UC Santa Cruz PhD Thesis: Aircraft Push Back Scheduling Optimization

Tối ưu hóa cửa sổ thời gian đẩy máy bay dưới điều kiện bất định, cải thiện hiệu suất hoạt động sân bay.

Trường ĐH

University of California, Santa Cruz

Chuyên ngành
Computer Engineering
Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

Số trang

183

Thời gian đọc

28 phút

Lượt xem

1

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tổng quan nhanh

Chủ đề:
Tối ưu hóa đẩy lùi máy bay dưới bất định: Giảm xung đột
Số trang:
183 trang
Trường:
University of California, Santa Cruz
Chuyên ngành:
Computer Engineering
Tác giả:
Năm:

Tóm tắt nội dung luận án

I.Tối ưu hóa đẩy lùi máy bay dưới bất định Giảm xung đột

Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa cửa sổ thời gian đẩy lùi máy bay. Mục tiêu chính là giảm thiểu xung đột trên khu vực dốc sân bay. Hoạt động aircraft pushback scheduling đối mặt với nhiều bất định. Sự biến động về thời gian và quỹ đạo di chuyển là những thách thức. Một mô hình ngẫu nhiên được phát triển để mô tả quỹ đạo máy bay. Mô hình này giúp dự đoán các điểm xung đột tiềm ẩn. Các phương pháp lập kế hoạch bảo thủ được áp dụng. Việc này nhằm đảm bảo conflict-free ramp area aircraft trajectories. Nghiên cứu góp phần đáng kể vào airport surface congestion management. Nó cung cấp một khung giải pháp toàn diện cho các sân bay.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

Luận án xác định bốn mục tiêu chính. Thứ nhất, phát triển một mô hình ngẫu nhiên cho quỹ đạo máy bay ở khu vực dốc. Thứ hai, xác thực mô hình ngẫu nhiên này. Thứ ba, đề xuất một phương pháp lập kế hoạch bảo thủ. Thứ tư, tối ưu hóa các cửa sổ thời gian đẩy lùi. Các cửa sổ này phải đảm bảo quỹ đạo máy bay không xung đột. Nghiên cứu áp dụng các phương pháp này vào hoạt động sân bay Charlotte Douglas (CLT). Phạm vi nghiên cứu bao gồm từ quá trình đẩy lùi đến taxi ra khỏi khu vực dốc. Nó giải quyết triệt để sự hiện diện của bất định trong các hoạt động này.

1.2. Mô hình hóa ngẫu nhiên quỹ đạo máy bay

Một mô hình ngẫu nhiên được xây dựng để đặc trưng hóa quỹ đạo máy bay. Mô hình này tính đến sự biến động của quá trình đẩy lùi và taxi. Các quỹ đạo được lấy mẫu và các điểm xung đột tiềm ẩn được xác định. Việc xác thực mô hình ngẫu nhiên này là bước quan trọng. Nó đảm bảo độ chính xác trong việc dự đoán các tình huống thực tế. Dữ liệu thực tế từ sân bay CLT được sử dụng để tinh chỉnh mô hình. Kết quả mô hình hỗ trợ việc đưa ra các quyết định aircraft pushback scheduling hiệu quả. Mô hình cũng góp phần vào các chiến lược departure metering tối ưu.

1.3. Lập kế hoạch bảo thủ Đảm bảo an toàn

Một phương pháp lập kế hoạch bảo thủ được phát triển. Mục tiêu là đảm bảo an toàn tối đa trong các hoạt động trên bề mặt sân bay. Phương pháp này giảm thiểu rủi ro xung đột giữa các máy bay. Việc này là cần thiết do sự bất định vốn có của taxi-out time prediction. Lập kế hoạch bảo thủ cân nhắc các kịch bản xấu nhất. Nó tạo ra các cửa sổ thời gian đủ an toàn. Điều này duy trì tính toàn vẹn và hiệu quả của hoạt động sân bay. Các chiến lược an toàn như vậy là nền tảng cho runway queue management hiệu quả.

II.Mô hình hóa dữ liệu hoạt động sân bay Dự đoán thời gian taxi

Nghiên cứu áp dụng cách tiếp cận dựa trên dữ liệu. Phương pháp này đặc trưng hóa quá trình đẩy lùi và taxi. Dữ liệu thực tế được thu thập từ sân bay CLT. Phân tích thống kê chi tiết được thực hiện trên dữ liệu này. Mục tiêu là hiểu rõ phân phối thời gian. Việc này giúp cải thiện taxi-out time prediction. Thông tin này sau đó được sử dụng để xây dựng mô hình quỹ đạo. Mô hình này tích hợp sự bất định vào lập lịch. Kết quả hỗ trợ airport surface congestion management tốt hơn. Một nền tảng dữ liệu vững chắc là chìa khóa cho các giải pháp tối ưu hóa.

2.1. Phương pháp thu thập và phân tích dữ liệu

Dữ liệu được thu thập chi tiết từ hoạt động của sân bay CLT. Cụ thể, các quá trình đẩy lùi (pushback) và taxi trong khu vực dốc được ghi lại. Dữ liệu thô sau đó được xử lý. Các biểu đồ tần suất (histograms) minh họa thời gian thực hiện mỗi quá trình. Dữ liệu bao gồm các cổng khác nhau và được thu thập trong nhiều ngày. Cách tiếp cận này cung cấp một cái nhìn sâu sắc. Nó là nền tảng cho aircraft pushback scheduling dựa trên bằng chứng. Phương pháp này đảm bảo tính toàn diện của bộ dữ liệu.

2.2. Kiểm tra thống kê phân phối thời gian

Các phân phối thời gian một chiều được kiểm tra thống kê. Các bài kiểm tra này đánh giá mức độ phù hợp của các phân phối lý thuyết. Đặc biệt, phân phối Gamma và Log-normal được xem xét. Việc này đảm bảo rằng các mô hình toán học phản ánh chính xác dữ liệu thực tế. Kết quả kiểm tra thống kê xác nhận tính hợp lệ của các phân phối được chọn. Phân phối chính xác là yếu tố then chốt. Nó cần thiết cho taxi-out time prediction đáng tin cậy. Các phân tích này củng cố cơ sở cho mô hình hóa ngẫu nhiên.

2.3. Quỹ đạo và phân bố xung đột mẫu

Từ mô hình ngẫu nhiên đã được xác thực, các quỹ đạo mẫu được tạo ra. Các quỹ đạo này cho phép xác định các điểm xung đột tiềm năng. Phân bố xung đột hai chiều cũng được kiểm tra thống kê. Hiểu biết về các phân bố này là rất quan trọng. Nó giúp đảm bảo conflict-free ramp area aircraft trajectories. Dữ liệu về quỹ đạo và xung đột mẫu cung cấp thông tin quý giá. Thông tin này hỗ trợ phát triển các hệ thống departure metering hiệu quả. Chúng là cơ sở để thiết kế các chiến lược giảm thiểu rủi ro.

III.Lập lịch đẩy lùi máy bay MILP cho cửa sổ thời gian tối ưu

Nghiên cứu sử dụng Chương trình Tuyến tính Số nguyên Hỗn hợp (MILP). MILP là công cụ tối ưu hóa chính. Nó tích hợp các quỹ đạo máy bay không chắc chắn. Mục tiêu của MILP là tính toán optimal push back time windows. Các cửa sổ này phải đảm bảo không có xung đột. MILP giúp nâng cao hiệu quả aircraft pushback scheduling. Nó xem xét nhiều ràng buộc vận hành. Phương pháp này cung cấp một giải pháp cấu trúc. Giải pháp này quản lý sự phức tạp của môi trường sân bay. Nó là trọng tâm của việc cải thiện hoạt động mặt đất.

3.1. Tích hợp quỹ đạo không chắc chắn

Khung tối ưu hóa tích hợp uncertain ramp area aircraft trajectories. Việc này được thực hiện thông qua mô hình hóa ngẫu nhiên. Các quỹ đạo này đại diện cho sự biến động trong thế giới thực. Chúng được tạo ra từ dữ liệu thực tế và phân tích thống kê. Mục tiêu là tạo ra các lịch trình mạnh mẽ. Lịch trình này có thể xử lý sự không dự đoán được. Sự tích hợp này là rất quan trọng. Nó cần thiết để giảm airport surface congestion management. Nó đảm bảo các giải pháp lịch trình vẫn hiệu quả dưới điều kiện thay đổi.

3.2. Chương trình tuyến tính số nguyên hỗn hợp MILP

Một MILP được thiết lập để tối ưu hóa cửa sổ thời gian đẩy lùi. MILP này định nghĩa các hàm mục tiêu và ràng buộc. Nó tìm kiếm giải pháp tối ưu. Giải pháp này tối thiểu hóa xung đột và tuân thủ các quy tắc vận hành. Việc áp dụng MILP vào hoạt động sân bay CLT đã được chứng minh. Nó cung cấp các lịch trình đẩy lùi hiệu quả. MILP là một công cụ mạnh mẽ. Nó quản lý sự phức tạp của aircraft pushback scheduling. Nó giúp đạt được các mục tiêu hiệu suất.

3.3. Giải pháp cửa sổ thời gian tối ưu

MILP tạo ra các giải pháp cửa sổ thời gian tối ưu. Các giải pháp này được thiết kế để đảm bảo quỹ đạo máy bay không xung đột. Phân tích các cửa sổ tối ưu xác nhận tính hiệu quả của lịch trình. Cách tiếp cận này cải thiện đáng kể aircraft pushback scheduling. Nó cung cấp thời gian chính xác cho việc đẩy lùi. Điều này hỗ trợ departure metering tốt hơn. Nó tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên sân bay. Nó cũng giảm thiểu thời gian chờ đợi.

IV.Tính toán hiệu quả đẩy lùi GPU và giải pháp thời gian thực

Các giải pháp MILP thường đòi hỏi tính toán chuyên sâu. Nghiên cứu đã khám phá các phương pháp cải thiện hiệu suất. Việc triển khai MILP trên GPU là một giải pháp then chốt. Cách tiếp cận này tăng tốc đáng kể quá trình tính toán. Nó cho phép tạo ra các lịch trình aircraft pushback scheduling theo thời gian thực. Khả năng tính toán nhanh chóng là cần thiết. Nó giúp điều chỉnh Target Off-Block Time (TOBT) một cách linh hoạt. Mục tiêu là cung cấp các công cụ ra quyết định nhanh chóng. Các công cụ này hỗ trợ các hoạt động sân bay động.

4.1. Cải thiện hiệu suất tính toán MILP

Hiệu suất tính toán của MILP là một yếu tố quan trọng. Các phân tích được thực hiện để đánh giá thời gian chạy. Các nỗ lực tập trung vào việc giảm thời gian giải quyết bài toán. Điều này là cần thiết cho các ứng dụng thực tế. Thời gian tính toán nhanh hơn cho phép cập nhật lịch trình thường xuyên hơn. Nó hỗ trợ điều chỉnh linh hoạt Target Off-Block Time (TOBT). Việc tối ưu hóa này là cơ bản để triển khai trong môi trường sân bay thực tế.

4.2. Tiếp cận GPU cho cửa sổ thời gian

Một cách tiếp cận sử dụng Đơn vị xử lý đồ họa (GPU) được triển khai. GPU tăng tốc đáng kể các tính toán phức tạp. Cụ thể, nó được dùng để tính toán các cửa sổ thời gian đẩy lùi bị ràng buộc bởi xác suất. Thời gian tính toán được giảm thiểu rõ rệt. Hiệu quả này cho phép aircraft pushback scheduling nhanh hơn. Nó tạo điều kiện thuận lợi cho việc ra quyết định theo thời gian thực. Công nghệ GPU là một giải pháp tiên tiến. Nó vượt qua giới hạn của các phương pháp tính toán truyền thống.

4.3. Giảm ràng buộc cho MILP thời gian thực

Để đạt được tính toán theo thời gian thực, số lượng ràng buộc được giảm bớt. Phương pháp này bao gồm việc phân cụm các điểm xung đột. Sau đó, ranh giới tuyến tính cho các cụm xung đột được xác định. Việc giảm bớt phức tạp giúp MILP giải quyết nhanh hơn. Điều này hỗ trợ quản lý Target Startup Approval Time (TSAT) động. Nó làm cho MILP khả thi cho các môi trường thay đổi nhanh chóng. Việc giảm ràng buộc là chiến lược quan trọng để nâng cao khả năng thực thi.

V.Quản lý ùn tắc sân bay Chiến lược giữ cổng điều tiết

Việc tối ưu hóa cửa sổ đẩy lùi máy bay có tác động rộng. Nó góp phần vào airport surface congestion management. Giải pháp này ảnh hưởng đến runway queue managementdeparture metering. Một gate-hold strategy hiệu quả là một phần của tổng thể. Airport Collaborative Decision Making (A-CDM) cung cấp khuôn khổ hợp tác. Các phương pháp này cùng nhau tạo ra một hệ thống sân bay hiệu quả hơn. Mục tiêu cuối cùng là giảm thiểu chậm trễ. Nó cũng nhằm nâng cao an toàn và năng lực vận hành.

5.1. Giảm thiểu xung đột bề mặt sân bay

Lập lịch aircraft pushback scheduling được tối ưu hóa. Điều này trực tiếp giảm thiểu xung đột trên bề mặt sân bay. Nó nâng cao an toàn và hiệu quả của khu vực dốc. Việc ngăn chặn xung đột là trọng tâm. Nó cần thiết cho airport surface congestion management. Lịch trình được cải thiện giúp giảm thiểu chậm trễ. Nó cũng tối ưu hóa luồng giao thông trên bề mặt. Điều này tạo ra một môi trường hoạt động suôn sẻ hơn cho phi công và nhân viên.

5.2. Tối ưu hóa quản lý hàng đợi đường băng

Lập lịch đẩy lùi hiệu quả ảnh hưởng tích cực đến runway queue management. Luồng di chuyển mượt mà hơn trên bề mặt dẫn đến việc đến đường băng dự đoán được hơn. Điều này cho phép departure metering tốt hơn. Nó giúp đạt được Target Take-Off Time (TTOT). Việc tối ưu hóa này là một phần quan trọng của quy trình khởi hành tổng thể. Nó đảm bảo các máy bay sẵn sàng cất cánh đúng lúc. Nó cũng giảm thời gian chờ không cần thiết trên đường băng.

5.3. Vai trò của A CDM trong phối hợp khởi hành

Airport Collaborative Decision Making (A-CDM) là một khuôn khổ hợp tác. Nó cải thiện sự phối hợp giữa các bên liên quan tại sân bay. Các cửa sổ thời gian đẩy lùi được tối ưu hóa góp phần vào các mục tiêu của A-CDM. Nó tăng cường khả năng dự đoán cho Target Off-Block Time (TOBT)Target Startup Approval Time (TSAT). Sự phối hợp tốt hơn này giúp giảm tổng thể sự chậm trễ của sân bay. Nó tạo ra một môi trường vận hành hiệu quả và minh bạch hơn.

Mục lục chi tiết luận án

List of Figures
List of Tables
1. Introduction
1.1. Objective (1): Stochastic Model of Ramp Area Aircraft Trajectories and Sampled Conflict Points
1.2. Objective (2): Validation of Stochastic Model
1.3. Objective (3): Conservative Scheduling Approach
1.4. Objective (4): Optimization of Push Back Time Windows
2. Related Work
2.2. Queuing Model For Airport Surface
2.3. Collaborative Decision Making (CDM)
3. A Data Driven Approach for Characterization of Ramp Area Push Back and Ramp-Taxi Processes
3.2. Data Collection Methodology and Raw Collected Data
3.3. Statistical Testing of Collected 1-D Time Distributions
3.4. Sampled Ramp Area Trajectories and Sampled Conflict Distributions
3.5. Statistical Testing of Sampled Two-Dimensional Conflict Distributions
4. Integration of Uncertain Ramp Area Aircraft Trajectories and Generation of Optimal Taxiway Schedules at Charlotte Douglas Airport (CLT)
4.3. CLT Airport Surface Operations
4.5. Sampled Trajectories and Conflict Distributions
4.6. Mixed Integer Linear Program (MILP)
4.7. MILP Example Solutions
5. Optimization of Push Back Time Windows That Ensure Conflict Free Ramp Area Aircraft Trajectories
5.3. Mixed Integer Linear Program (MILP)
5.4. MILP Optimal Time Window Solutions
5.5. Computational Performance of the MILP
5.6. Conclusion and Future Work
6. A Mixed Integer Linear Programming Approach for Computing the Optimal Chance-constrained Push Back Time Windows
6.3. MILP for Computing Optimal Chance-constrained Push Back Windows
6.4. Analysis of MILP for Optimal Chance-constrained Time Windows
6.4.1. Runtime of MILP
6.4.2. Improving the Runtime of the MILP Approach
6.5. Discussion and Future Work
7. A GPU Approach for Computing the Optimal Chance-constrained Push Back Time Windows
7.1. GPU Implementation of Chance-constrained Push Back Time Windows
7.2. GPU Computational Time
8. A Mixed Integer Linear Program for Real-time Computing the Optimal Push Back Time Windows
8.3. Reducing the Number of Constraints Passed to the MILP
8.3.1. Clustering of Conflict Points
8.3.2. Conflict Cluster Linear Boundaries
8.4. MILP for Real-Time Computing the Optimal Time Windows
8.5. Analysis of Objective Function
8.6. Conclusions and Future Work
9. Concluding Remarks
Bibliography
A Stochastic Hybrid Automaton Model
Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Qt07t1r6v4 nosplash f6c5e63ef3d3ae02543678b752b45da0

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (183 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

UNIVERSITY OF CALIFORNIA SANTA CRUZ OPTIMIZATION OF RAMP AREA AIRCRAFT PUSH BACK TIME WINDOWS IN THE PRESENCE OF UNCERTAINTY A dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree of DOCTOR OF PHILOSOPHY in COMPUTER ENGINEERING by WILLIAM JEREMY COUPE March 2017 The dissertation of William Jeremy Coupe is approved: ————————————————– Professor Dejan Milutinović, Chair ————————————————– Professor Ricardo Sanfelice ————————————————– Waqar Malik, Ph. ————————————————– Yoon Jung, Ph. ————————————————– Tyrus Miller Vice Provost and Dean of Graduate Studies Copyright c by William Jeremy Coupe 2017 Table of Contents List of Figures. vi List of Tables .1 Objective (1): Stochastic Model of Ramp Area Aircraft Tra- jectories and Sampled Conflict Points .2 Objective (2): Validation of Stochastic Model .3 Objective (3): Conservative Scheduling Approach .4 Objective (4): Optimization of Push Back Time Windows .2 Queuing Model For Airport Surface .3 Collaborative Decision Making (CDM).

20 3 A Data Driven Approach for Characterization of Ramp Area Push Back and Ramp-Taxi Processes 22 3.2 Data Collection Methodology and Raw Collected Data .3 Statistical Testing of Collected 1-D Time Distributions .4 Sampled Ramp Area Trajectories and Sampled Conflict Distributions 33 3.5 Statistical Testing of Sampled Two-Dimensional Conflict Distributions 37 3. 44 4 Integration of Uncertain Ramp Area Aircraft Trajectories and Gen- eration of Optimal Taxiway Schedules at Charlotte Douglas Airport (CLT) 46 4.3 CLT Airport Surface Operations .5 Sampled Trajectories and Conflict Distributions .6 Mixed Integer Linear Program (MILP) .7 MILP Example Solutions. 65 5 Optimization of Push Back Time Windows That Ensure Conflict Free Ramp Area Aircraft Trajectories 66 5.3 Mixed Integer Linear Program (MILP) .4 MILP Optimal Time Window Solutions .5 Computational Performance of the MILP .6 Conclusion and Future Work. 84 6 A Mixed Integer Linear Programming Approach for Computing the Optimal Chance-constrained Push Back Time Windows 86 6.3 MILP for Computing Optimal Chance-constrained Push Back Windows 95 iv 6.4 Analysis of MILP for Optimal Chance-constrained Time Windows .1 Runtime of MILP .2 Improving the Runtime of the MILP Approach .5 Discussion and Future Work.

109 7 A GPU Approach for Computing the Optimal Chance-constrained Push Back Time Windows 111 7.1 GPU Implementation of Chance-constrained Push Back Time Windows111 7.2 GPU Computational Time. 113 8 A Mixed Integer Linear Program for Real-time Computing the Optimal Push Back Time Windows 117 8.3 Reducing the Number of Constraints Passed to the MILP .1 Clustering of Conflict Points .2 Conflict Cluster Linear Boundaries .4 MILP for Real-Time Computing the Optimal Time Windows .5 Analysis of Objective Function .6 Conclusions and Future Work. 142 9 Concluding Remarks 144 Bibliography 150 A Stochastic Hybrid Automaton Model 164 v List of Figures 3.1 a) CLT airport surface. b) Zoomed in view of CLT south sector and illustration of the experiment set up.

Data was collected by observer located in the ramp tower.2 The processed data is illustrated using histograms. The x-axis rep- resents the time spent in seconds to complete each process and the y-axis represents the number of aircraft within each bin. Data from all gates is shown in the first column, data from the middle gates B6- B12 and C7-C13 is shown in the second column and data from the back gates B2-B4 and C3-C5 is shown in the second column. Data that was collected over all three days is shown in the first row, data collected on the first day is shown in the second row, data collected on the second day is shown in the third row and data collected on the third day is shown in the fourth row.3 Analysis of collected data from all gates over all days.

The push back data is in the first row, the stop data the second row, and the taxi data the third row. The first column shows the histogram of data and the fitted distributions, the second column show the results of the three different statistical tests assessing the goodness-of-fit of the gamma distribution to the collected data, and the third column show the results of the three different statistical tests assessing the goodness-of-fit of the log-normal distribution to the collected data.4 Analysis of collected data from middle gates B6-B12 and C7-C13. The push back data is in the first row, the stop data the second row, and the taxi data the third row. The first column shows the histogram of data and the fitted distributions, the second column show the results of the three different statistical tests assessing the goodness-of-fit of the gamma distribution to the collected data, and the third column show the results of the three different statistical tests assessing the goodness-of-fit of the log-normal distribution to the collected data.5 Sampled trajectories from the stochastic model that was described in Section 3.

The sampled trajectories from gate B10 are shown in the first row and the sampled trajectories from gate B14 are shown in the second row. In the first column we illustrate the evolution of trajecto- ries in time and in the second column we show the distribution of the different discrete states push back, stop and taxi. The distributions of push back, stop and taxi are color coded to represent the relation- ship to the middle and front gate distributions of Fig. The sample distributions of stop and taxi were accepted by both the K-S test and the kernel 2 sample test when analyzed for goodness-of-fit.

The sample distribution of push back were accepted by the K-S test and rejected for the kernel 2 sample test.6 a) Sampled conflict distribution estimated from the conflict ratio de- fined by the relative taxiway schedule tB14 −tB10. b) Two-dimensional conflict distributions for different values of the relative schedule rang- ing from tB14 − tB10 = −20 to tB14 − tB10 = 250. The shape and structure of the conflict distributions appear to be different for differ- ent values of the conflict ratio.7 Analysis of two-dimensional conflict distributions. The first row ana- lyzes the sampled distribution tB14 − tB10 = −20 and the second row assesses the goodness-of-fit to the sampled distribution tB14 − tB10 = 20.

The first column assesses the goodness-of-fit of a multi-variate dis- tribution, the second column assesses the goodness–of-fit of a Gaus- sian Copula, and third column assess the goodness-of-fit of a t-Copula.8 Analysis of the sampled conflict points (red) with the samples from the parametric distribution (blue) and the edges of the MST that do not include cross matches (green). The first row analyzes the sampled distribution tB14 − tB10 = −20 and the second row assesses the goodness-of-fit to the sampled distribution tB14 − tB10 = 20. The first column analyzes a multi-variate distribution, the second column analyzes a Gaussian Copula, and third column analyzes a t-Copula.1 Center alley of the CLT airport. The gates under consideration are highlighted in red and include gates B6, B8, B10, C7, C9 and C11.

Departing aircraft push back from their gates, enter into an uncertain stopped period, and then taxi to the merge node P1. Arriving aircraft are released from the merge node P2 and taxi to their assigned gates.2 Distribution of time spent in discrete states for departing trajectories. The time spent in push back, wait, and taxi is shown in red, green, and blue, respectively.3 Sampled departure trajectories. For each gate, we generate a family of feasible departure trajectories.

For each gate, the family of tra- jectories contains uncertainty within both the spatial path taken and trajectory duration.4 Sampled arrival trajectories. For each gate, we generate a family of feasible arrival trajectories. For each gate, the family of trajectories contains uncertainty within both the spatial path taken and trajectory duration.5 Conflict distributions computed using Algorithm 2. Left: Conflict distribution for CLT departure from gate B6(i) VS.

CLT departure from gate B8(j). The terminal time of departing aircraft i is fixed at time ti = 0 and the terminal time for departing aircraft j is given by the value on the horizontal axis. Right: Conflict distribution for CLT departure from gate C9(i) VS. CLT arrival from gate B6(j).

The terminal time of departing aircraft i is fixed at time ti = 0 and the release time for arriving aircraft j is given by the value on the horizontal axis.6 Top: Example scenario 1, 2, and 3 from left to right. Bottom: Exam- ple scenario 4, 5 and 6 from left to right. The average hold time for various departing (blue) and arriving (red) aircraft operating within the CLT center alley. Each sub figure is defined by fixing a different scenario of three departing and two arriving aircraft.

The earliest available time αi or βi that aircraft i is available to initiate their tra- jectory is sampled from the uniform distribution defined as U(0, 100).1 A) Layout of Dallas-Fort Worth International Airport (DFW) with ramp area outlined in green. Departing aircraft push back from their gates and taxi to the departure queue via the taxiway spot. B) Zoomed in view of the green Terminal C ramp area. The depar- ture trajectories from the gate to the taxiway spot (blue) that were sampled from the stochastic model of aircraft trajectories are shown.2 a) Conflict distributions with select cross sections color coded.

b) Plot of conflicts between aircraft A(i) and BR(j) for schedules ranging from tBR − tA = −70 to tBR − tA = 40 at a resolution of 10 seconds. For the scheduled difference tBR − tA = −60 two conflict free sub- windows are shown in black solid(dotted) lines.3 a) The cost function in objective (5.3) is a function of 4 variables (tSi , tFi , tSj , tFj ). The minimum edge length of the blue combination of time windows is equal to the minimum edge of the orange combination of time windows. By adding the extra term Σi,j tFi/j − tSi/j in the cost function we can distinguish between the two rectangles and the orange rectangle is selected as optimal.

b) Set of 4 constraints that ensure the optimal combination of push back sub-windows is either above, below, left or right of any single conflict point κ = (P B BR , P B A ).4 a) Optimal combination of push back sub-windows for the scheduled spot time difference tj − ti = 23[s]. b) Optimal combination of push back sub-windows for the scheduled spot time difference tj − ti = −39[s].5 a) Minimum time separation at the taxiway spot using the conser- vative conflict separation constraints. b) Minimum time separation at the taxiway spot using the optimal combination of push back sub- windows. Here we assume that the minimum push back time window that we are willing to accept is given by δmin = 25.6 a) Average computation time in seconds of the MILP and the brute force algorithm for problems with variable domain area and variable number of points.

b) Contour plot of the difference between the com- putation time of the brute force algorithm and MILP. A positive value implies that the brute force algorithm took longer to execute than the MILP.7 Computation time of solutions for taxiway spot schedules of n = 4, 5, 6 aircraft.1 a) DFW conflict distribution with select cross sections colored. b) Plot of combinations of push back times (red points) resulting in conflicts between aircraft i and i for schedules ranging from tj − ti = −70 to tj − ti = 40 at a resolution of 10 [s]. The y-axis represents the push back time of aircraft i and the x-axis represents the push back time of aircraft j.

If we do not account for conflicts the green rectangle represents the feasible push back domain. For the schedule tj − ti = −60 two feasible push back sub-windows are plotted in black solid and dotted lines.2c show the optimal time window solution on the “easy” domain allowing 0, 3, and 10 points inside the time window respectively. The red (blue) points are color coded to illustrate which points are outside (inside) the optimal time window.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Trích dẫn luận án này

William Jeremy Coupe (2017). Optimizing Aircraft Push Back Time Windows Under Uncertainty [Luận án tiến sĩ, University of California, Santa Cruz]. LuanAn.net. https://luanan.net/ky-thuat-giao-thong-van-tai/ky-thuat-hang-khong/optimization-aircraft-push-back-time-windows-uncertainty

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Optimizing Aircraft Push Back Time Windows Under Uncertainty" nghiên cứu về vấn đề gì?

Tối ưu hóa cửa sổ thời gian đẩy máy bay dưới điều kiện bất định, cải thiện hiệu suất hoạt động sân bay.

Luận án "Optimizing Aircraft Push Back Time Windows Under Uncertainty" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại University of California, Santa Cruz. Năm bảo vệ: 2017.

Luận án "Optimizing Aircraft Push Back Time Windows Under Uncertainty" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Optimizing Aircraft Push Back Time Windows Under Uncertainty" thuộc chuyên ngành Computer Engineering. Danh mục: Kỹ Thuật Hàng Không.

Luận án "Optimizing Aircraft Push Back Time Windows Under Uncertainty" có bao nhiêu trang?

Luận án "Optimizing Aircraft Push Back Time Windows Under Uncertainty" có 183 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Optimizing Aircraft Push Back Time Windows Under Uncertainty" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter