تلفیق الگوریتم رقابت استعماری و انتخاب سریع زمان آماده سازی در حل مسأله برنامه ریزی توالی هواپیماها

توضیحات

تلفیق الگوریتم رقابت استعماری و انتخاب سریع زمان آماده سازی در حل مسأله برنامه ریزی توالی هواپیماها
این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.
چکیده
مدیریت ترافیک هوایی یکی از مشاغل حساس و پراسترس است که همه‌روزه با مشکلات و موانع مختلفی روبه¬رو می¬شود و مسأله توالی هواپیما (Aircraft Sequencing Problem) یکی از مهم¬ترین مسائلی است که این روزها در حوزه کاری مراقبت پرواز (Air Traffic Control) به آن پرداخته می¬شود.
مسأله توالی هواپیما يك مسأله NP-سخت است، الگوريتم¬هاي دقيق كارايي خود را بر روي اين مسأله در ابعاد بالا از دست مي¬دهند و نمي¬توانند به جواب بهينه در یک‌زمان قابل‌قبول دست يابند؛ درنتیجه امروزه براي حل اين¬گونه مسائل از الگوريتم-هاي ابتكاري و فرا ابتكاري استفاده مي¬شود.
در این پایان‌نامه سعی شده با تلفیق الگوریتم ERT(Earliest Ready Time) جهت انتخاب بهترین هواپیمای آماده عملیات با الگوریتم استعماری اصلاحی که از روش نزدیک¬ترین همسایه تصادفی برای تابع جذب در کنار روش بهبود¬دهنده سه¬نقطه¬ای برای تابع انقلاب استفاده کرده، روش جدیدی در حل مسأله توالی هواپیما ارائه شود. نتایج حاصل از پیاده‌سازی این الگوریتم نشان می¬دهد که در مقایسه با سایر الگوریتم¬ها از کارایی بالایی برخوردار است.
کلمات کلیدی: توالی فرود هواپیماها، الگوریتم رقابت استعماری اصلاحی، مدیریت ترافیک هوایی، الگوریتم انتخاب سریع زمان آماده¬سازی
فهرست مطالب
1- مقدمه طرح پیشنهادی 1
1-1- مقدمه 2
1-2- طرح موضوع 4
1-3- مفروضات، محدودیت¬ها 6
1-4- اهداف تحقیق 8
1-5- جنبه¬ی جدید بودن و نوآوری 9
1-6- نتایج حاصل از تحقیق 9
1-7- ساختار پایان¬نامه 10
2- مروری بر کارهای گذشته 11
2-1- مقدمه 12
2-2- توالی فرود هواپیما 12
2-3- تخصیص ورودی مسافری 15
2-4- پیشینه تحقیق 17
2-5- مدل برنامه¬ریزی خطی برنامه 21
3- روش پیشنهادی 25
3-1- راه¬کار پیشنهادی 26
3-2- الگوریتم تکاملی 26
3-2-1- مقدمه 26
3-2-2- علت استفاده از الگوریتم‌های تکاملی 29
3-2-3- انواع الگوریتم‌های تکاملی 29
3-3- الگوریتم رقابت استعماری 32
3-3-1- شکل¬دهی امپراطوری اولیه 34
3-3-2- مدل‌سازی سیاست جذب 38
3-3-3- جابجایی موقعیت مستعمره و امپرالیسست 41
3-3-4- قدرت کل یک امپراطوری 42
3-3-5- رقابت استعماری 43
3-3-6- سقوط امپراطوری¬های ضعیف 46
3-3-7- همگرایی 46
3-4- الگوریتم رقابت استعماری اصلاحی 48
3-5- الگوریتم‌های ترکیبی بکار رفته 51
4- ارزیابی سیستم 53
4-1- مقدمه 54
4-2- مدل‌سازی روش پیشنهادی 55
4-3- ارزیابی راه¬کار پیشنهادی 56
4-4- مسائل مورد مقایسه 59
4-4-1- مقایسه نتایج پروازهای ورودی و خروجی به تعداد 15 59
4-4-2- مقایسه نتایج پروازهای ورودی و خروجی به تعداد 20 61
4-4-3- مقایسه نتایج پروازهای ورودی و خروجی به تعداد 25 62
5- نتیجه¬گیری و ارائه پیشنهاد‌ها 64
5-1- جنبه نوآوری 65
5-2- نتیجه مقایسه نتایج 65
5-3- پیشنهاد‌ها 66
6- مراجع 67
فهرست جدول‌ها و شکل‌ها
شکل 1-1- حل مسأله ASP به روش FCFS 5
شکل 2-1- فاصله ایمنی بین دو سر بال 23
شکل 3-1- طرح کلی الگوریتم تکاملی 28
شکل 3-2- فلوچارت الگوریتم ICA 33
شکل 3-3- اجزای اجتماعی و سیاسی تشکیل‌دهنده کشور 35
شکل 3-4- چگونگی شکل¬گیری امپراطوری¬های اولیه 38
شکل 3-5- شمای کلی حرکت مستعمرات به سمت امپریالیست 39
شکل 3-6- حرکت واقعی مستعمرات به سمت امپریالیست 40
شکل 3-7- تغییر جای استعمارگر و مستعمره 42
شکل 3-8- کل امپراطوری پس از تغییر موقعیت 42
شکل 3-9- شمای کلی رقابت استعماری 43
شکل 3-10-سقوط امپراطوری ضعیف 47
شکل 3-11- گراف همسایگی با پنج گره 49
شکل 3-12- بهبوددهنده سه‌نقطه‌ای 50
شکل 3-13- فلوچارت راه¬کار پیشنهادی 52
جدول 1-1- حداقل زمان فاصله 6
جدول 4-1 نتایج مربوط به الگوریتم ERT و AATCSR برای 15 نمونه 59
جدول 4-2 نتایج مربوط به الگوریتم ICA برای 15 نمونه 60
جدول 4-3 نتایج مربوط به الگوریتم ترکیبی MICA و ERT برای 15 نمونه 60
جدول 4-4 مقایسه نتایج مربوط به 15 پرواز 60
جدول 4-5 نتایج مربوط به الگوریتم ERT و AATCSR برای 20 نمونه 61
جدول 4-6 نتایج مربوط به الگوریتم ICA برای 20 نمونه 61
جدول 4-7 نتایج مربوط به الگوریتم ترکیبی MICA و ERT برای 20 نمونه 61
جدول 4-8 مقایسه نتایج مربوط به 20 پرواز 62
جدول 4-9 نتایج مربوط به الگوریتم ERT و AATCSR برای 25 نمونه 62
جدول 4-10 نتایج مربوط به الگوریتم ICA برای 25 نمونه 62
جدول 4-11 نتایج مربوط به الگوریتم ترکیبی MICA و ERT برای 25 نمونه 63
جدول 4-12 مقایسه نتایج مربوط به 25 پرواز 63
1- مقدمه طرح پیشنهادی
1-1- مقدمه
یکی از موضوعات موردتوجه در صنعت هوانوردی، مبحث برنامه¬ریزی فرود هواپیماهای ورودی به فرودگاه است. با ورود هواپیماهای مختلف به محدوده¬ی راداری فرودگاه، مراقبین پرواز در برج مراقبت باید ترتیب فرود هواپیماهایی که در آن لحظه در آسمان فرودگاه در حال پرواز هستند را مشخص نمایند. برای اختصاص چنین ترتیب فرودی محدودیت¬های مختلفی موردتوجه قرار¬می¬گیرد که از آن جمله می‌توان به محدودیت جداسازی دو هواپیما اشاره نمود. این محدودیت از دیدگاه مباحث آئرودینامیک اهمیت زیادی دارد و در صورت عدم رعایت آن امکان بروز حادثه برای هواپیماهای متوالی وجود دارد.
مهم¬ترین نتیجه¬ی موردنظر برنامه¬ریزی فرود هواپیماها، کمینه کردن تأخیرها است که از ایجاد هزینه¬ی سوخت اضافه برای هواپیماها و همین‌طور ایجاد نارضایتی مسافران جلوگیری می‌کند. ازآنجایی‌که هزینه¬های مربوط به سوخت ناوگان پروازی درصد قابل‌توجهی از هزینه¬های شرکت‌های هواپیمایی را شامل می¬شود، برنامه¬ریزی فرود هواپیماها موردتوجه شرکت‌های هواپیمایی و همچنین شرکت‌های فرودگاهی قرارگرفته است. همین امر باعث شده است که اغلب فرودگاه¬هایی که عملکرد بهتری در خصوص مدیریت ترافیک پروازی دارند، توجه شرکت‌های هواپیمایی بیشتری را به خود جلب کنند. از سوی دیگر، در صورت دستیابی به عملکردی مناسب در مدیریت ترافیک پروازها، شرکت‌های فرودگاهی این امکان را خواهند داشت که در بازه زمانی ثابت، پذیرای تعداد بیشتری از هواپیما باشند.
شرکت‌های فرودگاهی بخشی از درآمد خود را از هزینه¬ی اجاره¬ی جایگاه پارک به دست می¬آورند. هزینه¬ی جایگاه-های پارک، بسته به امکانات آن، متغیر است. امکاناتی نظیر برق زمینی و یا ورودی¬های مسافری در قیمت جایگاه پارک تأثیرگذار هستند. در تمامی فرودگاه¬های جهان دو نوع جایگاه پارک موجود است. جایگاه پارک با ورودی مسافر و جایگاه پارک دور از سالن . جایگاه پارک با ورودی مسافر یا بانام دیگر جایگاه پارک با خرطومی اتصال، جایگاه‌های پارکی هستند که مسافرین یک هواپیما بدون نیاز به ورود به محوطه فرودگاه به‌طور مستقیم با استفاده از یک راهرو (خرطومی اتصال) به هواپیما وارد و یا از آن خارج می¬شوند.
نیاز به ورود به محوطه فرودگاه به‌طور مستقیم با استفاده از یک راهرو (خرطومی اتصال) به هواپیما وارد و یا از آن خارج می¬شوند؛ اما هواپیماهای واقع در جایگاه پارک دو از سالن، برای مسافر گیری و یا پیاده کردن مسافران خود نیاز به سرویس اتوبوس دارند. از بین این دو نوع جایگاه، جایگاه پارک با ورودی مسافر دارای قیمت بالاتری است. قیمت این جایگاه¬ها بدین‌صورت محاسبه می¬شود که به ازای هر مسافری که از یک هواپیما از ورودی مسافری استفاده می‌کند مبلغی ثابت از خط هواپیمایی مربوطه دریافت می¬شود که قیمت سرویس اتوبوس در مقابل آن ناچیز است. علی¬رغم قیمت بالاتر جایگاه پارک با ورودی مسافر، شرکت‌های هواپیمایی برای کسب رضایت بیشتر مسافران خود ترجیح می¬دهند تا هواپیماهایشان به جایگاه پارک با ورودی مسافر تخصیص پیدا کند. جایگاه پارک با ورودی مسافر دارای یک مزیت ایمنی نیز هست، با استفاده مسافرین از ورودی مسافر دیگر خطرات ناشی از حضور مسافران در محوطه فرودگاه وجود ندارد و از ایجاد اتفاقات مختلف جلوگیری می¬شود.
با توجه به اینکه در هنگام عقد قرارداد خطوط هواپیمایی با فرودگاه¬ها، خطوط هواپیمایی نمی¬توانند در مورد نوع جایگاه پارک خود شرایطی را اعلام کنند و نوع جایگاه پارک یک هواپیما بر عهده‌ی کنترلر فرودگاه در لحظه¬ی فرود هواپیما است؛ بنابراین در صورت برنامه¬ریزی صحیح می‌توان هواپیماهای بیشتری را به جایگاه¬های پارک با ورودی مسافری اختصاص داد و از این طریق به افزایش درآمد فرودگاه کمک کرد.
با توجه به مطالب بیان‌شده، مدیریت فرودگاه¬ها برای جذب شرکت‌های هواپیمایی و همین‌طور بالا بردن درآمد خود باید بتوانند توازنی بین دو موضوع کنترل ترافیک هواپیماهای ورودی (توالی فرود هواپیماها) و تخصیص هواپیماها به ورودی¬های مسافری ایجاد کنند تا بتوانند علاوه برافزایش درآمد خود، مشتریان خود (شرکت‌های هواپیمایی) را راضی نگه‌دارند؛ اما تنها مشکل در این زمینه وابستگی بسیار زیاد این دو مسأله به یکدیگر است. بدین معنا که هواپیماها به‌محض فرود در فرودگاه باید جایگاه پارکی به آن‌ها تخصیص یابد و آن جایگاه پارک باید در لحظه¬ی فرود هواپیما مذکور خالی و آماده به خدمت¬دهی باشد.
این موضوع باعث می¬شود که زمان فرود هواپیماها تأثیر مستقیمی در جایگاه پارک تخصیصی به یک هواپیما داشته باشد. یا به‌عبارت‌دیگر، ممکن است در بعضی از مواقع فرود یک هواپیما با تأخیری چنددقیقه‌ای باعث خالی شدن یک جایگاه پارک دارای ورودی مسافر بشود و با تخصیص این هواپیما به همان جایگاه باعث بالا رفتن درآمد فرودگاه شد؛ اما همیشه فرودگاه¬ها باید در نظر داشته باشند که میزان این تأخیر تأثیری مستقیم در رضایت شرکت‌های هواپیمایی دارد. در این فصل مروری بر ادبیات این دو موضوع داریم.