航班时刻优化问题是战略阶段实施流量管理需要重点解决的问题,战略阶段所制定的航班时刻在战术运行阶段会受到各种不确定性的干扰,导致偏离所制定的时刻计划,这种不确定性包括在战术阶段运行容量的不确定性以及各种因素所导致的航段运行时间的不确定性。本文借鉴国内外相关研究,重点解决考虑容量不确定性和航段运行时间不确定性下的航班时刻多目标优化问题,主要工作如下:(1)研究了多机场、多运行日容量不确定性下的航班时刻优化问题。考虑航班时刻在战术阶段运行时受到运行日机场容量不确定性的影响,建立了两阶段随机规划模型。模型中将进离场服务率作为待优化决策变量,从而模拟机场战术阶段实际运行特征,更准确的估计战术阶段运行延误。模型目标函数考虑了最小化战略阶段航班时刻偏离量和战术阶段延误期望值,并增加了最小化风险相关的度量指标,从而提高运行可靠性。基于样本均值近似方法对模型进行求解,采用北京首都机场和广州白云机场历史航班预先飞行计划数据对模型进行了仿真验证,分析了不确定容量场景下模型在优化航班时刻、减少战术阶段运行延误均值及风险方面的实施效果,证实了模型的有效性。(2)研究了航段运行时间不确定性下的航班时刻多目标优化问题。基于对航班飞行时间和滑行时间历史数据的统计分析,建立了综合考虑运行效率和运行可靠性的航班时刻优化模型,核心思想是通过对历史航班飞行和地面运行数据的统计分析,得到航段运行时间的频率分布作为度量航班时刻可靠性的依据。设计了遗传算法进行求解,求解结果表明,优化模型和算法实现了减小时隙偏离的同时使得航班运行时间更可靠的优化目标。(3)研究了基于仿真模型评估航班时刻的运行可靠性问题。通过Any Logic软件构建航班时刻运行仿真模型,分别进行机场运行容量不确定性下和航班航段运行时间不确定性下的仿真,对随机型环境场景下的原始航班时刻表及优化后航班时刻表的可靠性效能进行了对比实验。仿真结果表明,所研究的考虑容量不确定性和考虑航段运行时间不确定性的航班时刻优化方法均能实现兼顾效率和可靠性目标的优化,有助于提升航班时刻的运行质量。