基于航空公司公平性的航班時刻表優(yōu)化研究

王倩+翟文鵬

摘 要： 隨著航班時刻需求的增加，迫切需要優(yōu)化航班時刻表，尤其是優(yōu)化航空公司在繁忙機場的航班時刻。針對航班計劃不合理造成的大面積延誤問題，在滿足延誤水平的基礎(chǔ)上，建立基于航空公司公平性的航班時刻優(yōu)化模型，并設(shè)計了基于粒子群算法的布谷鳥搜索算法進行航班時刻表優(yōu)化。以廣州白云國際機場為例進行航班時刻表優(yōu)化，并應(yīng)用SIMMOD進行仿真驗證。研究結(jié)果表明，航班時刻表優(yōu)化后，航空公司的公平性得到了顯著提高，航班平均延誤降低了3.1 min，放行正常率提高了11.21%，說明該模型和算法是有效的，為大型機場航班時刻配置和航班保障放行提供了理論支持。

關(guān)鍵詞： 航空運輸； 航班時刻優(yōu)化； 布谷鳥搜索算法； 航空公司公平性； 航班大面積延誤； SIMMOD

中圖分類號： TN911?34； U8 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）02?0006?04

Abstract： With the increase demand for flight time， it is urgent to optimize flight schedules， especially for optimization of airline flight time at busy airports. In order to resolve the problem of widespread flight delays caused by unreasonable flight plan， a flight schedule optimization model based on airline fairness is established with the premise of meeting the delay level. The cuckoo search algorithm based on particle swarm algorithm is designed to optimize the flight schedule. Taking Guangzhou Baiyun International Airport as an example， the flight schedule optimization is carried out and SIMMOD is used for simulation verification. The results show that the flight schedule optimization makes airline fairness significantly improved， the average flight delay reduced by 3.1 minutes， and the aircraft release rate increased by 11.21%， which further proves the validity of the model and algorithm， and can provide theoretical support for large airport flight time allocation and aircraft security release.

Keywords： air transportation； flight time optimization； cuckoo search algorithm； airline fairness； widespread flight delay； SIMMOD

0 引 言

隨著中國民航業(yè)的發(fā)展，航班時刻需求的日益上升，航班擁堵問題是迫切需要解決的難題。航班延誤研究中主要考慮天氣、空中交通、機場保障、旅客自身、航空公司五大因素，而在實際運行中，航班計劃不合理容易導(dǎo)致大面積延誤，卻往往被忽視。同時，航班計劃優(yōu)化的過程中未考慮航空公司公平性的問題，因此亟需開展基于航空公司公平性的航班時刻表優(yōu)化研究。中國民航空管的國情與歐美存在很大差異，因此，航班時刻需求管理問題需要采取創(chuàng)新性的思路和手段。目前，國內(nèi)外大多數(shù)學(xué)者對航班時刻資源的優(yōu)化研究主要是從戰(zhàn)術(shù)層面出發(fā)，基于空中交通流量管理部門的角度，并未觸及根本，而要從根本上解決機場航班延誤問題，就要通過需求管理，即航班時刻優(yōu)化研究[1]。繁忙機場的航班時刻對航空公司具有戰(zhàn)略意義，如果在航班正常率方面表現(xiàn)不佳就會遭致處罰甚至導(dǎo)致航班時刻被取消的嚴(yán)重后果。因此，開展航空公司延誤公平性的研究意義重大。

目前針對航班時刻需求管理的研究主要有，從市場機制角度出發(fā)的時隙資源分配方法，主要是采取擁堵收費、時隙拍賣等措施來管理航班時刻需求[2?5]。這類研究主要是通過價格來調(diào)節(jié)需求，但沒有考慮復(fù)雜而多變的機場運行特性，而且得到的優(yōu)化結(jié)果都沒有通過仿真驗證。為了解決需求管理中的問題，近期有學(xué)者針對長期班機時刻表進行優(yōu)化，站在航空公司的角度盡量降低公司對于時刻需求和管理者分配的航班時刻間的差距[6?7]，更有學(xué)者從機場群角度出發(fā)，通過多機場系統(tǒng)仿真優(yōu)化，產(chǎn)生新的航班時刻，從而降低總延誤時間[8]。基于旅客出行需求，將運輸需求管理理論原理引入航班優(yōu)化，減少機場群的航班延誤[9]。

上述研究在延誤控制和需求管理方面取得了一定的成果，但沒有考慮到航班時刻重新調(diào)整過程中航空公司的公平性。本文提出的航班時刻優(yōu)化方法，在滿足機場延誤水平的前提下，基于航空公司公平性，建立航班時刻優(yōu)化模型并設(shè)計了相應(yīng)的啟發(fā)式算法，減少航班時刻調(diào)整對航空公司和機場運行的影響，提高航空公司在機場運行的公平性的同時，降低航班延誤，從而提高放行正常率并減少航空公司和機場的損失[10]。

1 航班時刻優(yōu)化模型

航空公司公平性的主要思想是指在滿足一定的延誤水平的條件下，最小化航空公司之間的平均延誤時間，讓航班延誤的時間在時刻調(diào)整過程中盡量公平地被各航空公司承擔(dān)；采用航空公司延誤時間的偏離值作為航空公司的公平性指標(biāo)，其計算方法是航空公司的延誤平均值與所有航班延誤平均值之差的平方和[11]。endprint