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过站保障车辆集中式调度的单亲遗传算法

朱新平 韩松臣

朱新平, 韩松臣. 过站保障车辆集中式调度的单亲遗传算法[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(2): 406-413. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.026
引用本文: 朱新平, 韩松臣. 过站保障车辆集中式调度的单亲遗传算法[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(2): 406-413. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.026
ZHU Xinping, HAN Songchen. Centralized Scheduling of Service Vehicles for Aircraft Turnaround Based on Partheno-Genetic Algorithm[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(2): 406-413. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.026
Citation: ZHU Xinping, HAN Songchen. Centralized Scheduling of Service Vehicles for Aircraft Turnaround Based on Partheno-Genetic Algorithm[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(2): 406-413. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.026

过站保障车辆集中式调度的单亲遗传算法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.02.026
基金项目: 

国家自然科学基金委员会与中国民用航空局联合资助项目 U1433125

国家自然科学基金委员会与中国民用航空局联合资助项目 U1433126

中国博士后科学基金资助项目 2015M582550

江苏省自然科学基金资助项目 BK20141413

国家自然科学基金资助项目 71573184

详细信息
    作者简介:

    朱新平(1983-), 男, 博士, 副教授, 研究方向为新一代空中交通管理系统, 电话:13419037831, E-mail:zhu408@163.com

  • 中图分类号: V351.11

Centralized Scheduling of Service Vehicles for Aircraft Turnaround Based on Partheno-Genetic Algorithm

  • 摘要: 针对飞机过站保障车辆集中式调度问题,提出递阶式编码结构单亲遗传算法.该算法采用保障作业编号构成控制基因染色体、车辆编号构成参数基因染色体,分别体现过站保障作业时序约束和车辆指派规则约束,使算法对问题具有良好的适用性;设计控制基因染色体片段段内换位变异和参数基因染色体片段段间换位变异相结合的遗传算子,并引入车辆可调度能力空间概念提出解码算法,实现对解空间搜索能力优化;以过站保障造成的航班延误惩罚费用和车辆行驶费用之和最小为优化目标,建立算法适应度函数,可衡量过站保障和车辆使用综合效率.采集某机场过站航班数据验证所给算法有效性并对比分析车辆就近指派和使用率均衡两种调度策略,结果表明,算法收敛性良好,且就近指派策略相对于使用率均衡策略,在过站保障延误方面改进较小,但在车辆行驶时间方面改进达40%.

     

  • 图 1  飞机过站保障车辆调度过程

    Figure 1.  Scheduling process of service vehicle for aircraft turnaround

    图 2  保障车辆调度的两级递阶式染色体编码结构及示例

    Figure 2.  Two-level hierarchical chromosome coding structure for service vehicle scheduling and the coding example

    图 3  换位变异操作过程

    Figure 3.  Gene exchange and mutate process

    图 4  两种策略下的过站保障车辆作业时段甘特图

    Figure 4.  Gantt chart for service vehicles operation based on two vehicle dispatching strategies

    图 5  传统遗传算法优化性能

    Figure 5.  Convergence effect of Traditional Genetic Algorithm

    图 6  本文单亲遗传算法优化性能

    Figure 6.  Convergence effect of partheno-genetic algorithm

    表  1  某机场飞机过站保障作业任务编号、时序约束、耗时及所需车辆类型

    Table  1.   Task code, temporal constraint, time consumption, and service vehicle for aircraft turnaround in one airport

    作业任务编号 任务名称 紧前作业编号 作业耗时/min 作业所需车辆
    1 飞机入位 0.5
    2 放轮挡 1 1.0
    3 机务维护 2 18.0
    4 廊桥对接 2 2.0 客梯车*
    5 开客舱门 4 0.5
    6 下客 5 6.0 摆渡车*、客梯车*
    7 开货舱门 4 2.0
    8 行李卸载 7 12.0 传送带车
    9 污水操作 4 3.0 污水车
    10 货邮装载 7 20.0 平台车
    11 清水操作 4 3.5 清水车
    12 客舱清洁 22.0
    13 餐食配供 1 10.0 餐车
    14 航油加注 2 15.0 加油车
    15 上客 2 7.0 摆渡车*、客梯车*
    16 关货舱门 4 1.5
    17 关客舱门 5 0.5
    18 撤廊桥 4 0.5
    19 撤前轮挡 7 0.5
    20 牵引车对接 4 1.0 牵引车
    21 撤主轮挡 7 1.0
    22 推出 4 3.0 牵引车
      注:“—”表示不需要车辆;“*”表示相应车辆仅在飞机停靠远机位时需要.
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    表  2  某机场飞机过站保障车辆配备规则及车辆总量参照表

    Table  2.   Scheduling rules and total number of vehicle for aircraft turnaround service in one airport

    机型 客梯车 摆渡车 传送带车 污水车 平台车 清水车 餐车 加油车 牵引车
    C 1 1 2 1 1 1 1 1 1
    D 1 2 1 1 1 1 2 1 1
    E 1 3 1 1 2 1 2 1 1
    F 1 4 1 1 2 1 4 2 1
    某机场各类保障车辆总量 1 1 6 2 6 2 4 5 5
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    表  3  飞机过站信息

    Table  3.   Aircraft turnaround information

    航班号 预计入位时间 预计出位时间 飞机类型 停靠机位 机位类型
    CA1102/CA1839 08:25 09:15 C 301 近机位
    SC4651/SC4652 08:30 09:35 C 310 近机位
    SC4851/SC4852 08:35 09:37 C 302 近机位
    CA1108/CA9601 08:38 09:38 C 313 近机位
    SC1155/SC1158 08:40 09:40 C 304 近机位
    CA1606/CA1605 08:42 09:45 C 314 近机位
    CA1104/CA1847 08:45 09:50 C 306 近机位
    CA1701/CA1702 08:47 09:47 C 316 近机位
    CA1662/CA1557 08:49 09:49 C 308 近机位
    CA931/CA932 08:51 09:51 C 303 近机位
    CA1142/CA1859 08:54 09:45 C 311 近机位
    CA1802/CA1649 08:56 09:55 C 305 近机位
    CA1951/CA1704 08:59 09:50 C 312 近机位
    CA1206/CA1545 09:04 10:00 C 315 近机位
    CA1286/CA1591 09:06 10:10 C 307 近机位
    CA133/CA1657 09:17 10:30 C 317 近机位
    CA1350/CA1623 09:25 10:35 C 301 近机位
    CA1640/CA1851 09:40 10:20 C 310 近机位
    CA1703/CA1813 09:45 10:26 C 302 近机位
    CA1957/CA1712 09:50 10:50 C 313 近机位
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    表  4  不同调度策略下的过站保障车辆优化调度结果

    Table  4.   Optimized scheduling results based on different service vehicle scheduling strategies

    飞机架次 过站保障延误/min 车辆行驶时间/min 平均遗传代数/代 平均计算耗时/s
    MIN_T AVE_L CUR MIN_T AVE_L CUR MIN_T AVE_L MIN_T AVE_L
    20 312 331 302 296 495 363 5.0 5.0 11.3 14.2
    40 351 377 360 583 988 711 5.3 5.0 15.4 17.3
    60 422 451 432 811 1433 1038 5.3 5.3 18.2 22.3
    80 483 501 488 1158 1981 1325 5.4 5.6 22.1 29.2
    100 521 542 530 1496 2411 1535 5.4 5.7 30.4 34.1
    150 610 633 615 2149 3519 2331 5.5 6.2 33.2 38.4
    200 699 718 703 2845 4882 2850 5.8 6.4 41.3 45.5
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    表  5  不同过站飞机架次下的车辆调度TGA和PGA结果比较

    Table  5.   Scheduling results comparison between TGA and PGA for different numbers of turnaround aircraft min

    算法 各架次过站保障延误
    20 40 60 80 100 150 200
    TGA 319 362 430 512 552 646 742
    PGA 312 351 422 483 521 610 699
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  • 收稿日期:  2016-01-09
  • 刊出日期:  2018-04-25

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