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考虑带时间窗的多机型航班加油车三阶段调度优化

邢志伟 周芳宇 孙恪 李雅婷

邢志伟,周芳宇,孙恪,等. 考虑带时间窗的多机型航班加油车三阶段调度优化[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(7):2651-2659
引用本文: 邢志伟,周芳宇,孙恪,等. 考虑带时间窗的多机型航班加油车三阶段调度优化[J]. 北京航空航天大学学报,2026,52(7):2651-2659
Xing Z W,Zhou F Y,Sun K,et al. Considering three-stage scheduling optimization of multi-type flight refueling vehicles with time windows[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(7):2651-2659 (in Chinese)
Citation: Xing Z W,Zhou F Y,Sun K,et al. Considering three-stage scheduling optimization of multi-type flight refueling vehicles with time windows[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2026,52(7):2651-2659 (in Chinese)

考虑带时间窗的多机型航班加油车三阶段调度优化

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2024.0332
基金项目: 

国家自然科学基金(U2333205);中国民航大学研究生科研创新项目(2023YJSKC02012)

详细信息
    通讯作者:

    E-mail:cauc_xzw@163.com

  • 中图分类号: U268.6

Considering three-stage scheduling optimization of multi-type flight refueling vehicles with time windows

Funds: 

National Natural Science Foundation of China (U2333205); Civil Aviation University of China Research Innovation Project for Postgraduate Students (2023YJSKC02012)

More Information
  • 摘要:

    为解决机场航班保障过程中加油车调度效率低下的问题,在航班安全作业的前提下确定航班的加油时间窗和可开始加油时间窗双约束条件,并对机坪位置与机位编号进行标准化处理,研究3种应用场景下的核心变量,构建3种双约束条件下的以加油车数量为优化目标的整数规划模型。针对不同的模型,根据机场实际运行情况提出引入精英策略的遗传优化算法对模型进行求解。在第①阶段的独立调度中,设计了兼顾适应度和种群多样性2种能力的评估机制,保证种群的多样性。在第②、③阶段协同调度中,设计惩罚因子引入算法,能够有效避免不满足目标约束的种群出现。仿真结果表明:与传统的人工调度和遗传算法对比,所提算法调度加油车数量平均降低了27.6%和21.8%,能够为机场加油车调度提供有效的决策支持。

     

  • 图 1  加油车工作路线示意

    Figure 1.  Schematic diagram of the working route of the refueling truck

    图 2  位于2个不同机坪的停机位之间的行驶路线和距离

    Figure 2.  Travel route and distance between parking stands located on two different aprons

    图 3  时间窗口示意

    Figure 3.  Schematic diagram of the time window

    图 4  本文改进的带精英策略的遗传算法流程

    Figure 4.  Flowchart of genetic algorithm with elite strategy improved in this paper

    图 5  机场机位分布示意

    Figure 5.  Schematic diagram of airport stands

    图 6  T1航站楼迭代结果

    Figure 6.  Iterative results of T1 terminal

    图 7  T2航站楼迭代结果

    Figure 7.  Iterative results of T2 terminal

    图 8  T1、T2航站楼迭代结果

    Figure 8.  Iterative results of T1 and T2 terminals

    图 9  T1、T2、T3航站楼迭代结果

    Figure 9.  Iterative results of T1, T2, and T3 terminals

    图 10  实验对比

    Figure 10.  Experimental comparison

    图 11  最优个体适应度曲线

    Figure 11.  Optimal individual fitness curve

    表  1  航班计划

    Table  1.   Flight schedule

    航班号 航班性质 机型分类 分配停机位 推出时刻 机型最小过站时间/min 最长可加油时间/min 旅客登机时间/min 加油量/kL
    CA4132 离港 C 552 7:05 65 50 15 22
    NH160 离港 D 520 14:20 75 50 25 50
    TG615 离港 E 512 17:05 90 55 35 160
    LH721 离港 F 509 10:30 90 50 40 250
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    表  2  航班飞机类型加油方式对比

    Table  2.   Comparison of aircraft types and refueling methods for flights

    机型
    信息
    最小油量/L 加油速率/(L·s−1 单车加油
    时间/min
    允许加油
    时间/min
    至少需要
    加油车数量
    C 15 000 10 25 [35,60] 1
    D 35 000 15 38.8 [50,55] 1
    E 140 000 30 77.8 [40,55] 2
    F 250 000 40 104 50 3
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    表  3  T1航站楼调度结果

    Table  3.   T1 terminal scheduling results

    加油车编号调度结果(航班编号)
    1号加油车5 9 12 17 24 26 28 43 47 53 55 57 62 65 71 76
    2号加油车2 6 8 11 13 16 20 30 35 38 45 49 51 54 58 63 67 78 81
    3号加油车10 15 18 19 21 23 29 33 37 39 41 44 46 48 50 52 60 69 74
    4号加油车1 3 4 7 14 22 25 27 31 32 34 36 40 42 56 59 61 64 66 68 70 72 73 75 77 79 80
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    表  4  T2航站楼调度结果

    Table  4.   T2 terminal scheduling results

    加油车编号调度结果(航班编号)
    1号加油车4 12 19 23 27 34 52 54 62 67 76 82 84 90 94 101 103 114 133 135 140 143 146 155 162 170 172 185 207 209 211 213 216 222 229 236
    2号加油车113 122 138 145 148 165 167 175 177 181 186 198 200 202 217 219 226 228 237 251
    3号加油车2 6 15 29 32 38 39 41 57 63 74 79 86 91 95 97 100 116 124 126 128 134 157 160 163 168 182 192 215 225 234 240 243 260
    4号加油车3 13 17 45 55 64 72 77 87 99 105 107 111 121 125 127 136 151 174 183 189 196 199 212 223 235 238 252 255 261 263 265
    5号加油车5 7 16 22 35 43 48 51 58 60 81 115 139 153 164 166 193 208 214 218 220 227 248 256
    6号加油车14 21 24 30 33 36 40 46 53 66 70 104 108 117 137 154 156 158 169 171 178 190 203 206 210 221 232 244 246 249 254 264 267 269
    7号加油车1 10 26 28 44 47 59 69 71 88 93 96 102 106 109 119 129 132 147 149 176 179 197 241 245 266 271
    8号加油车8 20 31 50 56 61 68 83 98 112 118 123 131 142 144 152 159 161 173 180 184 187 195 201 204 224 231 239 242 247 250 253 258 262 270
    9号加油车9 11 18 25 37 42 49 65 73 75 78 80 85 89 92 110 120 130 141 150 188 191 194 205 230 233 257 259 268
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    表  5  T1、T2航站楼调度结果

    Table  5.   Scheduling results of T1 and T2 terminals

    加油车编号 调度结果(航班编号)
    1号加油车 19 47 106 137 162 163 177 178 213 222 267 290 306 324 351
    2号加油车 29 39 89 115 117 132 165 198 214 239 286
    3号加油车 21 72 83 94 99 218 252 271 277 319 323
    28号加油车 27 64 120 121 167 170 236 253 295 313 339 349
    29号加油车 18 81 122 154 181 207 232 251 298 308 338 348
    30号加油车 8 17 68 114 131 156 158 212 242 283 305 333 352
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    表  6  T1、T2、T3航站楼调度结果

    Table  6.   Scheduling results of T1, T2, and T3 terminals

    航班类型 加油车编号 调度结果(航班编号)/C、D型航班
    C、D型 1号加油车 53 149 162 226 227 240 260 319 334 349 374 470 495 512 558 576
    2号加油车 50 126 188 193 215 257 278 309 331 369 383 406 454 459 468 497 523 541 593
    35号加油车 27 46 204 292 370 458 476 493 520 590 605
    36号加油车 43 68 75 79 84 110 113 118 124 127 142 207 228 231 237 315 339 342 352 355 373 387 450 466 486 587
    E、F型 37号加油车 147 156 160 195 200 246 248 286 390 397 420 430 465 496 506 530 572 581 595
    38号加油车 77 85 155 171 191 222 251 259 325 353 362 372 448 484 535 543 554 564 566 574 602
    44号加油车 86 114 139 175 183 341 393 402 415 427 456 464 503 524 575
    45号加油车 120 133 217 242 271 351 429 600
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    表  7  不同调度方案结果对比

    Table  7.   Comparison of the results from different scheduling schemes

    调度类型 T1航站楼用车数量 T2航站楼用车数量 T1、T2航站楼用车数量 T1、T2、T3航站楼用车数量
    人工调度 6 19 35 50
    遗传算法 5 17 34 49
    改进遗传算法 4 9 30 45
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-05-17
  • 录用日期:  2024-09-06
  • 网络出版日期:  2024-09-24
  • 整期出版日期:  2026-07-31

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