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基于航路点布局的多目标网络结构优化方法

郑煜坤 王瑛 李超 亓尧 李正欣

郑煜坤, 王瑛, 李超, 等 . 基于航路点布局的多目标网络结构优化方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(1): 1-9. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0157
引用本文: 郑煜坤, 王瑛, 李超, 等 . 基于航路点布局的多目标网络结构优化方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2019, 45(1): 1-9. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0157
ZHENG Yukun, WANG Ying, LI Chao, et al. Multi-objective network structure optimization method based on waypoint layout[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(1): 1-9. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0157(in Chinese)
Citation: ZHENG Yukun, WANG Ying, LI Chao, et al. Multi-objective network structure optimization method based on waypoint layout[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2019, 45(1): 1-9. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0157(in Chinese)

基于航路点布局的多目标网络结构优化方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0157
基金项目: 

国家自然科学基金 71601183

国家自然科学基金 61502521

详细信息
    作者简介:

    郑煜坤 男, 硕士研究生。主要研究方向:航路网络规划与设计、改航路径规划

    王瑛 女, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:装备系统工程与管理决策、空域规划、复杂网络与风险传导

    通讯作者:

    王瑛, E-mail: yingwangkdg@163.com

  • 中图分类号: V37;U113

Multi-objective network structure optimization method based on waypoint layout

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 71601183

National Natural Science Foundation of China 61502521

More Information
  • 摘要:

    为了提高区域航路网络结构的科学性、减轻飞行流量增长对网络运行带来的压力,提出了基于航路点布局的多目标网络结构优化方法。首先,考虑区域航路网络的组成要素,设计了反映网络综合性能的优化目标和约束条件以形成优化模型。然后,建立基于节点移动、融合、分解的航路点布局策略,进而给出优化模型的求解步骤,并利用NSGA-Ⅲ算法完成模型求解。最后,对北京飞行情报区部分区域航路网络进行仿真分析,结果表明,使用NSGA-Ⅲ算法得出的区域航路网络具有良好的综合性能。最优网络在满足约束条件的同时,保证了运行费用和非直线系数基本不变,并使得飞行冲突系数减少了10.8%。可见,所提优化方法能有效提升区域航路网络的经济性、安全性和可行性,符合中国现行空域环境和管理体制。

     

  • 图 1  航路点容量示意图

    Figure 1.  Schematic of waypoint capacity

    图 2  航路点融合、分解示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of waypoint integration and separation

    图 3  区域航路网络优化步骤

    Figure 3.  Optimization steps of regional air route network

    图 4  NSGA-Ⅲ算法流程

    Figure 4.  Flowchart of NSGA-Ⅲ algorithm

    图 5  初始区域航路网络

    Figure 5.  Initial regional air route network

    图 6  初步规划结果

    Figure 6.  Preliminary planning result

    图 7  区域航路网络优化结果示意图

    Figure 7.  Schematic of regional air route network optimization results

    图 8  优化网络对比

    Figure 8.  Contrast diagram of optimization network

    表  1  移动航路点信息

    Table  1.   Information of mobile waypoint

    航路点 汇聚航段交叉角 航路点流量/
    (架次·h-1)
    航路点容量/
    (架次·h-1)
    P13 P11P13P12 11.4 20.96
    P14 P13P14P12 12.5 32.31
    P15 P12P15P14 12.9 38.03
    P16 P15P16P18 16.6 34.77
    P17 P16P17P6 14.9 27.04
    P18 P9P18P14 14.9 26.92
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    表  2  航段信息

    Table  2.   Information of air leg

    航路 航段 长度/km 流量/(架次·h-1)
    B548 P11P12 216.9 8.8
    A575 P11P13 124.9 5.7
    A575 P15P4 59.0 6.9
    H13 P2P12 49.5 10.6
    H13 P18P19 120.0 6.5
    H6 P15P16 58.9 8.2
    B339 P9P18 179.2 8.4
    J201 P6P17 18.9 6.1
    B548 P12P3 113.17 7.2
    A575 P13P14 96.7 5.8
    G218 P12P13 129.7 5.7
    H13 P12P14 122.6 6.7
    H13 P19P8 96.7 5.9
    H6 P16P17 37.7 8.8
    B339 P18P16 148.5 8.4
    J201 P17P19 195.7 6.4
    A575 P1P11 35.47 10.5
    A575 P14P15 122.6 6
    G218 P13P10 141.5 5.7
    H13 P14P18 99.0 6.5
    H6 P12P15 198.0 6.9
    H6 P17P7 51.9 8.7
    B339 P16P5 30.7 7.8
    下载: 导出CSV

    表  3  区域航路网络特性指标

    Table  3.   Property indexes of regional air route network

    网络序号 运行费用 飞行冲突系数 非直线系数 角度改变量/(°)
    5.409×103 1.092 1.244 266.5
    5.425×103 0.954 1.251 268.1
    5.413×103 0.972 1.245 238.7
    5.418×103 0.971 1.246 216.5
    5.437×103 0.969 1.257 282.3
    5.495×103 0.879 1.276 330.2
    5.424×103 1.151 1.248 215.9
    5.405×103 1.089 1.227 63.34
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-26
  • 录用日期:  2018-08-24
  • 网络出版日期:  2019-01-20

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