军事物流中民用机场ASA问题研究

第１４卷第９期　２０１２年９月　军事交通学院学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏｌ｜１４　Ｎｏ．９　

Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　２０１２　

●军事物流Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　军事物流中民用机场ＡＳＡ问题研究　罗　雷　，常　刚　，李　健　，刘臣杰　（１．军事交通学院军事交通系，天津３００１６１；２．驻青岛铁路军事代表办事处，山东青岛，２６６７００）　

摘　要：应急军事物流中，民用机场停机位优化分配的目的是根据航空军事运输任务的轻重缓急，　合理为航班安排停机位，优化该问题是提高我军大规模应急航空军事运输快速性、安全性、高效性　的重要手段。通过分析建立模型，并以汶川抗震救灾任务为具体实例，分析机位分配方案。结果表　明，军运飞机优先度越大，其平均延误代价越小。　关键词：民航机场；应急投送；停机位分配　中图分类号：Ｅ２５８　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４—２１９２（２０１２）０９—００５８—０６　

Ｏｎ　ＡＳＡ　Ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ａｉｒｐｏｒｔ　ｉｎ　Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　Ｌｕｏ　Ｌｅｉ　，Ｃｈａｎｇ　Ｇａｎｇ　，Ｌｉ　Ｊｉａｎ　，Ｌｉｕ　Ｃｈｅｎｊｉｅ　（１．Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００１６１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｉｎ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６７００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆ　ＡＳＡ　ｉｎ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｍｉｌｉｔａｒｙ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｉｓ　ａｒｒａｎｇｉｎｇ　ｇａｔｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ｐｒｉｏｒｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｌｉｔａｒｙ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｍｉｓｓｉｏｎ；ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｗａｙ　ｔｏ　ｈｅｌｐ　ａｒｍｙ　ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｍｉｌ—　ｉｔａｒｙ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ｆａｓｔ，ｓａｆｅ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ａ　ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　ＡＳＡ　ｗｉｔｈ　Ｗｅｎｃｈｕａｎ　ａｎｔｉ—ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ　ｒｅｌｉｅｆ　ｍｉｓｓｉｏｎ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈｅ　ｍｏｒｅ　ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ　ｍｉｌｉｔａｒｙ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　ａｉｒｐｌａｎｅ　ｈａｓ，ｔｈｅ　ｓｍａｌｌｅｒ　ａｖｅｒａｇｅ　ｄｅｌａｙｓ　ｐｒｉｃｅ　ｉｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｉｖｉｌ　ａｉｒｐｏｒｔ；ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ　ｐｒｏｊｅｃｔ；ＡＳＡ　

航空军事运输是军事物流体系的重要组成部　分，在应对作战、战备、抢险救灾等紧急任务而组　织实施的应急投送中具有重要地位和作用。在紧　急情况下，机场停机位属于有限资源，需要对其分　配问题进行优化，以充分利用机场的保障能力。　应急军事物流中民用机场停机位分配问题，是要　解决如何根据航空军事运输任务的轻重缓急，合　理安排航班停机位的问题，该问题的优化是提高　我军大规模应急航空军事运输快速性、安全性、高　收稿日期：２０１２—０５—１５；修回日期：２０１２—０６—１９　作者简介：罗雷（１９８６一），男，硕士，助教．　效性的重要手段。所谓停机位分配（ａｉｒｃｒａｆｔ　ｓｔａｎｄ　ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ，ＡＳＡ），就是在满足一定的约束条件和　目标要求的前提下，为执行每个航班的飞机分配　适当停机位的过程¨　。优化民用机场停机位分配　的目的是在兼顾单架军运飞机重要程度的同时，　充分利用民用机场现有停机位，使得执行军运任　务的所有航班的综合代价（航班延误代价与机位　使用匀衡性代价之和）最小，进一步提高部队航空　应急投送运行组织效率，为完成应急军运任务争　２０１２年９月　罗雷等：军事物流中民用机场ＡＳＡ问题研究　５９　得宝贵时间。　１　应急军事物流中民用机场ＡＳＡ模　型建立与算法选取　

１．１　模型假设　建模本身就是对实际过程的一种抽象描述。　为了使得模型既能刻画所研究问题的本质，又便　于讨论和处理，同时也为了进一步明确求解问题　的条件，这里通过引进假设条件的方式，对实际　ＡＳＡ过程进行必要的简化、规范和抽象。现就该　模型提出３个方面假设。　１．１．１　有限时段假设　由于停机位分配具有延续性，不存在明确的　初始状态和终止状态。但在确定的考察时段内，　停机位分配所涉及的状态是有限的，并且存在最　优解，为此，引进有限时段假设　Ｊ：　１）对停机位分配问题进行分段考察，将无限　离散系统转化为有限离散系统，并认为每个有限　系统的最优解的集合构成全局的满意解。　２）考察时段定为一个时间窗，前一个时间窗　结束时的停机位分配状态构成当前时间窗停机位　分配的初始条件。　１．１．２容量满足假设　假设机场的航班量和时间分布保持在机场容　量许可的范围内，也就是说机场所具有的包括停　机位在内的设施设备资源足够为当日航班提供保　障服务。对于停机位分配来说，总可以为任一个　航班分配一个合适的停机位，尽管这次停机位分　配不一定是最优的，但肯定是可行的。　１．１．３　信息完备性假设　假设在每个工作时段开始以前，当日停机位　分配决策所必须的基本信息是完备的、确定的和　已知的。　１．２　模型建立　根据以上假设，以机位使用空闲时间均衡为　优化目标，可以很好地避免部分机位使用过于频　繁，提高了机场机位资源的利用率。但是可能会　因为机位资源紧张而导致航班等待延误时间增　加，由此得出本文的机位分配模型。　１．２．１　模型的目标函数　

ｍ１．ｎ　‘‘ｓ　一　（．１）【　）　【∑∑Ａ　ｉ∈州ＥＭ　

式中：Ⅳ为航班数；Ｍ为停机位数；Ｐ　为军运飞机　起降优先度；Ｓｑ为航班实际到达机位的时间；Ｈ　为　航班计划到达机位的时间；Ａ　第ｉ架航班到达第　个停机位时，该停机位的空闲时间。前者表示要　在兼顾军运飞机优先度的前提下，使得所有航班　延误代价总和最小；后者表示使各机位的使用时　间相对均衡，提高机位的使用率，避免优势机位过　度使用造成航班延误。　１．２．２　模型的约束函数　１）每个航班必须且仅能分配到１个停机位，即　Ｍ　∑ｙ　＝１　１≤　≤Ｎ　（２）　

ｆ１　当且仅当航班ｉ被分配到停机位　时　【０　否则　（３）　２）独占性要求，即同一时间、同一个停机位不　能分配给１个以上的航班。可以采用以下方式来　满足该约束：对于停机位　，分配到其中的每个航　班的前后均最多只有１个航班，即　Ⅳ　Ｙ　ｆ＝，　１≤ｉ≤Ⅳ，１≤　≤朋　（４）　

Ⅳ　Ｙ　＝　ｚ讲１≤ｆ≤Ｎ，１≤　≤Ｍ　（５）　

，１　当且仅当航班ｉ和航班Ｚ被分配到停机　ｚ讲＝｛　位，而且航班ｉ是航班ｚ的直接前驱航班　【０　否则　（６）　３）航班ｉ停靠机位．　的时间不得小于本次航　班的作业时间，即　

一．ｓ　≥ｄ　１≤ｉ≤Ｎ，１≤　≤Ｍ　（７）　式中：　为航班ｉ的离开机位　时间；ｄｑ为第　个航　班在第　个机位进行一次完整作业所需的最少时　间。　４）同一机位相邻航班使用时，必须留有足够　的缓冲时间ＡＴ，即　＋△　一ＳⅡ≤０　Ｖ（ｉ，　，ｚ）∈｛（ｉ，Ｊ，ｚ）ＩＳ　ｆ＜Ｓｆ　（８）　式中：△　为２架航班使用同一机位的最小时间间　隔（最小缓冲时间）。虽然，不同的航班类型使用　同一机位的最小时间间隔可能会发生变化，但这　里取的是最大值ＡＴ＝２　ｍｉｎ，来保证实际操作的安　全性。　５）停机位类型与航班机型匹配性要求。根据　分析，建立匹配性约束函数为　军事交通学院学报　第ｌ４卷第９期　×（Ｇｆ—Ｑ　）＞０　１≤ｉ≤Ｎ　（９）　式中：Ｇ　为机位的大小，即Ｇ　＝１，２，３，４，５，６分别　表示机位类型Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ；Ｑ　为航班的大小，　即ｑ　＝１，２，３，４，５，６分别表示航班类型Ａ，Ｂ，Ｃ，　Ｄ，Ｅ，Ｆ。　６）因主要考虑停机位资源紧张导致延误代价　的问题，因此航班ｉ的实际到达机位　时间Ｒ　正点　或晚于航班ｉ预计到达机位　时间Ｅ　即　Ｓ　一Ｈ　ｉ＞０　１≤ｉ≤Ｎ，１≤Ｊ．≤Ｍ　（１０）　７）机位均衡时间计算。　Ａ　：Ｓｆｆ—Ｌ　ｆ　Ｖ（ｉ，　，ｆ）∈｛（ｉ，　，ｆ）ｌＳ　＜Ｓ“｝　（１１）　Ａ０，＝Ｓ“一ＡＴｊ　ｚ＝ｍｉｎ（ｉ），　∈｛ｉ　ｌ　Ｙ　ｆ＝１｝　（１２）　Ａ（　＋１）　＝Ｅ　—Ｌｕ　ｆ＝ｍａｘ（ｉ），　∈｛ｉ　ｌ　Ｙ　＝１｝　（１３）　式中：Ａ。　为机位　在开始启用时的空闲时间；Ａｉｊ为　机位使用时的空闲时间；Ａ　川为机位　在结束使　用的空闲时间；ＡＴｊ为在时间段机位　开始启用时　间；　为在时间段机位　最后关闭时间。　１．３算法选取　遗传算法（ｇｅｎｅｔｉｃ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ＧＡ）主要特点：直　接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续　性的限定；具有内在的隐并行性和更好的全局寻　优能力；采用概率化的寻优方法，能自动获取和指　导优化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需　要确定的规则，其中，选择、交叉和变异构成了ＧＡ　的遗传操作；参数编码、初始群体的设定、适应度　函数的设计、遗传操作的设计、控制参数设定５个　要素组成了ＧＡ的核心内容。作为一种较新的全　局优化搜索算法，ＧＡ因其具有简单通用、鲁棒性　强、适于并行处理以及高效、实用等显著特　点　Ｉ４ｊ，适合本模型算法的实现。初始种群是随机　产生的，具体的产生方式依赖于编码方法。本文　采用整数编码的产生方式，用整数字符串表示一　个分配方案，适值函数为Ｆ（　）＝Ｍ一＿厂（　），Ｍ为常　数２００，交叉概率选为０．６，变异概率取为０．０１，进　化代数为８０。　２　应急军事物流中民用机场ＡＳＡ问　题算例　在汶川抗震救灾任务中，成都双流机场起降　容量平均３６４架次／天，期问还出现了７００架次／天　以上，直超限额５００架次／天，增幅巨大。目前双　流机场已有新、旧２个航站楼，均位于跑道西南　侧，１号航站楼为南北方向、卫星式结构，２号航站　楼位于东跑道西侧，为东西方向、结构为走廊式。　共有停机位７１个，其中，大型宽体机位１２个，中　型机位２４个，北停机坪停机位２１个。　本文选取汶川抗震救灾期间某Ｅｔ　１３：５０—　１５：５０时段军运飞机的航班数据进行分析，该时段　内共有１０２个航班，其中进港航班５０个，离港航　班５２个，占用停机位５０个。根据定义对其相关数　据进行规范量化，逐步确定各军运航班起降优先　度，分析机位分配结果，最后得出停机位分配方　案。　２．１　以军运飞机等待延误代价最小为目标　此时只考虑充分利用有限的机位资源，使得　所有军运航班起降等待延误代价最小，为应急军　事物流中航空军事运输提供合理的机位分配方　案。表１中分配方案即为所有军运飞机等待延误　代价，适应度为９９７．１０４时停机位分配方案中的　一种。各停机位使用时间如图１所示。　１　ｌＯ　２Ｏ　３０　４０　５０　停机位　图１　军运飞机等待延误代价最小时各机位使用时间　２．２　以民用机场机位使用均衡性为目标　此时各机位使用的空闲时间相对均衡，能很　好避免某些机位过度利用，提高各机位的利用率，　使得同一机位上某一航班延误导致下一航班延误　概率减小。表２分配方案是适应度为１．４６７　５时停　机位分配方案中的一种。总的等待延误代价为　１１４。各停机位使用时间如图２所示。　２．３　以军运飞机等待延误代价最小与机位使用　均衡性权重比为１：１为目标　表３中分配方案是适应度为１．１４４　５时停机　位分配方案中的一种。总的等待延误代价为４９。　各停机位使用时间如图３所示。