基于混合整数规划的航班保障资源调度研究.pdf
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1、Microcomputer Applications Vol.39,No.11,2023文章编号:10 0 7-7 57 X(2 0 2 3)11-0 0 14-0 5摘要:由于航班起降的实时变化,如何合理调配航班保障设备和人员一直是机场函待解决的问题。通过分析机场传统调度模式面临的问题和挑战,提出基于混合整数规划的航班保障任务分配模型,模型一按照任务类型和资源工作时间范围计算出航班保障所需最小资源数量,模型二能够根据不断变化的航班执行情况实时推导出所有保障任务清单,结合可用资源清单快速计算出资源分配方式,即获取最优化匹配结果。通过分析算法的实际应用效果,所提出的资源分配方式实现了最优化的调度
2、,提升了航班保障资源利用效率。关键词:混合整数规划;航班保障;任务分配;资源调度中图分类号:U8基金项目基于混合整数规划的航班保障资源调度研究康永,汪福军,沈光越(东部机场集团有限公司,江苏,南京2 1110 6)文献标志码:A微型电脑应用2 0 2 3年第39 卷第11期Research on Flight Support Task Allocation MethodBased on Mixed Integer Programming AlgorithmKANG Yong,WANG Fujun,SHEN Guangyue(Eastern Airports Group Co.,Ltd.,Nan
3、jing 211106,China)Abstract:With the real-time changes of flight taking-off and landing,how to reasonably allocate flight support equipment andworkers has always been a problem to be solved in the airport.By analyzing the problems and challenges faced by the traditionalscheduling mode,a flight suppor
4、t task allocation model based on mixed integer programming algorithm is proposed.Model 1calculates the minimum number of resources required for flight support according to the task type and resource working timerange,and Model 2 can deduce all support task lists in real time according to the changin
5、g flight execution.Combined with thelist of available resources,it can quickly calculate the resource allocation method to obtain the optimal matching result.By ana-lyzing the practical application effect of the algorithm,the proposed resource allocation method realizes the optimal schedulingand imp
6、roves the utilization efficiency of flight support resources.Key words:mixed integer programming(MIP);flight support;task allocation;resource scheduling多种限制条件。同时,也需要充分考虑机场不断变化的航班0引言起降时间以及航班保障车辆人员的动态位置和状态,避免出航班保障过程中需要大量的特种车辆和保障人员,以国现航班保障任务遗漏的情况,因此需要分配方法能够根据实内某大型机场为例,高峰时段每天起降航班7 0 0 多架次,航时的运行数据对结果快速进行
7、重新计算和分配。班保障车辆近50 0 台,保障人员超过10 0 0 人,机场的保障效国内外学者从不同的角度对航班保障资源分配问题开率会直接影响航班的准点率。因此,如何高效合理地调度各展了大量的研究。冯明端等1通过遗传算法研究了机场地种航班保障资源,成为每个大中型机场迫切需要解决的面特种设备车辆构建带有容量限制和时间窗的全种类车型问题。车辆联合调度的约束模型,并与先到先服务算法相比,明显很多机场采用传统资源调度模式,以纸笔记录方式实现减少了车辆的使用数目和行驶距离。吴枕2 根据机场保障任务分配,由于不同航班所需要的保障资源不同,以及个人车辆实际调度中的约束条件以及不同的需求建立了车辆动工作效率和
8、记忆能力的限制,随着航班量的增加,只能通过态协同调度模型,采用遗传算法对昆明长水国际机场车辆的不断增加调度人员和调度层级来解决。信息技术的不断发实际运营数据进行挖掘,实验结果表明其算法在解决航班信展为改变传统调度模式提供了机遇,由于需要根据不同的航息变化影响的问题时,能够很好地满足车辆动态调度的要空公司、航班类型、飞机型号、机位性质、车辆类型、人员资质求,降低车辆的运行成本。等条件进行分配,因而要求航班保障任务分配方法能够满足混合整数规划模型是指部分决策变量限制为整数的规基金项目:江苏省交通发展专项资金(2 0 2 1Y20)作者简介:康永(19 8 0 一),男,硕士,高级工程师,研究方向为
9、大中型企业信息化及智慧机场建设;汪福军(19 7 8 一),男,硕士,高级工程师,研究方向为智慧机场建设;沈光越(19 9 5一),男,硕士研究生,助理工程师,研究方向为企业信息化。14.Microcomputer Applications Vol.39,No.11,2023划问题,其经常被用来处理复杂网络选址、资源排班调度等可抽象为0 和1选项的场景 3。BAYLISS等 4提出了一种混合整数规划方法来安排航空公司的后备机组人员,其目标是找到在一组输人情景中最小化总体中断水平的后备人员时间表。张红颖等151按照科学合理地权衡机场各种约束限制需求,提出了优化停机位调度问题的混合整数规划模型,目
10、标是在确保航空器安全运行的前提下使得航班延误的总时间最短。根据以上研究可知,混合整数规划模型已应用在多种行业的资源调度上,但是在航班保障资源调度方面的应航班人员约束计划信息条件自自自红一一排班表自动排班排班中长期排班资源优化规划排班和调度管理是最重要的两个阶段。在规划排班阶段,需要根据航班的次日计划计算出次日需要的最少保障资源作为次日保障的最低人数,并输出次日排班表。调度管理阶段由于航班量巨大且实时变化,以人工方式很难做到最优调度,即使采用任务均衡规则也会因为特定航班特定服务而难以实现,同时为防止航班延误带来的资源分配风险,有时候可能会在最低资源基础上配置一定的余,由此需要根据实际资源重新分配
11、保障任务,能够实现根据航班运行情况动态生成保障任务,并结合当前航班保障资源分布情况进行最优分配。综上建立模型:模型一,根据航班次日计划的起降时间,以获取最小分配资源数量作为目标,具备预留好人工休息时间等约束条件;模型二目标为根据航班实际运行情况,结合现有可分配人员和已分配任务等约束条件,以分配后总体效益最大值作为目标。1.1模型一模型一核心目标为按照航班次日计划求解出所需最小航班保障资源数量以及相应的排班规则。根据航班计划推导出所有保障任务清单情况,按照任务类型和资源工作时间范围计算出所需最小资源数量和任务分配,其结果可作为次日排班计划的参考。(1)变量定义模型一的变量定义见表1,这些变量用来
12、描述模型的目标函数和约束条件,为方便计算,可以将时间类数据转化为整数类型,计算完成后再转为时间类型。基金项目用少有研究。1模型建立经与机场航班保障地面服务管理人员深入研究和探讨,梳理出机场航班保障资源管理中心整体流程,主要包括3个主要步骤:首先根据次日航班计划编排保障资源计划,并形成预排班表;其次根据航班运行情况,以特定规则进行最优化资源调度;最后由实际保障人员及时反馈任务接收和执行进度。具体流程如图1所示。规划排班调度管理资源计划资源管控计划管理决策管理报表计划规划资源预测资源预测航班信息产航班调整时刻协调任务甘特任务甘特图时间节点反馈实时派工实时任务跟踪实时任务分配图1机场资源管理中心业务
13、流程变量r任务编号,r=1,2,3,.,R力资源编号.p=1,2,3,PRBr任务r的计划开始时间RE,任务的计划结束时间PB,资源力工作开始时间PEp资源力工作结束时间PRB资源力预留休息开始时间PREp资源力预留休息结束时间决策变量,任务r是否分配给资源p,如分配为1,如不分p配为0(2)目标函数目标函数是获取所有空余时间最短,即用所有资源工作时间的总工时减去完成所有任务所需要的总工时,其函数如下:min(PE,-PB,)-(PRE,-PRB,)-(RE,-pePRB,)arp其中,所有资源工作时间的总工时,用所有资源工作时间的和减去休息时间与已接收任务时间的和:15.微型电脑应用2 0
14、2 3年第39 卷第11期任务执行终端管理执行大屏显示任务热行往务状态航班列表任务甘特员工甘特表1模型一变量定义含义工作任务/状态员工门户休假管理轮休管理rER(1)Microcomputer Applications Vol.39,No.11,2023完成所有任务所需要的总工时的计算公式为(RE,-RB,)XaVpE PrER(3)约束条件约束条件如式(4)式(9):TrpE(o,1)VrER,pEPDrm=1VpEPrERPB,RB,XapRE,XCrpPEpVrER,pEP,ap+o-(PRBpRB,XapRE,XapPRE,)VrER,pEP,arpo-(RB,X arpPRB,PRE
15、,RE,X arp)VrER,pEP,ap+(PRB,X apRB,XapRE,XarpPRE,Xa/p)VrER,rER,pEPrr,apo式(4)表示保障任务被分配情况,为1时表示任务r被分配给资源p,否则为0。式(5)表示每个保障任务必须被分配,且只能分配1次。式(6)表示分配给同一资源的所有任务的开始时间和结束时间均要求在工作时间范围内。式(7)、式(8)表示所有待分配给同一资源的任务的开始时间和结束时间不能落在休息时间的区间内,休息时间的开始时间和结束时间也不可落在待分配任务的时间区间内,须确保各时间区间相互独立,以此防止需要分配的任务和休息时间产生冲突 6 。式(9)表示所有待分配
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