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考虑多车型协同的机坪保障车辆双阶段调度

姜雨 张诗淼 陈名扬 张文静 吴薇薇

姜雨,张诗淼,陈名扬,等. 考虑多车型协同的机坪保障车辆双阶段调度[J]. 北京航空航天大学学报,2025,51(6):1926-1934 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0405
引用本文: 姜雨,张诗淼,陈名扬,等. 考虑多车型协同的机坪保障车辆双阶段调度[J]. 北京航空航天大学学报,2025,51(6):1926-1934 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0405
JIANG Y,ZHANG S M,CHEN M Y,et al. Dual-phase scheduling of apron support vehicles considering multi-vehicle coordination[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2025,51(6):1926-1934 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0405
Citation: JIANG Y,ZHANG S M,CHEN M Y,et al. Dual-phase scheduling of apron support vehicles considering multi-vehicle coordination[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2025,51(6):1926-1934 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0405

考虑多车型协同的机坪保障车辆双阶段调度

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2023.0405
基金项目: 

国家自然科学基金(U1933118)

详细信息
    通讯作者:

    E-mail:jiangyu07@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: V351.11

Dual-phase scheduling of apron support vehicles considering multi-vehicle coordination

Funds: 

National Natural Science Foundation of China (U1933118)

More Information
  • 摘要:

    大型机场机坪保障车辆一直面临较大运行压力,而多种机坪保障服务的配合约束和动态航班信息对车辆调度提出更高挑战。考虑连续工作、容量限制的连续工作和往返工作3种不同模式车辆运行约束差异,以车辆数量最少和行驶总距离最小为目标,建立多车型协同的机坪保障车辆调度模型。根据机场实际运行情况,对该模型进行双阶段求解,在静态阶段设计一种融合局部搜索的非支配排序遗传算法Ⅱ(LS-NSGA Ⅱ),在动态阶段设计一种类邻域搜索算法求解多车型协同调度问题。数据仿真结果表明:所建模型静态调度阶段结果相对于先到先服务(FCFS),车辆数量和行驶总距离分别降低了18.9%和8.9%;动态调度阶段结果能保持原调度计划车辆数量,行驶距离调整量相较于大规模邻域搜索算法降低了25.8%。研究结果可以为大型机场机坪保障车辆调度管理和决策提供一定的指导。

     

  • 图 1  机坪保障车辆工作方式

    Figure 1.  Apron ground support vehicles working mode

    图 2  多车型协同的机坪保障车辆双阶段调度算法流程

    Figure 2.  Two-stage scheduling algorithm process of multi-vehicle cooperative apron support vehicle

    图 3  SNS算法示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of SNS algorithm

    图 4  LS-NSGA Ⅱ、NSGA Ⅱ和FCFS求解结果散点图

    Figure 4.  LS-NSGA Ⅱ,NSGA Ⅱ and FCFS solution result scatter plot

    表  1  行李牵引车转场距离

    Table  1.   Luggage tractor transfer distance

    前序航班$i$性质后序航班$j$性质车辆转场方向转场距离$ s_{ij}^\alpha $
    进港进港行李中心→停机位$ {d_{bj}} $
    进港离港行李中心→行李中心$ 0 $
    离港进港停机位→停机位$ {d_{ij}} $
    离港离港停机位→行李中心$ {d_{ib}} $
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    表  2  航班计划表(示例)

    Table  2.   Flight schedule (example)

    航班编号机型机位计划进/离港时刻航班性质过站时长/min
    1A32B26810:00进港65
    2ERJ19043410:00离港65
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    表  3  车辆所需数量和服务时长

    Table  3.   Number of vehicles required and minutes of service

    机型 车辆所需数量/台 服务时长/min
    行李牵引车 传送带车 清水车 行李牵引车 传送带车 清水车
    进港 离港 进港 离港
    C 1 1 1 15 25 15 25 5
    D 2 1 1 15 25 15 25 7
    E 2 1 1 15 25 15 25 7
    F 3 2 1 20 30 20 30 9
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    表  4  LS-NSGA Ⅱ参数设置

    Table  4.   LS-NSGA Ⅱ parameters settings

    参数 数值
    LS-ANSGA Ⅱ迭代次数 300
    LS-ANSGA Ⅱ种群大小 150
    交叉概率 0.7
    变异概率 0.05
    目标函数权重 0.5
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    表  5  动态变化的航班数量

    Table  5.   Number of dynamic change flights

    航班性质 航班数量
    时间变更 停机位变更 航班取消
    进港 33 2 1
    离港 14 2 1
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    表  6  LS-NSGA Ⅱ、NSGA Ⅱ和FCFS结果对比

    Table  6.   LS-NSGA II,NSGA II and FCFS results comparison

    车辆类型 $ Z_1^i $/台 $ Z_2^i $/m
    行李牵引车 传送带车 清水车 行李牵引车 传送带车 清水车
    LS-NSGA Ⅱ 14 10 3 128456 48467 22336
    15 11 4 121648 45679 22194
    16 12 5 120358 44974 22074
    17 13 119365 44075
    18 14 118453 43754
    NSGA Ⅱ 14 10 3 129375 49447 23257
    15 11 4 123956 46346 23071
    16 12 5 121365 45355 22887
    17 13 120745 44698
    18 14 118753 44256
    FCFS 18 14 5 131965 50486 25476
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    表  7  最优解对比

    Table  7.   Comparison of optimal solutions

    算法 $ {Z_1} $/台 $ {Z_2} $/m
    LS-NSGA Ⅱ 30 189521
    NSGA Ⅱ 30 193373
    FCFS 37 207927
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    表  8  顺序调度与协同调度结果对比

    Table  8.   Comparison of sequential scheduling and collaborative scheduling

    调度模式 $ {Z_1} $/台 $ {Z_2} $/m $Z_1^i $/台 $Z_2^i $/m
    行李牵引车 传送带车 清水车 行李牵引车 传送带车 清水车
    顺序调度 32 191873 16 12 4 122515 47033 22325
    协同调度 30 189521 15 11 4 121648 45679 22194
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    表  9  SNS和ALNS算法结果对比

    Table  9.   SNS and ALNS algorithms results comparison

    动态调度算法 $ {Z_1} $/台 与静态调度差值/台 $ {Z_2} $/m 与静态调度差值/m 计算时间/s
    SNS 32 +2 217111 +27590 6.53
    ALNS[20] 32 +2 228146 +38625 142.72
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    表  10  动态调度与静态调度结果对比

    Table  10.   Comparison of dynamic scheduling and static scheduling

    调度模式 $ {Z_1} $/台 $ {Z_2} $/m $Z_1^i $/台 $Z_2^i $/m
    行李牵引车 传送带车 清水车 行李牵引车 传送带车 清水车
    动态调度 32 217111 16 12 4 136614 56816 23681
    静态调度 30 189521 15 11 4 121648 45679 22194
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    表  11  动态调度中不同情景下的航班数量

    Table  11.   Number of flights under different scenarios in dynamic scheduling

    机坪保障车辆
    类型
    航班信息改变 航班信息未改变
    保障车辆改变 保障车辆未改变 保障车辆改变 保障车辆未改变
    行李牵引车 37 16 24 68
    传送带车 28 25 15 77
    清水车 3 14 0 61
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    表  12  行李牵引车双阶段调度结果对比

    Table  12.   Comparison of two-stage scheduling results of luggage tractor

    车辆序号 航站楼分区
    1 2 3 4 5 6 7
    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    13
    14
    15
    16
     注:√表示静态调度,○表示动态调度。
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-06-21
  • 录用日期:  2023-08-24
  • 网络出版日期:  2023-09-05
  • 整期出版日期:  2025-06-30

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