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绿色低碳导向的航班推出策略与牵引作业计划联合优化

寇伟彬 张世杰 王佳玉

寇伟彬,张世杰,王佳玉. 绿色低碳导向的航班推出策略与牵引作业计划联合优化[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(5):1504-1512
引用本文: 寇伟彬,张世杰,王佳玉. 绿色低碳导向的航班推出策略与牵引作业计划联合优化[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(5):1504-1512
KOU W B,ZHANG S J,WANG J Y. Joint optimization of green low-carbon oriented flight launch strategy and towing operation plan[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(5):1504-1512 (in Chinese)
Citation: KOU W B,ZHANG S J,WANG J Y. Joint optimization of green low-carbon oriented flight launch strategy and towing operation plan[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(5):1504-1512 (in Chinese)

绿色低碳导向的航班推出策略与牵引作业计划联合优化

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2024.0192
基金项目: 

天津市教委科研计划(2023KJ224)

详细信息
    通讯作者:

    E-mail:wbkou@cauc.edu.cn

  • 中图分类号: V355.2;U8

Joint optimization of green low-carbon oriented flight launch strategy and towing operation plan

Funds: 

Scientific Research Program of Tianjin Municipal Education Commission (2023KJ224)

More Information
  • 摘要:

    为减少离港航空器在推出滑行过程中产生的碳排放,提出一类基于绿色低碳导向的航空器牵引推出作业调度优化模型。根据航空器场面滑行状态及延误情况,在考虑航空器机坪运行规则的基础上,建立航班推出时刻动态调整机制,定义柔性推出缓冲时间,量化动态牵引推出条件,建立考虑碳排放的航空器牵引调度混合整数规划模型,结合牵引推出机-车协同调度优化计划降低场面滑行碳排放水平。考虑到整数规划模型为复杂非线性结构,求解难度较大,提出基于线性迭代的两阶段算法求解。采用天津滨海国际机场数据开展案例分析,标定调度优化模型中关键参数并验证该模型的可行性。结果表明:与现情况相比,通过对牵引推出计划的优化,航空器场面运行排放降低7.98%。研究结果对机场飞行区低碳运行及机-车协同调度提供决策支持。

     

  • 图 1  航空器牵引调度优化模型流程示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of aircraft towing scheduling optimization model process

    图 2  航空器牵引流程时间轴

    Figure 2.  Aircraft towing process timeline

    图 3  天津滨海国际机场平面布局

    Figure 3.  Layout of Tianjin Binhai International Airport

    图 4  机场场面网络无向图

    Figure 4.  Undirected graph of airport surface networks

    图 5  牵引调度时间轴

    Figure 5.  Traction scheduling timeline

    图 6  航空器滑行碳排放量

    Figure 6.  Aircraft taxiing carbon emissions

    图 7  遗传算法收敛

    Figure 7.  Genetic algorithm convergence graph

    表  1  航班基础数据

    Table  1.   Basic flight data

    航空器
    序号
    停机位
    序号
    最早开始
    服务时刻
    计划推出
    时刻
    柔性推出缓冲
    时刻上限
    1 1 9:06 9:11 9:16
    2 2 9:20 9:25 9:30
    3 3 9:00 9:05 9:10
    4 4 9:08 9:16 9:18
    5 5 9:33 9:38 9:43
    6 6 10:07 10:12 10:17
    7 7 10:20 10:25 10:30
    8 8 9:04 9:09 9:14
    9 9 9:35 9:40 9:45
    10 10 9:23 9:28 9:33
    11 11 9:53 9:58 10:03
    12 12 9:02 9:07 9:12
    13 13 10:17 10:22 10:27
    14 14 10:04 10:09 10:14
    15 15 10:59 11:04 11:09
    16 16 9:26 9:31 9:36
    17 17 9:10 9:15 9:20
    18 18 9:14 9:19 9:24
    19 19 9:17 9:22 9:27
    20 20 9:25 9:30 9:35
    21 21 9:28 9:33 9:38
    22 22 9:54 9:59 10:04
    23 23 9:38 9:43 9:48
    24 24 9:57 10:02 10:07
    25 25 9:40 9:45 9:50
    26 26 10:01 10:06 10:11
    27 27 10:10 10:16 10:20
    28 28 10:14 10:19 10:24
    29 29 10:33 10:38 10:43
    30 30 10:23 10:28 10:33
    31 31 10:40 10:45 10:50
    32 32 10:57 11:02 11:07
    33 33 10:46 10:51 10:56
    34 34 10:48 10:53 10:58
    35 35 10:53 10:58 11:03
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    表  2  案例参数

    Table  2.   Case parameters

    单车固定
    启用成本/元
    车辆运行
    成本/(元·min−1
    燃油碳排放
    系数/(kg·kg−1
    碳排放量的
    排放成本/(元·kg−1
    最小安全起飞
    间隔/min
    最晚推出
    时刻/min
    航空器单位运行
    成本/(元·min−1
    航空燃油
    价格/(元·kg−1
    1000 1 3.115 0.28 3 20 133.76 4.5
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    表  3  优化后航空器牵引调度方案

    Table  3.   Aircraft traction scheduling scheme

    牵引车辆编号牵引航空器序号
    118→24→14(0.18)→34
    217→2→20(0.9)→31→7(0.9)
    316→6→30→26(4.2)
    48→25→22→13
    512→10→11→3(5.82)→15(2.58)
    64→29
    719→9→21(0.84)→27→35
    85→23→28→1(5.22)→32(0.96)→33(3.3)
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    表  4  优化结果

    Table  4.   Optimization results

    牵引调度模型牵引作业
    总时间/min
    航空器滑行碳
    排放量/ kg
    目标函数值/元
    现状392.6127427.5888568.16
    本文调度优化模型367.2425238.7081820.80
    最大柔性推出时间方案389.4426415.2083239.80
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    表  5  不同车辆数的优化结果

    Table  5.   Optimization results for different numbers of vehicles

    车辆数目 航空器滑行碳排放量/kg 车辆运行成本/元 航空器运行成本/元
    5 27770.22 5259.97 42827.50
    6 25898.56 6263.62 41730.00
    7 25840.19 7266.59 41535.00
    8 25238.70 8268.32 37147.50
    9 23529.20 9273.36 36660.00
    10 25723.45 10274.32 37160.68
    11 25752.63 11283.87 37202.84
    12 25956.93 12291.36 37497.97
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    表  6  不同航空器数目的优化结果

    Table  6.   Optimization results for different numbers of aircrafts

    航空器
    数目
    优化前航空器滑行
    碳排放量/kg
    优化后航空器滑行
    碳排放量/kg
    碳排放量优化
    百分比/%
    优化前目标
    函数值/元
    优化后目标
    函数值/元
    目标函数值优化
    百分比/%
    20 15658.06 15050.64 3.88 49074.00 47319.00 3.58
    25 19842.55 18627.70 6.12 62005.20 58495.20 5.66
    30 24263.25 22339.74 7.93 74974.25 70426.20 6.07
    35 27427.58 25238.70 7.98 88568.16 81820.80 7.62
    40 33727.66 28665.79 15.01 111834.90 97989.90 12.38
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    表  7  高峰期航空器优化结果

    Table  7.   Peak time optimization results for aircraft

    牵引调度
    模型
    牵引作业
    总时间/min
    航空器滑行
    碳排放量/kg
    目标
    函数值/元
    现状 539.81 43415.31 145257.45
    本文调度优化模型 483.17 36749.21 124575.90
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    表  8  算法对比结果

    Table  8.   Comparison of algorithms

    算法类型求解时间/ min目标函数值/元
    遗传算法682 347.20
    线性迭代算法381 820.80
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-03
  • 录用日期:  2024-06-07
  • 网络出版日期:  2024-06-28
  • 整期出版日期:  2026-05-31

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