天津機(jī)場登機(jī)口分配仿真與優(yōu)化策略研究

鄭志武+劉軍政+劉文萍+崔悅+付銅

摘要：基于天津?yàn)I海國際機(jī)場航站樓的實(shí)地調(diào)研，重點(diǎn)研究在日常運(yùn)行登機(jī)口分配存在的問題，以最大流理論建立模型和優(yōu)化算法，通過系統(tǒng)仿真的手段，提出登機(jī)口分配優(yōu)化策略和方案?；诰W(wǎng)絡(luò)最大流理論和系統(tǒng)仿真的方法，由大量航班數(shù)據(jù)和機(jī)場的設(shè)施布局著手，考慮旅客步行距離、航空公司所屬關(guān)系和運(yùn)營等因素，提出可行有效的登機(jī)口分配優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：航站樓；登機(jī)口分配；機(jī)場仿真

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.06.093

0引言

近年來天津機(jī)場旅客吞吐量增速遠(yuǎn)超過全國平均水平，但距離其設(shè)計(jì)吞吐容量2500萬還有很大差距，而且航班延誤率偏高，天津機(jī)場的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)瓶頸階段，提高機(jī)場運(yùn)行效率是亟待解決的問題。

本文以圖論和系統(tǒng)仿真等基本理論為依據(jù)，采用數(shù)學(xué)模型與OR運(yùn)算系統(tǒng)仿真模擬設(shè)計(jì)系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研、提出問題、明確流程、構(gòu)建模型、驗(yàn)證系統(tǒng)、分析結(jié)果和優(yōu)化系統(tǒng)的思路對(duì)天津機(jī)場核心資源登機(jī)口的分配優(yōu)化進(jìn)行研究。

1以最大流理論建立登機(jī)口分配模型

此模型以旅客步行總距離最短，登機(jī)口設(shè)施使用率最大為優(yōu)化目標(biāo)，以鄰近登機(jī)口允許機(jī)型限制、登機(jī)口航班?？孔钚￠g隔限制、停機(jī)位允許機(jī)型限制為約束條件，假設(shè)有m個(gè)登機(jī)口，有n個(gè)航班，每個(gè)航班的登機(jī)口起用和停用時(shí)間已知（一般航班到港即?？坷葮?，在實(shí)際數(shù)據(jù)采集過程中，把航班到港、離港時(shí)間看成登機(jī)口起用和停用時(shí)間）。

1.1設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)圖

按照航班到港、離港時(shí)間先后順序，把每個(gè)航班看成網(wǎng)絡(luò)圖上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，時(shí)間間隔設(shè)定為30分鐘，以箭線連接兩個(gè)航班，方向指向時(shí)間晚的航班，表示這兩個(gè)航班之間可以共用一個(gè)登機(jī)口。每條有向線路的所有節(jié)點(diǎn)都是同一個(gè)登機(jī)口的組合。下面選取2016年8月9日幾個(gè)航班信息演示構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

1.2進(jìn)行計(jì)算

從左側(cè)開始按順序進(jìn)行標(biāo)號(hào)，尋找一條到終點(diǎn)人數(shù)最多的路徑。然后在網(wǎng)絡(luò)圖上去掉已安排的節(jié)點(diǎn)和路線，繼續(xù)以上步驟，直到所有節(jié)點(diǎn)被找到。

圖2二次標(biāo)號(hào)后的航班結(jié)合如圖2進(jìn)行二次標(biāo)號(hào)，在節(jié)點(diǎn)上加上緊前節(jié)點(diǎn)的最大值，依次做到終點(diǎn)，選擇累積標(biāo)號(hào)值最大的節(jié)點(diǎn)，逆向找到旅客人數(shù)最多的路線，此時(shí)8-6-4-1為旅客流量最大的航班組合。然后刪除已選的節(jié)點(diǎn)和路線，進(jìn)行重新標(biāo)號(hào)。重復(fù)上述步驟，找到5-2路線。再重復(fù)步驟，找到7-3路線。按照網(wǎng)絡(luò)圖路徑尋找的先后順序，將其對(duì)應(yīng)的航班組合按照登機(jī)口離安檢區(qū)距離的大小依次進(jìn)行指派分配。

1.3證明最優(yōu)性

在網(wǎng)絡(luò)圖增加一個(gè)虛擬起始節(jié)點(diǎn)s和一個(gè)虛擬終止節(jié)點(diǎn)t，并以箭線將s與所有起始節(jié)點(diǎn)連接，同理將所有終止節(jié)點(diǎn)與t連接。網(wǎng)絡(luò)圖上的每一條從s到t的有向路線都是按時(shí)間順序從左至右不存在閉環(huán)的可行方案。該網(wǎng)絡(luò)圖可視為一個(gè)雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖，各節(jié)點(diǎn)的人數(shù)可視為以該點(diǎn)為終點(diǎn)的箭線的權(quán)值，此算法相當(dāng)于從s到t的最大權(quán)值路線算法。所以，最長的路線上旅客人數(shù)最多。因此此算法為最優(yōu)。

2系統(tǒng)仿真及登機(jī)口優(yōu)化原理

以最大流算法模型進(jìn)行系統(tǒng)仿真，分析其實(shí)際應(yīng)用的效果，根據(jù)實(shí)際運(yùn)營情況，確立天津機(jī)場登機(jī)口分配優(yōu)化策略。

實(shí)地調(diào)研2016年8月8日至2016年8月14日天津機(jī)場航班情況，一周內(nèi)航班總計(jì)劃數(shù)為2781架次，其中取消航班98架次，代碼共享航班數(shù)為1435架次，實(shí)際執(zhí)行航班數(shù)為1248架次，過夜航班為255架次。根據(jù)一周內(nèi)的航班對(duì)機(jī)場登機(jī)口的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并計(jì)算。

根據(jù)仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在平時(shí)時(shí)段和高峰時(shí)段，均存在8%的登機(jī)口未使用，使用率達(dá)到50%的登機(jī)口不足總登機(jī)口數(shù)的40%，超過50%的登機(jī)口的使用效率在50%以下，其中遠(yuǎn)機(jī)位的使用效率高于近機(jī)位的使用效率，整體登機(jī)口使用效率普遍偏低，多數(shù)時(shí)間里存在閑置。

3登機(jī)口現(xiàn)狀及問題分析

天津機(jī)場總共有40個(gè)機(jī)位，其中261、262、263、264、265、266、267、268是遠(yuǎn)機(jī)位，117、118以及201～230是近機(jī)位。根據(jù)機(jī)場的登機(jī)口分布圖，考慮各個(gè)登機(jī)口停機(jī)位的限制和相鄰登機(jī)口的限制，將登機(jī)口分為8個(gè)區(qū)域，如表2所示。

1264區(qū)域1D區(qū)域1E區(qū)域1F區(qū)域分析登機(jī)口分配數(shù)據(jù)以及實(shí)地調(diào)研得出：相鄰兩登機(jī)口不能同時(shí)?？緼330機(jī)隊(duì)；B區(qū)域與H區(qū)域不能同時(shí)起降飛機(jī)；211和212登機(jī)口不能同時(shí)起降B737，A320，MD80；A330只能?？吭贏區(qū)域和219，220，221，222，208登機(jī)口。一些可以依靠廊橋的登機(jī)口如205，206，207使用率偏低，而263，264，265，266等較遠(yuǎn)機(jī)位使用率卻偏高，在B、G區(qū)域存在進(jìn)出港間隔時(shí)間大于30分鐘的限制，在這個(gè)區(qū)域的7個(gè)登機(jī)口一次性只能?？恳患茱w機(jī)。

機(jī)位使用率偏低可能是登機(jī)口的開放時(shí)間計(jì)劃不合理造成的。航班靠橋率偏低，一定程度上影響了旅客對(duì)機(jī)場的滿意度。登機(jī)口的使用不均衡的問題。航班延誤的處理機(jī)制不合理，又影響了下一批次航班的機(jī)位分配。

4優(yōu)化策略

首先對(duì)天津機(jī)場預(yù)分配航班進(jìn)行仿真模擬，仿真結(jié)果如圖3所示。

結(jié)合上述登機(jī)口配置存在問題，制定了下述優(yōu)化步驟：

（1）對(duì)同期航班進(jìn)行登機(jī)口交換，解決法規(guī)沖突。減少步行距離和提高靠橋率，盡量將除春秋航空外的低成本航空航班安排到近機(jī)位。過夜航班?？吭谳^遠(yuǎn)的機(jī)位（如上述中的C、D、E三個(gè)區(qū)域）

（2）將267，268登機(jī)口預(yù)留給經(jīng)常性長時(shí)間延誤的航班，為E類以上的航空器預(yù)留備份機(jī)位，以防該航空器到達(dá)后，與同一機(jī)位上的航班造成機(jī)位沖突，其他適合機(jī)位也被占用而使其處于等待機(jī)位狀態(tài)，影響后續(xù)航班。

（3）根據(jù)機(jī)場的登機(jī)口分布和航空公司的所屬關(guān)系、起降航班的數(shù)量，對(duì)登機(jī)口進(jìn)行按照自上而下、從左到右的區(qū)域優(yōu)先級(jí)進(jìn)行合理分配。

以提高靠橋率、均衡各個(gè)登機(jī)口的使用頻率為目標(biāo)，同時(shí)考慮到旅客滿意度、機(jī)場的現(xiàn)實(shí)布局、各個(gè)航空公司在天津機(jī)場的優(yōu)先次序，進(jìn)行手工調(diào)整。相鄰機(jī)位進(jìn)行小范圍的調(diào)整；同一區(qū)域內(nèi)的航班調(diào)整，盡量靠接登機(jī)橋進(jìn)行保障，但要避免旅客大范圍、長距離地移動(dòng)而造成的不便。

5優(yōu)化結(jié)果

優(yōu)化前后結(jié)果對(duì)比顯示：?？坷葮蚝桨鄶?shù)由104個(gè)增加到130個(gè)，靠橋率從79.10%增至98.48%，靠橋率大大增加，而登機(jī)口的運(yùn)營成本大大減少，登機(jī)口的平均利用率也從29.56%增至30.70%，說明優(yōu)化策略的執(zhí)行大大地提高了登機(jī)口的使用效率。

6結(jié)語

本文采用最大流理論建立登機(jī)口分配模型，方法簡便，利用系統(tǒng)仿真增強(qiáng)了該模型的應(yīng)用規(guī)模和范圍，考慮了機(jī)場運(yùn)行中如航班延誤的處理機(jī)制等問題，提出了具有很強(qiáng)操作性的登機(jī)口分配優(yōu)化策略。

參考文獻(xiàn)

[1]王志清，商紅巖，寧宣熙.機(jī)場登機(jī)口優(yōu)化調(diào)度算法及實(shí)證[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（12）.

[2]李耐毅.機(jī)場登機(jī)口分配仿真及優(yōu)化[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2013.

[3]王寧.大型機(jī)場機(jī)位分配策略優(yōu)化研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[4]王志清，歐陽杰，寧宣熙.航空運(yùn)輸便捷性優(yōu)化問題研究[J].管理世界，2006，（6）：147148.