一种基于非线性规划的公务机停场资源新算法

一种基于非线性规划的公务机停场资源新算法

       北京首都国际机场是国内第一大、世界第二大的枢纽机场，日均起降航班1600架次，进出港旅客约25万人次，日常运行极为繁忙，机位资源日益紧张。公务航空的迅速发展，使得在首都机场运行的客货运航班与公务航班之间的资源矛盾进一步凸显。截至2014年底，首都机场共有机位350个，其中公务机日均停场69架，同比增长13%，客货运航班日均停场280架，机位资源已达到饱和，对首都机场安全运行产生影响。

    然而在国内其他机场由于公务机运行数量较少，与客货机之间的矛盾并不突出；在欧美，虽然运行大量的公务机，但都有独立的公务机机场供其运行，像首都机场这种大型枢纽机场运行大量公务机的现象还没有先例。鉴于此，在资源紧张条件下，本文所研究的公务机停场模式，合理调整了公务机的停场规则，缓解了与客货运航班之间的矛盾，消除了运行安全隐患．对首都机场安全高效运行具有重要意义，同时也对同行业其它机场起到一定借鉴作用。

1研究方法和数据

1.1研究方法

    本文采用非线性规划的方法进行研究，具有非线性约束条件或目标函数的数学规划，是运筹学的一个重要分支。非线性规划研究一个n元实函数在一组等式或不等式的约束条件下的极值问题，且目标函数和约束条件至少有一个是未知量的非线性函数。

    本文采用的模型如下。

    目标函数：非基地公司调机比例DB达到最小

限定条件：

1.2数据

本文采用的数据为首都机场2014年全年公务机的运行数据，数据包括计划进港时间、实际进港时间、计划出港时间、实际出港时间、机号、航班号、任务性质和公司等公务机进离港数据，该数据根据机号将进离港的航班进行了严格配对，详细记录了每一架停场的公务机信息。本文根据研究需要，将样本数据进行了分类处理，将公司分为基地与非基地公司，得到样本数据如表1。

表2给出了进港架次的描述统计，可以看出基地公务机公司进港架次的波动性较小，而非基地公务机公司的波动性较大，受特殊情况影响较大。

2结果分析

    将数据代入，利用matlab语言编程，得到基地和非基地公务机公司停场时长都不足一天，考虑到实际运行情况，认为该结果不可靠。

    通过仔细研究，可以看出，北京作为我国的首都，是经济、文化、政治的中心，每年都会举行各种大型活动，而首都机场作为北京的国门，承担着参加这些大型活动贵宾抵离的保障任务，仅2014年11月9日APEC会议期间单日进港的公务机数量就为59架次，单日进港就已经超出了首都机场公务机机位53个的上限。

考虑到北京作为中国的首都，各种大型活动会造成公务机集中进出港的问题，因此本文将时期分为普通时期和特殊时期，特殊时期指大型活动期间和春节期间，普通时期是指除特殊时期外的时期，详细情况如下表3所示。

2.1普通时期

为了保证本文的分析满足实际运行情况，本文将特殊时期进港的公务机架次用平均架次代替，当特殊时期的公务机停场量超容或不足时，启动超容预警方案或延时停场方案。这样得到的结果如表4。

按照上述模型计算出的最优结果，对已执行公务航班数据进行模拟仿真，如图1所示，较好地控制了公务机停场量，模型取得了成功。

    实际执行中，以月度为单位，结合公务机航班同比增长的预期，每月动态调整N、TA、TB最优值，以达到机位利用率最大化、调机比例最小化的目的。

2.2特殊时期

    (1)超容预警方案

    针对大型活动产生的公务机集中进港情况，采用超容预警方案，具体如下：当因大型活动产生大量公务机进港时，若预计机位需求出现缺口时，首都机场将发布机位超容预警，已停场公务机需轮流调机出港，以满足大型活动对机位的需求。以APEC会议为例，APEC会议期间进港的公务机如表5。

由表5可以看出，APEC会议期间如果按照上文计算的停场时间执行，11月9日会出现严重超容现象，因此，首都机场在11月6日发出超容预警，协定非基地公务机公司在II月9日前调机出港超容量13架次。

    (2)延时停场方案

    针对公务机进港量少、机位出现较多空余的情况，为提高机位利用率，减少公务机调机成本，采用延时停场方案。以春节期间为例，春节期间进港的公务机如表6所示。

由表6可知，如果春节期间仍按照上文计算的停场时间执行，春节期间会出现大量的机位空余，因此，在首都机场预测未来48小时内机位有空余情况下，公务机公司可向首都机场提出延时停场申请，首都机场根据公务机公司运行情况予以审批，以减少调机次数，减少公务机运营成本，提高机位利用率。

3结论

本文采用北京首都国际机场2014年公务机运行的数据，基于非线性规划的方法对首都机场公务机停场资源的算法进行了研究。在区分基地公务机、非基地公务机和普通时期、特殊时期的基础上，抽取了数学模型，给出了在普通时期，基地公务机、非基地公务机最优停场时限的计算方法；以及在特殊时期，需要实施的超容预警方案（大型活动期间）和延时停场方案（停场量较少期间），该模式自2015年5月1日在首都机场正式实施以来，首都机场公务机机位占用率控制在85-95%左右，较好地实现了公务机停场量可控及运营成本最小的目的。

4【摘要】

本文通过非线性规划的算法研究了北京首都国际机场的公务机停场问题，将公务机停场模型根据基地公务机公司和非基地公务机公司停场模式不同进行分类研究，并按照普通时期和特殊时期分开进行研究。得出在普通时期，基地公务机、非基地公务机最优停场时限的计算方法；在特殊时期，通过实施超容预警方案和延时停场方案使公务机停场量保持可控。本文对缓解首都机场机位资源紧张具有重要意义，同时也对同行业其它机场起到一定借鉴作用。