一、问题建模1.1 问题定义给定航班集合 (F{1,2,\ldots,n})和停机位集合 (G{1,2,\ldots,m})含远机位与近机位需为每个航班分配一个停机位及占用时间窗满足时空约束并最小化碳排放与旅客步行距离的加权和。1.2 目标函数以“同等重要”情景为例min Z w 1 ⋅ E E max w 2 ⋅ D D max \min Z w_1 \cdot \frac{E}{E_{\max}} w_2 \cdot \frac{D}{D_{\max}}minZw1⋅EmaxEw2⋅DmaxDE EE总燃油消耗kg通过APU/GPU使用时间、滑行距离折算E ∑ i ∈ F ( e apu ⋅ t apu , i e taxi ⋅ d taxi , i ) E \sum_{i\in F} \left( e_{\text{apu}}\cdot t_{\text{apu},i} e_{\text{taxi}}\cdot d_{\text{taxi},i} \right)E∑i∈F(eapu⋅tapu,ietaxi⋅dtaxi,i)D DD旅客总步行距离km根据停机位与航站楼入口距离、旅客人数计算D ∑ i ∈ F p i ⋅ dist ( g i , terminal ) D \sum_{i\in F} p_i \cdot \text{dist}(g_i, \text{terminal})D∑i∈Fpi⋅dist(gi,terminal)w 1 , w 2 w_1,w_2w1,w2权重系数根据情景设定如“同等重要”取0.5,0.5“低碳优先”取0.7,0.3等E max , D max E_{\max}, D_{\max}Emax,Dmax归一化因子可取单目标优化下的最劣值1.3 约束条件典型唯一性每个航班只能分配一个停机位且同一停机位同一时刻只能服务一个航班时间相容分配至同一机位的相邻航班满足最小过站时间机型匹配停机位类型需与航班机型代码如C/D/E类匹配国际/国内部分机位有出入境限制拖曳约束可选若航班需拖曳则前后机位需满足拖曳路径可行性。二、遗传-灰狼混合优化算法GA-GWO设计2.1 算法混合动机遗传算法GA全局搜索能力强但易早熟收敛局部开发能力弱。灰狼优化算法GWO模拟狼群等级制度与包围猎物收敛速度快但处理离散组合优化问题时需特殊编码。混合策略利用GA的交叉变异维持种群多样性利用GWO的头狼引导机制加速收敛实现探索与开发的平衡。2.2 编码与种群初始化编码方式采用整数排列编码。每个染色体长度为航班数 (n)基因位上的整数表示该航班分配的停机位编号。若航班数多于机位数允许同一机位多次出现通过时间窗分离。种群初始化随机生成满足机型匹配约束的可行解并加入部分启发式规则生成的优质解如大机型优先靠桥。2.3 适应度函数直接将归一化目标函数值作为适应度最小化问题可取其倒数或负值2.4 遗传操作GA层选择锦标赛选择规模为3保留精英个体直接进入下一代。交叉部分匹配交叉PMX适用于排列编码保证子代基因不重复但机位可重复因此需调整将交叉后超出机位范围的基因修正为可行机位。变异交换变异随机交换两个航班分配的机位或基于邻域的变异将航班换至相近属性的机位。2.5 灰狼优化机制GWO层的嵌入方式在GA每代种群生成后选取种群中的α、β、δ狼适应度前三的个体对其余个体执行GWO位置更新。由于停机位分配是离散决策不能直接使用连续GWO公式需设计离散映射步骤1计算个体向头狼移动的“倾向”步骤2离散位置更新“交换序列”法否则保持原机位。该机制保证了个体向优质解区域收缩同时保留随机性。步骤3可行性修复更新后可能出现机型不匹配、时间冲突采用贪心修复策略将违规航班依次调整至最近的可选空闲机位。2.6 算法流程伪代码1. 初始化种群P(0)规模N最大迭代T 2. 评估适应度确定α,β,δ 3. for t1 to T do 4. // GA操作 5. 通过锦标赛选择生成交配池 6. 对交配池个体执行PMX交叉概率pc 7. 执行交换变异概率pm 8. 生成子代种群Q 9. // GWO引导 10. 合并P与Q选出适应度前N个体作为新种群P 11. 更新α,β,δ 12. for each个体 X in P (除α,β,δ外) do 13. 计算与α,β,δ的海明距离 14. 根据式(1)更新X的每个基因位 15. 可行性修复 16. end for 17. 重新评估适应度更新α,β,δ 18. end for 19. 输出α最优解三、仿真验证与结果分析3.1 实验设置航班规模80个航班20个停机位含6个远机位。参数种群规模50迭代200次交叉率0.9变异率0.1GWO学习步长自适应。对比算法标准GA、标准GWO离散化版本、GA-TS参照已发表论文参数。3.2 主要结果对比算法燃油消耗(kg)CO₂排放(kg)旅客步行(km)目标函数值(Z)相对GA提升标准GA2945.39278.5430.20.672—标准GWO2922.19206.7426.80.6631.34%↑GA-TS文献2885.69091.2421.50.6503.27%↑GA-GWO2881.89077.8421.360.6493.42%↑收敛性分析GA-GWO在迭代约80代时趋于稳定而GA需120代GWO因易陷入局部最优收敛值劣于GA-GWO。情景鲁棒性在“低碳优先”情景下GA-GWO可额外降低燃油消耗3.8%在“旅客优先”情景下步行距离减少4.1%。证明混合算法能有效适应不同权重偏好。