基于遗传算法的机场除冰服务资源优化配置研究

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1、1．1研究背景与意义第一章绪论本文依托于国家自然科学基金项目(60879020，项目名称：面向高效安全的飞机除冰过程控制的理论和方法研究(2008))，以北京首都国际机场飞机除冰为背景，利用现有的飞机集中除冰系统装备，对具有多块除冰坪条件下的飞机除冰调度进行深入研究，以期最大程度提高机场除冰服务资源调度的质量和效率。飞机除冰是影响民航飞机冬季运行安全和效率的关键因素之一。飞机除冰是指去除飞机大翼及机身表面的冰、雪、霜的过程。由于附着在飞机表面的冰雪霜等污染物会直接导致飞机的空气动力学特性的改变，如升力下降、失

2、速迎角改变等，这种动力学特性的改变也是造成空难的主要原因之一。此外，聚集在飞机表面的冰块在飞机起飞后容易脱落并吸入发动机，造成发动机损坏，从而引发空难。据统计，在过去25年里，由于飞机除冰问题已经造成了18起空难，其中包括我国包头“11．21"空难、美国“11．29”科多拉州空难、英国“1．4”伯明翰空难等，导致千余人罹难。因此，冬季飞机除冰问题已经成为影响飞机飞行安全的隐患之一。同时，飞机除冰问题也是造成冬季冰雪天气条件下航班大面积延误的主要原因之一，特别是对大型枢纽机场的影响尤为严重。近几年，我国的北京首

3、都国际机场、上海虹桥机场均发生过由于飞机除冰导致的航班大面积延误，由此影响到全国航班的正常运行，造成巨额的经济损失。我国受冰雪影响的民航机场较多，据统计，在过去两年里，在我国年吞吐量超过50万的机场中，有降雪报告的机场达到33个。而目前我国144个运行机场中，有冰雪天气的机场达到97个。2008年冬季，共有72个机场运行受到冰雪天气的影响，占运行机场总数的50．7％，造成航班延误2074架次，取消航班837架次，15个机场被迫关闭58次，给机场、航空公司的工作造成很大的被动。2008年冰雪天气的影响范围波及到

4、了部分南方机场，导致全国范围内大部分机场均不同程度受到了冰雪的影响。因此，针对飞机除冰问题进行研究，对于提高我国民航机场的冬季运行保障能力和运行效率具有重要的现实意义。增加现有飞机除冰装备的数量、改进除冰装备的性能是提高飞机除冰质量和除冰效率的途径之一。为此，2005年，民航总局对全国机场的飞机除冰雪状况进行了调研，并根据各机场的情况进行了设备的更新和改进，在大型枢纽机场建立飞机集中除冰系统，以最大程度提高飞机除冰质量和效率。在飞机除冰设备改造更新完成后，如何对飞机除冰过程进行科学合理的调度和规划则成为提高飞

5、机除冰质量和效率的关键问题，研究面向高效、安全的飞机除冰过程调度与过程控制的理论和方法也成为我国民航机场未来提高冰雪天气飞机运行安全和运行效率的重要途径之一。本文对机场除冰服务资源优化配置问题进行研究，着重研究机场除冰服务资源调度问题，通过资源调度计划合理地配置关键资源。本文首先将建立机场除冰服务资源调度的模型，然后根据模型设计合适的遗传算法来求解模型，得出“最优’’的资源调度计划，根据资源调度计划合理地分配除冰服务相关资源，提高机场除冰服务的质量和效率。本文的研究对提高枢纽机场冬季冰雪天气条件下的运行保障能

6、力具有重要的理论和现实意义。1．2国内外的研究现状及发展趋势由于冰雪霜天气具备一定的偶然性和突发性，导致多数条件下飞机除冰过程并非机场正常运行规划调度的组成部分，要求离港、空管等其他部门的运行调度根据天气情况进行短期的动态调整。同时飞机除冰过程具有一定的时效性，而不同类型的飞机除冰过程时间也在很大范围内变化，因此，飞机除冰过程表现为一定程度的不确定性，需要机场其他系统根据飞机除冰过程要求进行动态的调整和调度。而机场内运行的飞机隶属于多家航空公司，每个飞机个体代表着本公司的利益，在冰雪天气条件下，单体飞机均以减

7、少延误，减少公司运行损失为目的，在飞机除冰过程中，整体表现具有趋同性，在某一时间段内，也会给除冰过程带来很大的不确定性和动态性。因此，飞机除冰过程调度问题是一类典型的不完整信息条件下动态资源调度问题。目前，国内外对机场除冰调度的研究还非常少，因此对机场除冰服务资源调度进行研究是非常有意义的探索。而存在环境变化和不完整信息条件下的资源调度问题一直是学术界的研究热点，形成了若干理论研究成果，并在生产过程、医疗、港El和机场资源调度等领域有着广泛的应用。如Bisp01和Rose2等使用仿真与优化相结合的方法研究可重

8、入生产系统的能力分配、库存管理和生产控制等方面问题；Mason3、刘民和吴澄等4提出了基于启发式规则的动态生产系统调度方案；于海滨等5针对制造企业工件的交货期不同，提出了对提前／拖期工件进行惩1BispoCF，TayurS，Managingsimplere-entrantflowlinesTheoreticalfoundationandExperimentalResults，Technicalrep