Managing Uncertainty in the Single Airport Ground Holding Problem pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Hansen, Mark

出品人:

页数:176

译者:

出版时间:

价格:$ 100.57

装帧:

isbn号码:9783836484459

丛书系列:

图书标签:

航空管理
机场运营
排队论
优化
不确定性
决策分析
运筹学
交通运输
地面保障
航班延误

下载链接在页面底部

facebook linkedin mastodon messenger pinterest reddit telegram twitter viber vkontakte whatsapp 复制链接

想要找书就要到小哈图书下载中心

qciss.net

立刻按 ctrl+D收藏本页

你会得到大惊喜!!

具体描述

This book provides ways for air traffic managers to better address airport capacity uncertainty in the airspace system. In particular, it discusses decision-making algorithms under uncertainty in ground delay programs (GDPs) for a single destination airport. The book proposes methods to model stochasticity in GDP operations and mechanisms to respond to conditions dynamically such that the overall system performance is optimized. The single airport ground holding problem with capacity uncertainty is modeled using two approaches: multi-stage stochastic integer programs with probabilistic capacity scenario trees and sequential decision dynamic programs with Markov capacity evolution processes. The stochastic programs require scenarios that depict capacity evolutions. Methodologies are introduced for generating and using scenario trees from empirical data. The challenge for the dynamic programs lies in the computational load for solving large-scale problems due to the curse of dimensionality. We present computational strategies to manage the complexity. In this book, we also discuss the mathematical relationship between the models and analyze their performance in a real-world setting.

飞翔的艺术：有序起降的智慧与挑战在现代航空运输体系中，机场地面滑行区域的交通管理如同城市交通的动脉，其效率直接影响着整个航空网络的顺畅运行。当飞机在地面等待起飞指令时，我们称之为“地面等待”，而“地面等待问题”（Ground Holding Problem, GHP）正是围绕着如何最优地分配宝贵的地面滑行和起飞资源而展开的。本书旨在深入探讨这一复杂系统背后的科学与艺术，从多个维度揭示其内在机制、挑战以及应对策略。理解地面等待的本质想象一下，在繁忙的国际机场，每分钟都有数十架飞机需要起飞。然而，空域容量、天气状况、跑道可用性等因素都会限制飞机的起飞速率。当需求超过供给时，飞机就不得不停留在地面，等待指令。这种等待并非简单的“停滞”，而是由一系列复杂的决策和动态互动构成的过程。地面等待的产生，根源在于航空运输系统固有的不确定性和资源约束。不确定性：天气变化莫测，可能导致航班延误或取消；机械故障可能使飞机暂时无法起飞；空管指令的微小变动也可能产生连锁反应。这些不可控因素使得预测航班起降的精确时间和数量变得异常困难。资源约束：机场的跑道、滑行道、停机位都是有限的。在高峰时段，这些资源的供给能力远不能满足飞机的起飞需求。此外，空域的容量也是一个关键制约，同一时间段内，空中允许存在的飞机数量是有限的。正是这些不确定性和约束，共同交织成了一个充满挑战的“地面等待问题”。如何在这种复杂且动态的环境中，做出最优的调度决策，以最小化延误、减少燃油消耗、提高准点率，并同时保证运行安全，是我们迫切需要解决的问题。地面等待问题的多重挑战地面等待问题的复杂性体现在其内在的多个相互关联的挑战： 1. 动态性与实时性：航空运输系统是一个实时运行的系统。航班的起降信息、天气状况、空管指令都在不断地变化。这意味着任何决策都必须基于最新的信息，并能够快速地进行调整。静态的、一次性的决策模型很难适应这种瞬息万变的局面。 2. 多目标冲突：地面等待的优化通常涉及多个相互冲突的目标。例如，为了提高准点率，可能需要频繁地起飞飞机，但这又会增加地面滑行的拥堵，导致更多的飞机在地面等待。而减少燃油消耗通常意味着减少飞机在地面空转的时间，但这又可能与提高准点率的目标相悖。如何在这些目标之间找到一个可接受的权衡，是一个核心的难题。 3. 不确定性下的决策：前面已经提到，不确定性是地面等待问题的固有属性。天气原因、设备故障、甚至其他航空器的延误，都可能对原定的起降计划产生影响。决策者需要在信息不完整、未来不确定的情况下，做出最“稳健”或“最优”的决策。这需要能够处理和量化不确定性的决策工具和方法。 4. 系统性与分散性：机场的运行是一个庞大而复杂的系统，涉及航空公司、空管部门、机场运营商等多个参与者。每个参与者都有自己的运营目标和约束。如何协调这些分散的决策，以实现整个系统的全局最优，而非局部最优，是另一个关键的挑战。例如，一家航空公司为了节省燃油，可能会主动选择延误航班，但这可能会对整个机场的起降顺序和空域流量产生影响。 5. 公平性与效率：在分配有限的起飞资源时，如何做到公平也是一个值得关注的问题。是优先起飞等待时间最长的飞机？还是优先起飞最繁忙的航班？抑或是考虑特定航空公司的利益？在追求整体效率的同时，如何兼顾不同航空器、不同航空公司之间的公平性，是决策中需要考量的重要因素。 6. 计算复杂度：地面等待问题的规模可能非常庞大，尤其是在大型枢纽机场，每小时可能处理数百个航班。为如此大规模的系统构建实时、最优的决策模型，往往面临着巨大的计算挑战。需要高效的算法和强大的计算能力来支持。应对之道：从理论到实践的探索面对如此复杂的挑战，科学家和工程师们从多个角度出发，不断探索和发展应对地面等待问题的策略和方法。 1. 预测与建模：理解未来的脉络流量预测：准确预测未来的航班起降需求是解决地面等待问题的基础。这需要综合考虑历史数据、季节性、特殊活动（如大型赛事）、以及当前的运行状况。机器学习和统计模型在这一领域发挥着越来越重要的作用，能够捕捉复杂的模式并提供更精确的预测。容量建模：理解机场的实际容量，包括跑道、滑行道、空域的吞吐能力，是进行有效调度的前提。这需要对机场的物理布局、运行规则、以及外部因素（如天气）对容量的影响进行细致的建模。排队论：将地面等待视为一个排队系统，利用排队论的理论工具来分析飞机到达率、服务率，以及由此产生的等待时间和队列长度，为理解系统行为和优化策略提供理论基础。 2. 优化与决策：智慧的调度引擎先进起降管理系统（ATMS）：这是现代航空交通管理的核心组成部分，通过集成先进的通信、导航和监视技术，实现对空中和地面交通的精细化管理。ATMS能够为地面等待问题提供实时数据支持，并集成决策支持工具。数学规划：利用线性规划、整数规划、混合整数规划等数学优化技术，将地面等待问题转化为数学模型，求解最优的起降顺序、起飞窗口分配等。这些模型需要考虑各种约束条件和目标函数，以达到最优解。仿真技术：由于地面等待问题的动态性和复杂性，仿真技术是评估不同策略和模型有效性的重要工具。通过构建高度逼真的机场运行仿真环境，可以测试各种调度算法在不同场景下的表现，并发现潜在的问题。启发式算法与元启发式算法：当问题的规模过大，导致精确求解在计算上不可行时，启发式算法（如贪婪算法）和元启发式算法（如遗传算法、模拟退火）提供了寻找近似最优解的有效途径。它们可以在合理的时间内找到高质量的解决方案。实时决策支持系统：开发能够为运行人员提供实时建议和辅助决策的系统。这些系统需要能够快速响应各种变化，并向用户展示清晰、可操作的建议，帮助他们做出最佳的决策。 3. 协调与合作：系统思维的力量信息共享：促进航空公司、空管、机场之间的信息共享，建立一个统一的、实时的运行态势感知平台，能够显著提高决策的准确性和效率。协同决策：鼓励跨部门的协同决策，共同制定最优的运行策略。这可能涉及到建立联合协调中心，或者开发支持协同决策的软件工具。动态定价与激励机制：在某些情况下，可以考虑引入动态定价或激励机制，例如对延迟起飞的航空公司进行一定的费用减免，或者对提前完成起降的航班给予奖励，以引导航空公司做出更符合系统利益的决策。 4. 应对不确定性的策略鲁棒优化：在模型中显式地考虑不确定性，设计在各种可能情况（而非仅一种预期情况）下都能表现良好的决策方案。随机优化：将不确定性建模为随机变量，并寻找在预期意义下最优的决策。情景分析：分析不同类型的不确定性可能带来的影响，并准备相应的应对预案。展望未来随着航空运输需求的持续增长和技术的不断进步，地面等待问题的研究将继续深化。未来的研究方向可能包括：人工智能与机器学习的更广泛应用：利用深度学习、强化学习等技术，开发更智能、更具自适应性的地面调度系统。与新兴航空技术的融合：例如，无人机、电动垂直起降（eVTOL）飞行器等新兴航空器的出现，将为地面运行管理带来新的挑战和机遇，需要新的解决方案。更精细化的能耗与排放优化：在确保安全和效率的前提下，进一步减少飞机在地面等待过程中的燃油消耗和温室气体排放。全球航空交通管理一体化：将地面等待问题的研究与更广阔的全球航空交通管理系统相结合，实现更高效、更可持续的全球航空网络。地面等待问题，看似只是飞机在地面上的短暂停留，实则关系到整个航空运输体系的效率、可靠性和可持续性。通过深入理解其内在的复杂性，并不断探索创新的解决方案，我们才能为未来的航空业铺就一条更加顺畅、高效、绿色的运行之路。