道的位置约束算法，即在排序航班指定降落次序时，航班位置的改变和调调整不能超出一定的范围。Brinton(1992)通过枚举所有可能的航班队列 ,提出一个深度优先树搜索算法。J.Abela(1993)在行班的调度问题中使用以时隙为染色体的遗传算法，并给出了20架飞机的

9、计算结果。John.E.Ronbinson(1997)对终端区的进场航班提出了基于Fuzzy reasoning的排序方法，Kari Andersson对NASA所提出的改进空中交通流量的决策支持工具，协同进场规划。CA做了基于优化的分析方法，对进场排序程序能够改善航空运输系统进行了验证，Aditya P.Saraf（2006）对拥挤机场进场航班的优化提供了一种有效的组台优化方法。Hanbong.Lee（2006）对跑道排序过程中的燃油成本，延迟和吞吐量的权衡进行了研究。阿姆斯特丹的ASA系统，德国法兰克福的COMPAS系统，法国巴黎的MEASTRO系统和美国联邦航空局开发的航路终端雷达进近管

10、制系统（CTAS）等。它们共同的特点是通过某种方法对航班的运行轨迹进行预测，用来计算航班到特定航路点(如测量点、汇合点及跑道）的预计到达时问（CETA) ，然后利用这些估计值用排序算法，根据不同的排序规则和优化目标制定定进场航班的着陆次序，以文字（ASA）或图形（COMPAS,MEASTRO）的形式显示。CTAS系统中包含了交通管制咨询（TMA）,航路/下降咨询（E/DAB）,最近进近间隔工具(FAST)以及其他辅助组成部分。其中TMA对进入终端区的航班进行统汁预测，在终端区设立测量点，根据航班在各运行价段的所需时问，对航班进行动态排序、调度和跑道分配，并设立反馈机制对产生冲突的状况及时调整更

11、新，以交通态势图和时问轴两种图形方式显示给用户，并用不同颜色表示航班的拥挤程度，为管制员提供管制咨询，并取得很好的效果。 在流量管理系统的开发应用方面美国C欧洲都开发了相应的系统，20世纪80年代美国联邦航空局(FAA)集成各种流量管理技术、方法和程序，建立了世界上第一套独立运行的空中交通管理系统（增强型流量管理自功化系统ETMS) 用于空中交通管理服务。该系统的重要组成部分是航空器状态显示器（ASD），安装在空中交通系统指挥中心(ATCSCC），和20个航路交通管制中心(ARTCC)以及一些需要的终端雷达进近管制（TROCON）设施内，实现其流量管理功能。整个系统在空中交通管理系统集成、监控

12、告警、解决方案、专家系统评估和预测扩展方面均显显了强大的功能，据预测2025年美国的交通需求将是目前的三倍，为了应对航班量快速增长对时示效益、效率、安全及环境保护带来的影响，关国正计划开发和实施下一代空中运输系统（Next Gen）任务成员由运输部、国防部、商业部、国家安全部、联邦航空局以及国家航空航天组成，Next Gen，在技术、政策和程序上将进行多项变革，旨在增大空域容量以及满足空域用户需求，提高空域动态性和适应性以增强应对各种不确定因素的能力。为满足未来的航空发展需求，欧洲航行安全组织提出了ATM2000+战略,以实现欧洲空管一体化运行管理。该战略强调ATFM应该从单纯的时隙分配机制交

13、通流量类型优化及容量管理转变，并相应提出了空中交通流量容量管理（ATFCM）计划，该计划旨在实现流量与容量的协同管理，以实现空域容量与飞行需求的动态平衡，该计划包含战略流量容量的规划，容量的优化管理，战术流量管理，ATM参与协同决策四个组成部分。 中国民航业发展历史较短，仍属于起步阶段，所以发展势很迅猛。据2012年的官方数据统计，我国民航在册飞机架数1941架，与十年前相比翻了两番，旅客吞吐量6. 8亿人次，是十年前的7倍以上;颁证运输机场183个，较2003年143个颁证运输机场增加了40个。民用航空受空军活动制约严重，伴随着大量的控制区、限制区、禁区，天空之路并没有我们抬头仰望看着那么空

14、旷自由。在民航改革迟迟没有进展的前提下，为了尽可能地利用现有空域，优化交通流量，中国学者提出了很多流量优化方法。例如，史忠科等人根据机场流量最优化问题提出了一种折衷考虑解的最优性及求解复杂性的线性规划模型。1998年，胡明华在研究单跑道受限地面等待策略问题的基础上，建立了新流量实施管理算法。民航华北空中交通管理局和清华大学CIMS工程研究中心在2000年底，共同开发研制了一种空中交通指挥检测系统(ATCCMS)。在这个集成化的综合信息平台上，从天气因素的角度对机场和终端区建立了一种多品种的动态网络流的模型，这个模型解决了终端区的多机场之间的空中等待方面的问题。 2004年清华大学的马正平、崔德

15、光把机场延误分为着陆延误和出发延误，分析连续航班之间的虚拟数学函数关系，建立机场延误的优化模型，该模型中，把机场实际容量，所需着陆容量，天气因素等作为变量因子，在着陆和起飞的过程中，提出分次放行，放行后再优化的流量管理的协同决策。2006年，李妹、张学军针对我国空中交通流量管理中出现的大规模航班延误情况，根据多个机场实际起飞和降落容量的约束，建立了一种考虑航班取消的多机场地面等待策略数学模型，并提出求解该模型的有效算法。在所提模型与算法的基础上，选择我国三大机场实际数据进行仿真。对比了取消航班与不取消航班两种情况结果，仿真结果验证了模型与算法的有效性与实用性。同年，姜巍巍为解决航班延误问题，提

16、出了一种考虑机场网络的廷误累加效应及连续航程航班影响的多机场空中交通流量管理模型。该模型采用地面等待策略，对机场网络中各机场的延误情况进行综合考虑。当某些机场容量受恶劣天气或其他突发情况影响发生变化，使延误无法避免时，能够合理分配机场的出发和到达容量，减少航班的空中延误。2007年，李习凤在研究现有模型的基础上，建立了考虑机场起降综合容量限制和延误成本的多机场地面等待策略修正模型，在制定航班优先级的基础上提出了基于航班优先级的求解算法，并以北京首都机场、广州白云机场和上海虹桥机场的航班数据对模型进行了仿真，验证了模型的有用性。但目前国内大量应用的仿真方法是仍是借助模拟机，完全再现机场运行情况，

17、这种方法的确能非常精确地反映出一个单位的实际情况，结论也是很有说服力的，但它对于一些小概率事件对整体容量的影响不能给出全面结论。2. 空中交通流量管理及相关知识 空中交通流量（ATFM）指科学的安排空中交通流量得空中交通管制系统中总的需求量与容量互相匹配，空中交通流量为单位时间和空间范围内航班飞行的数量，空中交通流量管理的主要作用是监视一定范围的空中交通流量状况，进行交通流量的预测和控制，防止特定航线、区域或扇区的流量过分集中，增大整个航空管制区的处理容量，减少空中和地面航班的延迟，减少空中和地面航班的延误，防止空中交通管理系统超负荷运转，保证空中交通安全畅通。流量管理的概念可以用下面的公式来

18、表示： Fp(t)Cp(t) 其中变量定义为:P指空域单元，表示整个空域系统或者其中某一部分，可以是一个航路交汇点、一条跑道、一个机场、一个管制区等，t表不一个时间段。 Fp(t)表示t时段内请求通过p的航班数量，即通过P的飞行流量。按照流量管理的定义，如果管制发现某点或者区域流量Fp(t)大于容量Cp(t)，即“流量饱和”时，为了确保空中交通安全畅通，需要采取各种措施，一方面减少通过p的流量，另一方面增加p的容量，即实施流最管理。 空中交通流量管理的任务是完成收集各航空单位的飞行计划，统计空中航路飞行流量和单位时问通过空域和机场的飞行量，合理安排飞行计划，减少延和等待，保证进入空中交通管制网

19、络的航班能够顺利的通过瓶颈空域，使空中交通流量高效通畅。空中交通流量管理目标实质是减轻管制员的负荷，同时为用户提供良好的空中交通管制环境。空中交通流量管理具体应做到以下五个方面: 1.尽可能充分的考虑到用户的要求。 2.充分利用空域和机场场的容量。 3.最大程度的利用空域结构。 4.为空中交通管制机场和用户提供最新情况,使流量分配有序。5.预测空钟交通管制系统的拥挤，使需求与系统容量匹配。目前空中交通流量管理主要采用以下二种策略: 延误航班的起飞时刻，使航班在机场地面等待，避免空中拥挤现象及其造成的空中盘旋等待。即为了化解潜在冲突，达到对机场的实际需求与机场接受率之间的平衡，避免高昂的空中延误

20、费用。为避免等待或减少等待，让某些航班绕线飞行，避免繁忙的航路，实行航路分流，使航班改变已定的航路飞行计划，此种策略是以延长飞行路程为代价的，这样必然增大油耗，所以要在时问和费用之问进行权衡。由于各种不确定性因素的存在以及信息交互的非实时性，在采取以上措施后并不能完全消除终端区的拥挤现象。优化排序就是根据不同机型之间的尾流间隔，合理安排航班的进场顺序，使空中延误最小。3. 1离场过程当航空器准备离场时，管制员制员给予放行许可。地面管制员随后指引飞行员以便控制航空器在滑行道的滑行,当航空器接近跑道末端并且不再与任何其它航空器产生冲突时，地面管制员就会将航空器的控制权转交给塔台管制员。当航空器安全

21、起飞后，塔台管制员将航空器移交给进近管制，进近引导航空器到达一定高度或位置时，将航空器移交给区域管制，区域管制将航空器引导到指定航路或区域出口，再将航空器移交给另一个区域管制，图3-1反映了航班离场的各个阶段。图3-1 航班离场过程图 对上述过程进行分析可以看出，终端区内的进场航班飞行大致分为三个阶段: 1.从终端区进入点到起始进近定位点之间进场航段的飞行，管制员在航班进入终端区后需要发布航班进场程序和降落跑道的指令。这一阶段的飞行有如下特点:飞行中航班按机型的不同使用不同的高度层同一航迹的航班允许超越，航班可以在该航段进行优化排序。 2.从起始进近定位点到最后进近定位点之间的飞行。这阶段的飞

22、行有如下特点:一般不使用高度层来调配，即只有一个可用高度层，使用相同起落航线的航班需满足纵向管制间隔。这一阶段的主要目的是:调整飞机姿态、降低飞行高度和飞行速度，由于不同的进近路线之间可能有交叉点，需要合埋协调，避免交叉点冲突。3.航班从最后进近点开始，切入盲降并降落在跑道上。4.同样终端区内航班的离场大致分为以下几个阶段: （1）场面滑行阶段:乘客在航班起飞前半小时登机，航班接受场面管理系统引导滑至跑道口等待起飞指令。这个价段由场面管理系统控。为保障空中航班安全可对其实施地面延误。 （2）准备起飞阶段:终端区内的离场航班收到起飞指令后，滑跑至起飞速度后进入飞行阶段。 （3）起飞飞行阶段:航班

23、根据规定的离场程序飞出离场定位点进入区域飞行。 离场是指航班加入航线阶段前的整个过程，具体包括准备起飞，飞离机场和飞离终端区三个阶段。离场航班调度的实质就是对一定时段内的离场航班进行优化排序，充分利用跑道容量并减少航班在机场上空的滞留。目前关于离场排序问题的研究较少，下面简单介绍已有的离场排序基本摸型。以多条滑行道、单跑道，多个航班离场队列，每队各占一个滑行道为例，如图3-2所示：图3-2 模拟航班离场图 为使得排队离场航班所消耗的离场时间和最小，建立如下目标函数:其中，N表示目前正在等侍起飞的航班总数，表示给第i架航班分配的离场时刻。表示目前正在跑道上的航班离场时刻，表示分配给最后一个航班的

24、离场时刻。所有相邻离场航班都应该满足一定的尾流间隔和纵向间隔，所以满足约束条件：其中为纵向间隔，为尾流间隔，根据先到先服务原则，每个滑行道上的航班队列都要能应满足： 其中分别表示第M条滑行道上的航班队列(简称M队)中相邻航班的后机和前机分配起飞时刻，表不第M队的航班数M。假没共有M条滑行道（自然对应M个队列），显然有。(1)快速增长的飞行流量 2015年，在云南机场集团公司的领导下，在上级主管部门、各航空公司、保障型企业和昆明机场全体员工的共同努力下，长水机场的运行日益顺畅，保障能力稳步提高。在经历了风雪弥雾的磨砺后，如今的昆明机场已呈现出一片生机勃勃的发展势头。通过一系列的举措，整个长水机场

25、上上下下发生了许多喜人的变化。据了解，截止12月31日，长水机场共保障航班起降30.02万架次，完成旅客吞吐量3765.39万人次，完成货邮吞吐量35.56万吨。同比分别增长了11.4%、16.8%、12.3%，长水机场圆满完成了全年的生产任务。在航班快速放量、客货运输大幅增长的情况下，长水机场航班正常率持续保持在高位。根据民航局发布的2015年国内客运航空公司和主要机场正常率统计结果，除了5月份居第二，其余月份长水机场放行正常率均居国内旅客吞吐量千万人次以上机场首位。截至2015年11月，长水机场共开通航线276条，其中国内航线222条，国际航线48条，地区航线6条。通航城市达143个，国内

26、通航城市104个，国际通航城市37个，地区通航城市3个。(2)特殊的长水天气因素 昆明长水机场介于昆明和崇明通道之间，从城区到机场为缓慢爬坡的地势，机场3公里外东西向均同向东北一西南走向的绵延山脉，由于特殊的地理位置较易受东北面冷空气影响，在加上机场周围下垫面湿润，容易产生大雾，低云天气，影响航班飞行安全。（见图3-3）昆明属于亚热带气候，一年四季无大风侵袭，北方寒潮南来，山路高远，风势减弱，降温不烈，所以冬天无严寒，夏天无酷暑，年平均气温14.7度，最热7月19.7度，最冷1月平均气温7.5度，年温差为全国最小。2013年1月3日，刚投入使用半年多的长水机场出现大雾天气，导致440多个个航班

27、被取消，约7500名旅客滞留,。1月4日，机场计划起降航班940架次。受航班高峰时段流量控制等影响，导致1月4日仍有大量航班延误。截止到第二天16点30分，机场共起降航班794架次，将此次昆明长水机场大面积航班延误所致滞留的旅客将全部运送出港，机场恢复正常运营，这是昆明机场有效保障航班量最高的一天。昆明长水机场因为大雾，航班取消导致数千乘客滞留。这一大面积航班延误事件严重考验着机场相关各方的应急处变机制，机场选址及配套设施建设等硬件问题也受到诸多质疑。如何妥善应对大面积航班延误、大批旅客滞留及由此引发的一系列无可回避的现实问题，成为长水机场方面营运以来所面临的最大考验。2014年2月20日上午

28、10点左右，机场跑道出现云墙宛如仙境。长水机场出现奇异天气，跑道上突然出现一片云墙，就像云彩落了下来!这一情况持续了约半小时，气象专家称这种天气是冷暖气流小范围内交汇形成的。3-3长水机场海拔地形图(3) 管制员的工作负荷 昆明飞行流量呈快速增长和恶劣的天气都全增加管制员的工作负荷。一般情况下，短时间的高负荷并不会影响工作质量，但是在持续的高负荷工作之后，对管制质量的不利影响就随之而来，而短时间内保持高负荷工作的事实，容易使人忽视了高负荷工作与承受时间之间的关系。事实上，长时间的高负荷工作将会导致严重的工作差错，并对行流量和安全产生影响，而且且还会对管制员的身心造成伤害。(4)空域状况目前中国

29、只有约15%的空域开放为民航使用，空域开放程度严重不足，这与空中交通发达国家90%左右空域用于民用航空形成强烈对比。昆明长水机场是继北京、广州、上海之后国家第四个门户枢纽机场，空域结构复杂紧凑。在航班流量日益增加的情况下，空域的使用和规划受到很大压力，使得整个进近空域容量受到很大局限。图3-4为昆明空域结构图。 3-4长水机场空域图(5) 管制员素质 其中管制员素质包括能力和非能力两个个方面。能力因素：不同的管制员，管制能力由于经验和业务熟悉程度的不同而各不同，因而相同时间内的管制员所指挥飞机的架次数也是不相同的，管制能力强的管制员管制的飞机架次就多，能力稍差的管制员指挥的飞机自然就少，从而限

30、制了扇区内的飞行流量。非能力因素：这类管制员技术全面能力强，但是主观能动性差，在工作中由于情绪影响而工作消极。昆明进进和区调管制室由于航班流量大，不少管制接受不了长时间的大压力，管制员的新老更替也加快，因而年轻管制员偏多。(6) 管制协调管制协调包括管制部门与军方的协调，管制部门与管制部门之间的协调。由于我国的空域还是实行军航统指挥，民航具体实施阶段。昆明管制区军事活动较多，往往会因为军航和民航的相互间的协调工作没处理好，造成一定的冲突。像这方而的事时有发生，给双方都造成了很大的影响和不便，在工作中时有出现管制员与相邻单位管制员发生误会，造成拒绝接受移交的情况，给双方都造成了很大的影响，从而影

31、响区域内的飞行流量。4.1.1长水机场简介 昆明长水国际机场（Kunming Changshui International Airport）始建于2007年（建设过程历时4年，于2012年6月28日全面建成），于2012年6月28日运营，建造工期4年。它是面向东南亚、南亚、西亚，联接欧洲、亚洲、非洲的中国西南门户国际枢纽机场，由云南机场集团有限责任公司管理距离市区约25公里，位于昆明市官渡区长水村附近（昆明市区东北方向）。机场海拔2102米（比昆明主城1891米高211米），规划占地22.97平方公里旅客吞吐量3800万人次、货邮吞吐量95万吨、飞机起降30.3万架次 ，远期可达8000万人

32、次。分公司有：四川航空云南分公司、中国国际航空云南分公司、春秋航空云南分公司。公司总部有昆明航空、云南祥鹏航空有限责任公司。基地航空公司为东方航空云南、昆明航空、云南祥鹏航空有限责任公司。1998年，昆明新机场建设项目前期工作自启动。2007年01月29日，国务院和中央军委批准立项。2007年10月，中国民用航空局批复昆明新机场选址方案。2007年11月15日，国土资源部批复建设用地预审。2007年12月11日，昆明新机场正式奠基。2008年08月26日，国家发改委批复昆明新机场可行性研究报告。2008年12月22日，中国民航局、云南省政府联合批复昆明新机场总体规划。2009年02月24日，中

33、国民航局、云南省政府联合批复昆明新机场建设项目机场工程初步设计及概算。2009年09月13日，昆明新机场代表性建筑“七彩钢带”合龙。2009年12月01日，航站楼组合体混凝土结构工程完成。2010年06月05日，昆明长水国际机场航站楼主体工程正式封顶。2011年05月01日，国家民航总局正式批复定名昆明新机场为昆明长水国际机场。2011年09月20日，昆明长水国际机场首次综合转场演练。2012年03月28日，昆明长水国际机场迎来首架民航客机波音737-700试飞。2012年04月21日，昆明长水国际机场进行第二次综合转场演练。2012年05月04日，昆明长水国际机场迎来了空客A330试飞。20

34、12年05月17日，昆明新机场转场期间航班计划调整及航空器搬迁方案获民航西南地区管理局正式批复。2012年06月09日，昆明长水国际机场进行第三次综合转场演练，昆明地铁机场示范线一期将首次纳入演练范围。2012年06月27日，昆明长水国际机场竣工典礼举行，国家民航总局、云南省和昆明市领导出席。2012年06月27日 22:05 长水机场开灯。2012年06月28日 08：00 昆明长水国际机场首架航班MU5930起飞。2012年06月28日 08:05 首架航班抵新机场。2012年06月28日 机场首日吞吐量为37014人次2012年07月04日 机场恢复所有航班。2012年07月05日 机场

35、实现双跑道同时起降航班。且机场运行一周吞吐量达42.7万人次。2012年07月28日 机场运营一个月，每日航班量约为560架次，最高585架次，比巫家坝机场最高值还要多；吞吐量为188万人次，相当于巫家坝机场正常月份吞吐量。2012年08月27日，昆明长水机场迎来波音777-300型客机，这是机场运营的最大客机。 长水机场是全国继北京首都机场、上海浦东机场之后第三家实现双跑道独立运营模式的机场。二期工程建设T2航站楼，于2015年开工，预计2020年前完成建设，并将新建两条跑道（共4条跑道），即时昆明长水国际机场能够满足年客流量8000万人次的运营。一期两条平行跑道（东跑道长4500米、宽60

36、米，西跑道长4000米，宽45米）、飞行区等级为按照4F标准规划（能够起降并停靠全球载客量最大的客机空客A380、二期为4F标准），一期、二期共4条跑道。运行模式：平行跑道同时仪表运行按照跑道用于进近和离场的使用方式分为独立平行仪表进近、相关平行仪表进近、独立平行离场、隔离平行运行等四种模式。 （1）独立平行仪表进近模式，是指在相邻的平行跑道仪表着陆系统上进近的航空器之间不需要配备规定的雷达间隔时，在平行跑道上同时进行的仪表着陆系统进近的运行模式。 （2） 相关平行仪表进近模式，是指在相邻的平行跑道仪表着陆系统上进近的航空器之间需要配备规定的雷达间隔时，在平行跑道上同时进行的仪表着陆系统进近的

37、运行模式。 （3）独立平行离场模式，是指离场航空器在平行跑道上沿相同方向同时起飞的运行模但是，当两条平行跑道的间距小于760米，航空器可能受尾流影响时，平行跑道离场航空器的放行间隔应当按照为一条跑道规定的放行间隔执行。 （4）隔离平行运行模式，是指在平行跑道上同时进行的运行，其中一条跑道只用于离场，另一条跑道只用于进近。 平行跑道同时仪表运行按照第七条所述的四种运行模式的不同组合，也可以分为半混合运行和混合运行。半混合运行是指下列情形之一: (1)一条跑道只用于进近，另一条跑道按照独立平行仪表进近模式或者相关平行仪表进近模式用于进近，或者按照隔离平行运行模式用于离场; (2)一条跑道只用于离场

38、，另一条跑道按照隔离平行运行模式用于进近，或者按照独立平行离场模式用于离场。混合运行是指两条平行跑道可以同时用于进近和离场。跑道间距条件 （1）两条平行跑道中心线的间距不小于1035米时，允许航空器按照独立平行仪表进近的模式运行。 （2）两条平行跑道中心线的间距不小于915米时，允许航空器按照相关平行仪表进近的模式运行。 （3）两条平行跑道中心线的间距不小于760米时，允许航空器按照隔离平行运行的模式运行。出现下列情形的，跑道中心线的间距应当符合下列规定: 以进近的方向为准，当进近使用的跑道入口相对于离场跑道入口每向后错开150米时，平行跑道中心线的最小间距可以减少30米，但平行跑道中心线的间

39、距最小不得小于300米。 以进近的方向为准，当进近使用的跑道入口相对于离场跑道入口每向前错开150米时，平行跑道中心线的最小间距应当增加30米。 两条平行跑道中心线的间距不小于760米时，允许航空器按照独立平行离场的模式运行。下为长水机场03和22号跑道进场图：图4-2长水机场22号跑道进场图图4-1长水机场03号跑道进场图 长水机场平面图：4-3长水机场平面图5. 离场航班排序算法 对长机场的航班延误情况进行数学建模，但由于个人能力，数据收集，安全保密等限制，很多突发事件无法得到确切有效的资料，这些事件可能对当天航班的起降产生突然的、不可预料的延误，这在我们的模型中无法良好体现出来。例如，对

40、于出港航班来说，目的地机场天气不满足落地条件，而导致的延误，由于我们仅针对长水机场飞往西安03扇的离场航班进行的数据收集，是无法体现这一问题的，势必会发出让实际运行中不允许出港的航班放行出港的指令。这样矛盾的产生，导致了哪怕最终优化减少了延误，但在实际运行时是无法采用这种优化的，这类情况我们无法得到有效的解决。所以，为了简化模型和方便计算，在模型的建立以及运行时不考虑以下因素:(1) 人为因素(2) 天气影响(3) 军方活动的影响(4) 航空器或导航设备故障(5) 特情 即视为所有航班都处于适航状态，能够正常起飞，并且不会发生导致航空器中断起飞。返航等特殊情况。在前一架航空器起飞后，后一架飞机

41、能在最小安全间隔的时间内进入跑道以及完成起飞准备。 同时，由于运行中记录的时间是轮挡时间，并不是起飞时间或者降落时间，滑行时间因长水机场场面跑道的复杂性难以确定，故将从降落跑道滑行至停机位的时间，与停机位滑行至起飞跑道的时间视为相等，即滑行时间不会对航班起降产生影响。该模型仅针对昆明长水国际机场出港航班。设按计划出港时间升序排序的航班的集合用表示航班 计划起飞时间。用表示航班 实际起飞时间。用Z表示前机 与后机 两机最小安全间隔，最小安全间隔约束为长水机场实际运行中采用2分钟间隔，即Z的值为2。 为离港航班的延误时间 在实际运行中有航班比计划时间早出港的情况，这种情况一般发生在，旅客登机完毕，

42、跑道空闲，没有冲突，且管制员同意航空器起飞时，但由于我们并不考虑人为因素，航班起飞时间默认大于或等于预计起飞时间，即 模型目标函数为:延误时间总和最小。 对出港航班进行优化就是用更合适的 ，使总延误时间最小。长水机场现使用双跑道运行模式，巨大的航班量，管制员的工作可以说是在几乎不间断的进港航班流中利用仅有的很短时间对出港航班放行起飞。在排除众多不可控因素后，本文以进、出港航班之间的互相影响导致的航班延误为本文的主要研究点，并采用动态优化的方法对出港航班进行优化。在此定义航班进港时间升序排序集合满足条件 ，定义优化后的出港时间集合算法步骤如下：1.按照进港航班实际降落时间进行升序排序，即已定义的

43、集合A。进行升序排序。移出，按顺序遍历A，若存在航班满足（为相邻进港航班。，赋值为在和间的最小值，精确到分钟。4. 对D剩余航班，即及其之后的航班，在满足最小间隔Z后，按照步骤3的方法，并对S中的其他其他航班进行赋值。都有对应的后，优化排序结束。得到的优化集合S即 为优化后的出港时间。 图5-1算法流程图 6.1 长水机场4月20日筛选后的进港航班到站时间航班号出发地07 59EU2223成都10 018L9988北京11 03CZ3677上海11 35CA5754西安14 30CZ3415广州15 52MU5856成都18 20CA3968深圳21 258L9968三亚22 43HO1765

44、上海23 04CA5706哈尔滨6.2 昆明长水机场4月20日8:00-24:00飞往西安出港航班统计计划离港航班号目的地实际出发原始延误优化出港修正延误08 00CA5713西安08 0100 0108 0000 0008 00KY8253西安08 1500 0508 0200 0210 00MU2263西安10 0500 0510 0200 0211 05KY8213西安11 0500 0011 0500 0011 40MU2182西安11 4300 0311 4000 0014 15MU5723西安14 2000 0514 1700 0214 558L9993西安14 5500 0014

45、 5500 0015 50CZ6270西安15 5000 0015 5000 0015 50MF1927西安16 0300 1315 5200 0218 25MU2208西安18 3000 0518 2500 0018 25MU5968西安18 3500 1018 2800 0319 00DR6519西安19 0000 0019 0000 0019 208L9983西安19 2000 0019 2000 0020 15CZ6416西安20 2000 0520 1700 0220 15MF4040西安20 2500 1020 2000 0521 30MU2362西安21 3000 0021 30

46、00 0021 30MU5976西安21 3800 0821 3200 0222 40HU7850西安22 4700 0722 4500 0522 50GS7662西安22 5400 0422 5000 0023 053U8527西安23 0800 0323 0600 016-1原始起飞和优化起飞对比图 从图上可以发现，较优化之前，优化之后延误时间明显减小，离港航空器离港时刻分布较为均匀，未出现大范围的延误情况。6-2原始延误柱状图 从图上可以发现，优化之前延误时间较长，最长延误达13分钟，存在大范围的延误情况。6-3优化延误柱状图从图上可以发现，优化之后延误时间普遍降低，正点起飞的航班数也增

47、加了，最长延误时间降为5分钟。6-4出港航班延误震荡幅度图从图上可以看出，优化后的平均延误时间降低到1.3分钟，延误分布也平均，最长延误时问从13分钟降低到5分钟。总延误时间从85分钟降到26分钟。航班正点率从30增至50。证明该优化方案对离港优化是有效的。 本文核心问题是对昆明长水机场出港航班进行优化，以减轻航班延误，提高航班正点率的形式来呈现优化的概念。分析引起航班延误的众多原因，排除某些不可控因素后，建立了航班延误的数学模型，并提出了动态优化的方法。在采取了长水机场飞往西安航班的实际运行数据后，对出港航班进行了优化研究，大幅度的减轻了航班延误的状况，取得了显著的成果。 但考虑到数学上的最

48、优解并不一定符合实际需要，当理论遇到实际时，问题就会变得复杂起来。古今中外的众多学者提出了的大量进、出港优化，空域优化的方法，按理说航班延误问题应该早已被攻克了，而现实是怎么样，大家都有目共睹。 就本文而言，若进行实际运用时，注定无法取得本文数据展示的优异效果。在此不得不指出本文使用的优化算法中众多的不足之处。 1.模型建立时所不考虑的不确定因素，往往会在实际运行时造成很大程度的航班延误。 2.管制员在巨大的流量压力下，无法像机械一样精准的调配间隔，注定会有时间浪费的产生。 3.由于进、出港的时间数据是轮挡时间，并没有考虑到滑行时间，在不同的航站楼或者停机位，滑行时间往往有很大差异。 4.优化算法是基于进港航班进行的，而降落时间在实际运行时是较难确定的。 尽管本文的优化方法在实际操作时会有很大的难度，但从本文的研究可以发现很多有参考价值的东西，例如长水机场仍有很大的优化空间，出港最优的理论值等。致谢本文是在尊敬的导师康瑞老师的悉心指导下才得以顺利完成的。康老师严肃的科学态度、严谨的治学精神、精益求精的指导要求都深深感染和激励着我。在此谨向康老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时也要感谢在长水机场塔台、西南地区空管局、昆明终端管制中心工作的前辈，在我论文的资料数据收集阶段，合予的帮助。最后感谢培养了我四年的中国民航飞行学院空中交通管理学院。