毕业设计（论文）基于规则的启发式搜索算法在飞机除冰调度中的应用.doc

基于规则的启发式搜索算法在飞机除冰调度中的应用飞机除冰调度问题是影响民航飞机运行安全以及冬季航班正点率的重要因素之一，其解决的好坏直接影响到机场以及航空公司的安全和效益，在目前信息化的大背景下，如何使用适合的算法来实现飞机除冰调度的计算机化，进行调度问题的优化研究，具有重要的实际应用价值。基于规则的启发式搜索算法引入飞机除冰调度问题的研究中，通过对实际除冰调度业务流程进行研究，分析需要考虑的约束条件，建立启发式规则，然后根据规则设计了启发式搜索算法，另外，设计了对于飞机除冰调度问题的最基本的FCFS算法，最后对两种算法进行了实现和实例测试以及结果的对比分析，实例计算的结果表明基于规则的启发式算法具有一定的优势是可行的随着我国民航快速发展，如何保证飞机的运行安全和效率已经成为我国民航，发展过程中必须解决的关键问题，其中，飞机除冰是影响民航飞机冬季运行安全和效率的关键因素之一，在冰雪天气中，附着在飞机表面的冰，雪，霜，等污染物会直接导致飞机空气动力学，等特性的改变，成为造成空难的主要原因之一。飞机除冰过程是高度动态环境下具有，强耦合的复杂系统，飞机除冰过程调度问题是一类典型的不完整信息条件下动态资源调度问题，存在环境变化和不完整信息条件下的资源调度问题一直是学术界的研究热点，形成了若干理论研究成果，并有着广泛的应用，而分布式人工智能，尤其是多agent技术在解决这个方面问题有着很大的优越性，Agent技术是人工智能和计算机科学领域内新兴的研究热点，自治agent和多agent系统为复杂系统的分析，设计和实现提供了新的思路，由于多agent具有并行性，适应性，开放性等特点，利用多agent系统的协调理论可望有效的协调飞机飞机除冰调度中不同的agent利益冲突，在获得全局最优调度方案的同时兼顾不同航空公司的主体利益，将多agent理论和技术引入到飞机除冰动态资源调度系统中，首先根据飞机除冰调度过程的业务特点，采用多agent技术构建飞机除冰调度模型，对多agent个体进行分配与结构设计，明确各个agent的任务与功能，其次，由于在多agent系统中，agent间的协调是与其他相关研究领域区别开来的关键性概念之一，因此重点研究了飞机除冰动态资源调度系统中不同agent之间的冲突解决与协商机制，并建立协作模型和求解过程，最后选用 实际数据进行仿真实验，与首都机场的实际调度系统进行比较，验证协作模型的实际效果随着民航运输业的发展，民航大型机场航班的起降架次增长迅速，因此需要建立基于集中除冰坪的飞机除冰系统，就机场集中除冰的实际工作情况，给出了集中飞机除冰中除冰车辆调度的问题的数学模型，并结合蚂蚁算法对次问题进行了分析和探索，验证了蚂蚁算法在解决此类问题过程中的优势，优化了飞机集中除冰策略的调度问题。随着我国民航机场规模的扩大和旅客运输量的增加，如何提高民航飞机运行安全和运行效率已经成为我国民航发展中必须解决的问题，近年来，航空器除雪，问题已经酿成多起空难，并成为冬季影响航班正点率的重要因素致意，在飞机除冰设备改造更新完成后，如何对飞机除冰过程进行科学合理的调度和规划，成为提高飞机除冰质量和效率的关键问题，对具有多块除冰坪条件下机场除冰服务资源调度问题进行深入分析研究，以期最大限度提高机场除冰服务资源调度的质量和效率，首先描述机场除冰方式的现状，与关键流程，然后归纳总结了除冰服务资源调度建模的考虑因素，其次对除冰服务资源调度的约束条件和优化目标进行了分类和总结，建立了一个以所有需要除冰服务的航班总延误时间最短和延误时间较均衡为目标的机场除冰服务资源调度模型，然后，为此，模型设计了遗传算法，实例说明了这个算法可以在规定的迭代次数内找到可行的较优解。飞机除冰地面运行过程：航空公司排班，除冰申请，旅客登机，飞机离桥，除冰作业，除冰作业完成后进入跑道起飞，地面服务公司配给除冰车辆协同飞机到除 冰区除冰，除冰作业完成之后跑道起飞，除冰时间，除冰完成等待检查时间，以及检查时间，机场飞机除冰系统根据跑道分布情况，在机场范围内包含若干飞机除冰坪，一般每条跑道的端头各有一个除冰坪，除冰坪上的主要设备包括，飞机除冰液加注单元，飞机除冰车以及其他飞机地面支持设备等，飞机除冰作业之后需要在除冰坪上等待起飞，故有除冰坪等待起飞时间，以及跑道滑行时间，在这些总时间之和必须小于除冰液保持时间，即满足约束条件冰雪天气导致空难发生飞机延误Deicing Control飞机表面的主要部分如 机翼，发动机等部位有霜，结冰，积雪，禁止任何人指挥或者尝试飞机起飞，飞行器干净是飞机冬季安全飞行的核心理念，在所有航空运行中，首席飞行员对飞机是否适合安全飞行负有全责，然而相关机组成员，地服工作人员，以及其他运行工作人员应对飞机霜冻附着物向飞行员及时准确的汇报除冰定义，除去阻碍安全飞行的飞机表面的霜，冰，积雪，等附着物以使飞机干净可安全飞行的过程飞机除冰程序就是在限定的时间内阻止霜，冰及雪在飞机表面的形成与积累除冰方法1- 红外线除冰2- 气喷式除冰3- 除冰液除冰除冰作业地点4- 除冰坪定点除冰作业5- 机位除冰作业6- 其他指点地点的定点除冰定点除冰作业Remote / Apron Deicing1- 定点除冰作业接近跑道2- 便于航空器及时起飞，避免第二次除冰3- 易于回收除冰液，有利于环境保护4- 属非拥挤区域，易于操控飞机除冰作业过程5- 减轻机位的拥挤，为到港航班提供机位资源（在某些情况下，需要从定点除冰坪返回机位，在排队等候过程中，飞行器除冰更容易受影响）机位除冰 gate deicing在停机位进行除冰作业等待除冰时间短到跑道时间长，容易导致需要二次除冰机位通常拥挤，不便于除冰作业容易造成地面车辆事故会污染登机桥偏远的除冰区域Remote Deicing Areas机位外的定点除冰区货运区域Ron停机坪/益出气象条件除冰设备性能 以及容量大小除冰液类型Types of Deice Fluid乙烯乙二醇丙烯乙二醇（常用）除冰方式：类型1：除冰液低黏度，较薄，低附着，较短时间处理类型2，适用于大型飞机，除冰液较慢的挥发类型3，介乎1和2之间的方法，主要用于矮小型的飞机地区以及商用市场类型4，必须是先进行一次除冰的情况下进行，除冰液同第2类型的黏着度，提供更厂时间的效用，必须是3分钟内 先使用第1类型的除冰液处理，为了适当的保护飞机，除冰液的浓度控制在1-3mm量此类型的除冰液比较浓稠，1升/m2有效时间holdover time类型1和4的除冰液有效时间较短除冰液的效用取决于霜，冰等的类型霜，冰的量室外温度不同前期情况下除冰后可持续大致时间表不同天气下有效时间表（除冰液浓度）除冰坪deicing pad首都机场航空器除冰方式有两种：机位除冰和定点除冰，本场降雪，9日22:46-10日6:00，启动机位除冰模式；10日：06:00-15:45，启动定点除冰模式，进行定点除冰保障270架次。飞机为什么要除冰？一、冰、雪、霜不利于飞机起飞飞机起飞是靠机翼在空气中相对运动形成的升力，飞机在达到一定的速度后机翼会产生上浮的升力，升力的大小依机翼的形状而变化，所以飞机起飞时机翼表面不能有任何附着物，如果这时机翼表面有积雪或积冰，气流则容易分离，飞机在空气中漂浮所需要的升力就会降低，而且机翼积冰有可能妨碍飞机的操纵系统，即便飞机飞起来也会处于不稳定状态，给飞行带来安全隐患。二、冰、雪、霜对飞机飞行有严重影响。1、附着在飞机表面的冰、雪、霜会严重影响飞机的空气动力效果和操纵性能；2、飞机所有进气口处的冰、雪、霜会造成飞机系统、发动机或部件工作的不正常，机身外部的机长空速管或静压探口如果发生堵塞或变形还会导致飞行数据错误；3、附着在飞机表面上的冰、雪不但会增加飞机的重量和阻力，降低飞机的升力，而且机身上的透明冰脱落还会使飞机机体或发动机受损。航空史上曾经有过飞机起飞后因机翼上松动的透明冰滑落至发动机内造成发动机风扇损坏，并最终导致飞机坠毁的惨剧。冰车52辆，除冰液罐车15辆，对机身和跑道实施扫除冰雪作业。机场比往年多投入了近30辆除冰车，效率由往年的每小时30架次提高一倍，接近每分钟1架次。首都机场还每隔10分钟用中英文广播一次最新航班信息，并在旅客服务中心发放航班延误常识手册和提示卡，向旅客告知航班延误、取消后的机票变更及退票须知。地点：T3航站楼停机坪上，两辆除冰车开至两架飞机的机尾，工作人员开始对飞机尾翼除冰。首都机场相关负责人介绍，除冰作业中，积雪的飞机，类似于接受了一次“洗车”。除冰车辆向机身喷除冰液和防冻液，在吹洗积雪的同时，保护机身在30分钟内不结冰。昨日，首都机场每架飞机都接受了这样的除冰，机场也首开先河对这一过程进行了视频直播。在候机楼2层的3块大屏幕，和各登机口的液晶显示屏上，旅客均可同步收看这一过程。同时，视频下方还有滚动字幕提示航班信息。首都机场航站楼东区管理部值班经理刘裕滨介绍，视频直播意在让旅客及时了解自己航班的情况，缓解他们等待过程中的焦躁情绪。中国民航报、中国民航新闻信息网 记者吴晓莉 通讯员刘红艳报道：2011年2月10日，北京迎来久违的降雪。雪情就是命令！随着首都机场定点除冰保障方案的启动，凌晨5：00北京空港航空地面服务有限公司(以下简称"BGS")的除冰雪工作人员就开始集结。5：20分，除冰人员分四个中队分赴所在定点除冰位，6：00分，38辆除冰车、12辆储液车、150位工作人员全部达到指定地点，并做好各项准备工作。BGS员工正在为A380进行除冰作业 李明明摄与除冰工作启动同时，公司领导第一时间赶到运行一线，视察除冰车辆、设备、人员的准备情况，询问现场人员早餐、饮用水的安排，提醒注意事项，并重点要求全体人员务必服从首都机场除冰保障工作大局，服从除冰总指挥中心的各项要求。BGS员工正在为A380进行除冰作业 李明明摄为了备战2010-2011年冬春雪天航班运行保障，BGS从2010年6月就全面启动准备工作。主动承担起首都机场27辆新购置除冰车的运行保障工作，成立除冰领导小组，下设物资验收、人力筹备、市场客户、维修保障和除冰操作等5个项目小组。明确各部门经理为除冰运行保障第一责任人，各党支部书记为除冰人员保障第一责任人。制定除防冰运行手册和除冰工作倒推时间表，细化21项准备工作，定期开展业务培训、实战演练，确保除冰工作涉及的人、财、物全面到位。高度的重视、高效的组织以及始终不变的大局观、全局性，为BGS打赢首场除冰仗奠定了扎实的基础。BGS员工正在为澳门航空公司航班进行除冰作业 李明明摄BGS相关负责人告诉记者，与往年不同，充足的除冰车辆、设备和人员，为高效除冰提供了切实保障，"目前BGS的除冰能力占整个首都机场除冰能力的60-70%。"该负责人说。每个除冰车都有一名司机、一名负责除冰操作的吊篮操作人员，以及负责引导和指挥车辆的地面监护员。按照每个航空器由2-4辆除冰车同时作业的配置，一架飞机的除冰少则7人、多则14人共同保障。2月10日清晨7：00点，各定点除冰位的除冰雪工作全面展开。航空器进入除冰位，操作人员进入吊篮，地面监护人员谨慎地引导除冰车，根据机型和除冰车数量的不同，采取不同的除冰路线展开作业。引导入位、实施除冰、信息报告、航空器出港、除冰车加液、现场工作交接、特殊情况处理，每一项操作都有科学、严格的程序作为依据。最为壮观的是为航空"巨无霸"A380进行除冰操作。6辆除冰车同时作业，极限高度达到24米，对作业人员无疑又是一次宝贵经验的积累。在除冰作业时，由于一些老式除冰车没有防护玻璃，遇到逆风方向，喷出去的除冰液打在机身上，又会随风反向飘洒到除冰人员的身上、头上、脸上，小伙子们用围巾裹住口鼻，毫不犹豫地继续干活。而新式除冰车虽然有玻璃密闭防护，但是呆在一个狭小的空间，一边要喷洒除防冰液，一边要通过耳麦指挥司机进退转向，连续完成两个飞机作业后，工作人员就一身大汗。趁航空器推出与入位的间隙，小伙子们就出来透透气、晾晾汗。而站在地面的监护人员，也是不断接受从上空洒落的除防冰液的"洗礼"。虽然BGS有自己的代理航空公司，但是在首都机场冰雪天气保障的大局下，公司做到了不计你我，给每一架飞机以最认真、负责的操作。由于不同的航空公司对除冰的要求不尽相同，除冰工作人员就认真与相关公司及其代理进行沟通，既确保飞行安全，又保证满足不同公司的要求。从凌晨到傍晚5点，BGS完成出港航班除防冰操作156班，其自身代理的21个国际航班全部操作正常、出港起飞。1.1 除冰液的种类     目前通常使用的除冰液种类包括：     （1）热水；     （2）I型除冰液；     （3）水和I型除冰液的混合液；     （4）水和II型防冰液的混合液。     注：没有稀释的II型防冰液通常不作为除冰液使用。 1.2 防冰液的种类     目前通常使用的除冰液种类包括：     （1）I型除冰液；     （2）水和I型除冰液的混合液；     （3）II型防冰液；     （4）水和II型防冰液的混合液。     注：当I型除冰液做防冰目的使用时，效果有限，得到的保持时间很短。为了取得最佳的防冰效果，可使用稀释的II型防冰液。 2除冰/防冰代码     除冰/防冰使用的代码规则如下：     “I型除冰液”表示使用I型除冰液；     “II型防冰液100”表示使用100%的II型防冰液;     “II型防冰液75/25”表示使用75%容积的II型防冰液于25%容积的水混合液;     “II型防冰液50/50”表示使用50%容积的II型防冰液于50%容积的水混合液; GROUND DEICING AND ANTI-ICING PROGRAM地面除防冰大纲(5)时间:2010-10-20 11:08来源:蓝天飞行翻译 作者:admin 点击: 171次(1) Before commencing deicing/anti-icing operations, ground personnel and the flightcrew should review the following (as applicable):Page 8 Par 612/20/04 AC 120-60B(a) Deicing/anti-icing prior to crew arrival.(b) Gate or remote deicing/anti-icing procedures.(c) Aircraft-specific procedures.(d) Communications between ground personnel and the flightcrew.(2) Just before commencing the application of deicing/anti-icing fluid, ground personnel should confirm with the flightcrew that the aircraft is properly configured for deicing, as follows:Example: “Captain, is your aircraft ready for deicing/anti-icing?”(3) Upon completion of deicing/anti-icing, provide the flightcrew with the following elements:A: Fluid type (e.g., Type I, Type II, Type III or Type IV) Fluid product name optional for each type of fluid if fluid meets product on-wing viscosity requirements.B: Fluid/water mix ratio by volume of Types II, III, and IV. Reporting the concentration of Type I fluid is not required.C: Specify, in local time (hours and minutes) the beginning of the final fluid application (e.g. 1330).D: Post application check accomplished. Specify date (day, written month, year).NOTE: Element D is required for recordkeeping, optional for crew notification.NOTE: Transmission of elements A-C to the flightcrew confirms that a post deicing/anti-icing check was completed and the aircraft is clean.Examples of the ground/flightcrew communication sequence for the one and two-step processes follow:One Step Process with Type I or other approved deicing fluid: “Captain, I am your designated deicer. Your aircraft has been deiced with Type I fluid. Your fluid application began at 1430.”Two Step Process with Types II, III, or IV: Captain, I am your designated deicer. Your aircraft has been deiced with Type I fluid and anti-iced with Type IV. An anti-ice fluid mixture of 75 was used. Your anti-ice fluid application began at 1645.g. Initial/Recurrent Ground Training and Qualification. Per section 121.629(c)(2), only exclusively trained and qualified personnel may carry out deicing/anti-icing procedures.(1) Each certificate holders approved program must consist of the following:Par 6 Page 9AC 120-60B 12/20/04(a) Certificate holders must conduct initial and annual recurrent training for flightcrews, dispatchers, and ground personnel and should ensure that all such crews obtain and retain a thorough knowledge of aircraft ground deicing/anti-icing policies and procedures, including required procedures and lessons learned.(b) Flightcrew, dispatcher, and ground personnel training programs must include a detailed description of initial and annual recurrent ground training and qualification concerning the specific requirements of the program and the duties, responsibilities, and functions detailed in the program.(c) Flightcrew, dispatcher, and ground personnel training programs should have a Quality Assurance Program to monitor and maintain a high level of competence. An ongoing review plan is advisable to evaluate the effectiveness of the deicing/anti-icing training received.(d) The program should have a tracking system that records all required personnel have been satisfactorily trained. Certificate holders shall maintain records of personnel training and qualification (see Appendix 2) for proof of qualification.(e) Personnel must be able to adequately read, speak, and understand English in order to follow written and oral procedures applicable to the deicing/anti-icing program.(f) When the anti-icing fluids are used, the flightcrews should be made aware of any unusual flying qualities, such as the need for additional takeoff rotation stick-force.(2) Certificate holders should train and qualify flightcrew, dispatcher, and ground personnel on at least the following subjects, identified as Flightcrew (F), Dispatcher (D), or Ground Personnel (G):(a) Effects of Frozen Contaminants on Aircraft Surfaces. Provide an understanding of the critical effect the presence of minute amounts of frost, ice, or snow has on flight surfaces. This discussion should include, but is not limited to:1 Loss of lift.2 Increased drag and weight.3 Decreased control.4 Tendency for rapid pitch-up and roll-off during rotation (F/D only).5 Stall occurs at lower-than-normal angle of attack (F/D only).6 Buffet or stall occurs before activation of stall warning (F/D only).7 Aircraft specific areas:Page 10 Par 612/20/04 AC 120-60B(aa) Engine foreign object damage potential.(bb) Ram air intakes.(cc) Instrument pickup points.(dd) Leading edge device (LED) aircraft (aircraft that have slats or leading edge flaps) and non-LED aircraft.(ee) Airworthiness Directives/Specific inspections.(ff) Winglets.(b) Aircraft Ground Icing Conditions. Describe conditions that cause implementation of deicing/anti-icing procedures (F/D/G). 有疑问时. 小型和大型飞机 飞机临界表面 污染培训 空勤人员和Groundcrew 第七版 2004年12月 如果有疑问乧总磷10643E 2 如何使用本手册 本手册已组织中的篇章，摘要格式书写。与那些在回顾总结在本章的最后一章的某些每个主题都涉及。 该手册分为两部分：第一部分为空勤人员和groundcrew;地面部分船员2的其他信息。最后一章中包含的问题，任何营办商可利用其地面结冰方案审查。每个问题的参考答案，以协助上市。在缓缴表（热）列入附录是专为与试题使用，不得用于操作。加拿大运输部联系，从设在本文档后面的最新的热门的地址。 警告 这是本手册中使用，并且项目，这将导致：设备损坏，人身伤害和/或生命损失，如果不认真遵守。 注意事项 这是本手册中使用，并且项目，这可能导致：设备损坏，人身伤害或生命损失，如果不认真遵守。 注释 这些是为了进一步的详细解释和澄清放大的重要信息项。 应 意味着它是明智的建议的后续活动，流程或做法。 必须 意味着建议活动，流程或做法需要遵循，因为存在重大安全隐患。 意见或建议，就应交由本刊物： 加拿大运输部 市政厅广场C座 通用航空（AARRF） 渥太华，安大略省，加拿大 K1A 0N8 电话：（613）990-1008 第1部分：空勤人员和Groundcrew训练 如果有疑问乧总磷10643E 第3章除冰/防冰液. . 27 除冰和防冰飞机. . 27 SAE的I型液体（橙色). . 31 SAE的II型液体（透明或浅草). . 31 III型流体（待定). . 32 SAE的IV型液体（翡翠绿). . 32 空气动力学. . . 33 高速试验. . . 33 低速试验. . . 33 冰点. . . 34 合格的流体. . . 34 如果有疑问乧总磷10643E 6 平板显示温度缓冲. . 34 最低温度作战使用的类型一，二，三，及静脉输液. 35 II型和IV型液体干涸. . 35 总结第3章. . . 37 第4章的预防措施和除冰程序. 39 飞机棚. . . 39 鞘翅. . . 39 手工方法. . .40 扫帚. . . 41 铲运机. . . 41 绳索. . . 41 便携式强迫空气加热器. . 42 手动喷雾器. . . 42 除冰和防冰的机身. . 43 除冰发动机区域. . 46 地面除冰/防冰与主发动机和/或运行辅助动力装置. 47 中央和远程除冰. . 47 变量可以影响缓缴时间. . 48 足够的准备时间. . 49 重要资料交换前除冰/防冰液的应用. . . 49 前德/防冰. . . 50 最后防冻液应用程序启动时间. . 50 沟通，试点问题. . 50 飞机对准在除冰. . 51 邮政德/防冰. . . 51 离境的通知机组人员. .