Обслуживание пассажирских самолетов при заходе на посадку и пассажиров в аэропорту с помощью методов оптимизации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Тин Пхон Чжо

• Тин Пхон Чжо
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тин Пхон Чжо

Введение

Общая постановка задачи.

Глава 1. Процедура укрупнения воздушной обстановки при полете самолетов к аэродрому.

1.1. Постановка задачи укрупнения воздушной обстановки.

1.2. Анализ воздушной обстановки вблизи аэродрома.

1.3. Разработка алгоритма оценки дополнительных затрат топлива при входе в эшелон посадки.

1.4. Решение задачи классификации с помощью карты Кохонена и результаты моделирования процессов посадки в разных погодных условиях

1.5. Анализ известных методов параметрической оптимизации.

1.5.1. Аналитические методы параметрической оптимизации.

1.5.2. Численные методы безусловной оптимизации.

1.5.3. Численные методы безусловной многомерной оптимизации.

1.5.4. Многокритериальные задачи оптимизации.

1.5.5. Линейное программирование.

1.6. Анализ известных методов теории массового обслуживания.

1.7. Выводы по главе 1.

Глава 2. Оптимизация обслуживания самолетов при заходе на посадку по критерию максимальной экономичности и безопасности полета.

2.1. Постановка задачи оптимизации.

2.2. Формирование параметрического критерия оптимизации процессов захода на посадку.

2.3. Оценка неизмеряемых параметров критерия с помощью решения обратной задачи линейного программирования.

2.4. Разработка алгоритма окончательного разрешения на посадку пассажирских самолетов.

2.5. Моделирование процессов принятия решений при заходе на посадку самолетов в различных случаях.

2.6. Выводы по главе 2.

Глава 3. Система многоканального обслуживания пассажиров в аэропорту с учетом взаимопомощи меяеду каналами.

3.1. Анализ существующих методов анализа многоканальной системы массового обслуживания с ожиданием.

3.2. Разработка новых условий стационарного поведения многоканальной системы обслуживания с учетом реальной взаимопомощью между каналами.

3.3. Выводы по главе 3.

Глава 4. Выбор оптимального числа каналов обслуживания пассажиров в аэропорту.

4.1. Формирование параметрического критерия стоимости оптимального обслуживания пассажиров.

4.2. Выбор оптимального числа каналов обслуживания в аэропорту их условия минимальных затрат в зависимости от количества прилетающих самолетов.

4.3. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обслуживание пассажирских самолетов при заходе на посадку и пассажиров в аэропорту с помощью методов оптимизации»

В настоящее время среди многообразия подходов к совершенствованию процедур управления пассажиров в аэропорту все более важное место занимает автоматизация действий специалистов для обеспечения показателей безопасности и экономичности[1,2,5]. Однако указанные показатели вступают в противоречие при выборе управляющих действий. Так, при заходе самолетов на посадку безопасность полета определяется дистанцией между ними, и для ее увеличения нужно совершить дополнительные маневры, а это связано с дополнительной потерей топлива. В особых случаях предаварийного состояния самолета ( малый запас топлива, отказ некоторой компоненты бортового оборудования) маневрирование исключено, и выбор наилучшего решения усложняется. В этих сложных ситуациях ответственные решения принимает авиадиспетчер, основываясь на своем опыте, но он неспособен дать формализованную оценку критерия качества выбираемой альтернативы.

Все это указывает на то, что необходимо такое определение критерия и уточнение его параметров, чтобы учесть в свертке оба показателе экономичности и безопасности в полетов одновременно. Аналогичная ситуация возникает в аэропорту при обслуживании пассажиров, когда при малом числе обслуживающих линий затраты наносит ущерб авиакомпании, и наоборот, постоянное использование большого числа линий экономично[3,24,26].

Поэтому формирование общего формализованного критерия весьма важно, т.к. во-первых, с его помощью можно оптимизировать управленческие действия, и во-вторых, оказать автоматизированную поддержку в помощь диспетчеру и службе в аэропорту для обеспечения безопасности принятия решений.

Целью данной диссертационной работы является повышение безопасности и экономичности полета пассажирских самолетов при заходе на посадку и обслуживания пассажиров в аэропорту путем формирования единых параметрических критериев и последующего решения прямых и обратных задач оптимизации. •

Поставленная цель достигается в диссертации в результате решения следующих основных задач:

- формализация единого критерия безопасности и экономичности полета самолетов при их заходе на посадку и уточнение его параметров на основе опыта действий авиадиспетчеров и решения обратной задачи линейного программирования;

- разработка алгоритма автоматизированных действий при заходе на посадку самолетов с учетом степени аварийного состояния и дистанции между соседними самолетами;

- определение новых формул вероятного состояния многоканальной системы обслуживания пассажиров в аэропорту с учетом стоимости простоя каналов и частичной занятости и возникновения очередей, и определение на основе этого критерия оптимального числа каналов.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующим; -сформулированный критерий оценки качества захода на посадку одновременно учитывает безопасность полета, затраты топлива и степень аварийности самолетов;

-предложен метод определения безопасной дистанции между самолетами на основе известных действий авиадиспетчеров, путем решения обратной задачи линейного программирования;

-полученные формулы вероятностной оценки состояния многоканальной системы массового обслуживания с ожиданием отличаются от формул Эрланга учетом потери времени в процессе передачи заявок из одного канала в другой;

- предложен способ экономичного выбора нужного числа включаемых в работу каналов обслуживания пассажиров в аэропорту в зависимости от количества самолетов, попавших в зону ответственности аэродрома.

Общая постановка задачи Общая постановка задачи может быть сформулирована следующим образом[10]. Картина воздушной обстановки в районе аэродрома представлена на рис. 1, иллюстрирующем группу самолетов, попавших в зону ответственности авиадиспетчерской службы, и процесс обслуживания пассажиров в аэропорту

Рис.1. Картина обслуживания самолетов и пассажиров в гражданской авиации

В условия решаемой задачи входят следующие допущения.

1. Пусть Щ - зависящее от погодных условий количество самолетов, которое может обслужить одна ВПП в заданной период времени; У1 - общее случайное количество самолетов, попавшее в этот же период в зону ответственности.

2. Самолеты при заходе на посадку осуществляют горизонтальный полет с возможностью маневрирования в боковой плоскости для изменения дистанции между ними.

3. Безопасность захода на посадку определяется дистанцией между самолетами, летящими в эшелоне друг за другом при "втягивании" в глиссаду, а также запасами топлива на борту, оставшегося перед посадкой.

4. Экономичность полета определяется дополнительными расходами топлива на маневрирование при входе эшелон при больших углах захода на посадку.

5. На этапе управления воздушным движением требуется сформировать алгоритм окончательного выбора наиболее рационального состава самолетов, получивших разрешение на посадку на заданную ВПП, исходя из одновременного обеспечения безопасности и экономичности полета. Для этой цели необходимо сформулировать единый критерий оптимальности управления заходом на посадку группы самолетов[12, 19].

6. Количество прилетевших пассажиров в разных периоды времени случайно, а общее число к - каналов их обслуживания в аэропорту задано.

7. Стоимость эксплуатации каждого канала в нерабочем режиме, в период занятости и простоя во включенном состоянии различна. При увеличении времени пребывания пассажиров в очереди возникает дополнительный штраф.

8. На этапе обслуживания пассажиров (таможенный контроль, получение багажа, посадка в транспорт) требуется определить нужное число включенных каналов аэропорта в зависимости от числа попавших в эшелон посадки самолетов, исходя из условия минимальной стоимости эксплуатации.

Для этой цели необходимо сформулировать второй параметрической критерий оптимальности обслуживания пассажиров в аэропорту[9,11].

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Тин Пхон Чжо

4.3. Выводы по главе 4 На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Получены новые формулы расчета многоканальных однофазных СМО с ожиданием для случая оказания реальной взаимопомощи между каналами.

2. Сформулирована задача оптимизация выбора числа к работающих каналов СМО по критерию минимальной стоимости обслуживания с учетом простоя, занятости каналов и дополнительных затрат при появлении очереди заявок.

3. Показано, что число обслуживаемых каналов в аэропорту должно увеличиваться по мере повышения числа самолетов, подлетающих к аэродрому для посадки.

Полная структура принятия решений при обслуживании самолетов и пассажиров

Укрупнение воздушной обстановки в районе аэродрома

И1,И2,И3

Предварительный выбор состава самолетов для каждого ВПП участь п2 нсртваар

К1

Л, У О

-Ц ь ужытак *«злсг коурфшрежм & кшс<у

5Рор.щю*аьиг юм со. а J-]

П=п1 + П2+П3> ПО?

-{к

АП1 >АЛ1 -ЛТ1

П1+П2+ > пО? п1—>ль ' п2-»АП1

4*60 пЭ"пО-п1-л2—>А111 •в «-4Л60 пЗ- лО-л 1 -оЗ!-» Л12

М->ДП 4Л60 г>2—»пО-п1—>Л11 ал *ьпьо п2*п\*£>-*тг пЭ-»Д1г п!-пО-»ДТ1 ал ♦ *П60 п 1 - п 1 -лО-» АЛ 2 п2-»АПг пЭ-»ДЛЗ

Идентификация неизвестных параметров критерия по действием дисперчера

С С

I » 2

Разбиение списка на три группы-аварийные,С; >0, С,<0 и окончательный выбор самолетов, попавших в эшелон посадки

МО

Выбор оптимального числа каналов обслуживания пассажиров в аэропорту щ т, 7 2т, ш, ч т. 1

-А / — -Г 2

1»': у т. 0 Ш,~а> О н<вт пмжш л < - ГДЛ

Нот АЛ - Л

Повтор 1ИЙ круг

А //

Заключение

На основании проведенных исследований можно сделать следующие вывод-.

1. Предложена линейная модель критерия оптимальности альтернативного выбора дополнительного маневра заходящих на посадку самолетов, учитывающая безопасность и экономичность полета в зависимости от дальности, угла захода на посадку и величины оставшегося топлива у каждого попавшего в зону ответственности самолета.

2. Показано, что с помощью решения обратной задачи линейного программирования можно идентифицировать неизвестные параметры модели по примерам действия авиадиспетчера. Тогда воссоздание оптимального критерия позволит оказать ему определенную помощь или заменить в более общих полетных ситуациях.

3. Получены новые формулы расчета многоканальных однофазных систем массового обслуживания с ожиданием в очереди при учете реальной взаимопомощи между каналами , что соответствует условиям обслуживания пассажиров в аэропорту.

4. Сформулирована и решена задача оптимального числа работающих в аэропорту каналов с учетом простоя, занятости и пребывания пасса--жиров в очереди по критерию минимальной стоимости обслуживания Тем самым показана возможность включения нужного числа канала в зависимости от количества идущих на посадку самолетов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тин Пхон Чжо, 2010 год

1. Муравьёв С.К. «Методика построения системы укрупнения и отображения воздушной обстановки», «Труды X международного научно-технического семинара «Современные технологии в задачах управления, автоматизации и обработки информации», Алушта, 2001 г.

2. Taxa, Хэмди «Введение в исследование операций», М: «Вильяме», 2001

3. Т. Саати «Целочисленные методы оптимизации и связанные с ними экстремальные проблемы», М.: Мир, 1973.

4. Т.Рюттен, Г.Франкен, А. Колесников, В.Гинзбург "Турбо Паскаль 7.0", торгово-издательское бюро BHV, Киев, 1996г.

5. Ашфорд Н., Файт П. «Изыскания и проектирование аэродромов.» ,

6. Лебедев Г.Н, Тин Пхон Чжо, " Выбор параметров критерия безопасностии экономичности полета пассажирских самолетов при заходе на посадку", Сборник трудов " Научная сессия ГУАП " , 2009 г., г С. Петербуг, стр 166-168.

7. Лебедев Г.Н, Тин Пхон Чжо, " Применение прямых и обратных задачлинейного программирования при оптимизации планирования работы наземного и воздушного транспорта", «Труды проблемы автоматизации и управления в технических системах» 2009 г., г. Пенза.

8. Лебедев Г.Н, Тин Пхон Чжо, " Оценка безопасности полета самолетов при заходе на посадку с помощью обратной задачи линейного программ--ирования" , « Мехатроника, автоматизация, управление, "издательство новые технологии"», стр 41-45, № 11, 2008 г.

9. Лебедев Г.Н, Тин Пхон Чжо, "Оценка эффективности организации взаимопомощи в многоканальных авиакосмических системах ", « Мехатроника, автоматизация, управление , " изд-во Новые технологии""», стр 63-68, № 7, 2009 г.

10. Ю.С. Гришанин, Г.Н Лебедев, А.В Липатов, Г.А Степаньянц "Теория оптимальных сисетем "— изд-во МАИ 1999. -320 е.: ил.

11. Солодухин В.А. Обратная задача оптимизации и объективизация эффективности принятия решений в системе УВД. Методы и модели анализа процессов УВД. Л.:АГА,1981.С.27-30.

12. Венцель Е.С. Исследование операций.М.,«Советское радио»Москва,1972

13. Зуховицкий С.И, Авдеева Л.И. Линейное выпуклое программирование. Изд-во « Наука» 1964.

14. Карпелевич Ф.И., Садовский Л. Е Элементы линейной алгебры и линейного программирования. Изд-во « Наука» 1967.

15. Юдин Д Б., Голынтейн Е.Г Линейное программирование. Физматгиз. 1963.

16. Венцель Е.С. Теория вероятностей. Изд-во « Наука» 1969.

17. Беллман Р. Динамическое программирование. Изд во иностранной литературы, 1960.

18. Венцель Е.С. Введение в исследование операций. ., Изд-во « Советское радио»Москва, 1964.

19. ГнеденкоБ. В, Коваленко И. Н. Введение в теорию массового обслуживания. Изд-во « Наука » 1966.

20. Гнеденко Б. В, Курс теории вероятностей, Физматгиз, 1961.

21. И.М Соболь , Р. Б Статников « Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями »2-е изд-во перераб и доп- М: Дрофа , 2006-175.

22. Винер Н. Кибернетика.- М.: Сов. Радио, 1968.

23. Болтянский В.Г, Математик и оптимальное управление.- М.:3нание 1968.

24. Коршунов Ю. М. Математические основы кибенетики: Учеб. Пособие Для вузов.- М: Энергия, 1980.

25. Гасс С. Линейное програмирование-М.: Физматгаз,1961.

26. Конци Г. П., Крелле В. Нелинейное программирование М. : Сов. радио, 1965.

27. Чаки Ф. Современная теория управленния. Нелиненые, оптимальные адаптивные системы.- М.: Мир. 1975.3 0. Беллман Р. Динамическое программирование-М.: ИИЛ, 1961.

28. Лебедев Г.Н, Методы обработки измерительных потоков: Учеб. Пособие. -М.: МАИ, 1983.

29. Канторович Л.В. Экономический расчет наилучшего использования ресурсов.-М.: Изд-во АН СССР, 1960.

30. Фтманов С.А. Линейное программирование.-М.:Наука, Физматгиз, 1981.

31. Кюниц Г. П., Крелле В. Нелинейное программирование.-М.: Сов. Радио, 1965.

32. Ермаков С.М., Жиглявский A.A. Математическая теория оптимального эксперимента.-М.: Наука, 1987.

33. Чураков Е.П. Оптимальные и адативные системы.- Энегоатомиздат, 1987.

34. Феллер, В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Том. 1. Пер. С англ. Под рад Е.Б Дынкина. М., Мир, 1964. 498 с.

35. Соболь И.М , Метод Монте-карло Физматгиз, 1960.

36. Тютрин А.В, Организация взаимопомощи между каналами вмногоканальной системе контроля, М; Изд-МАИ, 1979.

37. Харрари Ф. Теория графов. М.: Мир, 1973.

38. Харрари Ф., Палмер Э. Перечисление графов. — М.: Мир, 1977.

39. Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. -М.: Наука, 1969.

40. Ромакин М. И. Элементы линейной алгебры и линейного программирования. Изд-во «Высшая школа», 1963.

41. Солодовников А. Введение в линейную алгебру и линейное программирование. — М.: Просвещение, 1966.

42. Norman Griggs. Algebraic graph theory, Cambridge University Press, Cambridge, 1993.

43. Ravindra K. Ahuja, Kurt Mehlhorn, James B. Orlin and Robert E. Tarjan. Faster Algorithms for the Shortest Path Problem. Journal of the ACM, 37:213223, 1990.47. http://algolist.manual.ru/maths/graphs/shortpath/diikstra.php

44. Norman Griggs. Algebraic graph theory, Cambridge University Press, Cambridge, 1993.

45. Psaraftis, H.N. Dynamic vehicle routing: status and prospects. Annals of Operations Research 1995;61:143-64.

46. Ravindra K. Ahuja, Kurt Mehlhorn, James B. Orlin and Robert E. Tarjan. Faster Algorithms for the Shortest Path Problem. Journal of the ACM, 37:213223,1990.

47. RITES, Route Rationalization and Timetable Formulation Study for Bus System of Delhi. Transport Department, Government of the National Capital Territory of Delhi, 1998.

48. Sanjeev Arora. The Approximability of NP-hard problems. In Proceedings ofthe 30th Annual ACM Symposium on Theory of Computing, pages 337-348, 1998.( nfc