航空登機(jī)過程微觀理論建模與登機(jī)策略優(yōu)化.pdf

1、航空運(yùn)輸業(yè)在快速增長的同時(shí)也面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，如國際碳排放限制、石油價(jià)格波動，國際航空運(yùn)輸市場內(nèi)部競爭日益激烈，其它的運(yùn)輸方式，如高鐵的快速發(fā)展對運(yùn)輸市場結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重大影響。如何利用現(xiàn)有的航空管理資源，提高運(yùn)營效率和服務(wù)能力成為各航空公司降低成本的有效途徑之一，這其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是減少客機(jī)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。作為客機(jī)周轉(zhuǎn)時(shí)間中最重要的組成部分，如何降低乘客的登機(jī)時(shí)間便是航空登機(jī)問題研究的首要目標(biāo)。本論文從多個(gè)角度如登機(jī)時(shí)長、服務(wù)穩(wěn)定性、乘客滿

2、意度、可操作性等對各種登機(jī)策略進(jìn)行評估，進(jìn)而提出優(yōu)化的登機(jī)策略及相應(yīng)的機(jī)場管理措施，并最終為航空機(jī)場部門的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及運(yùn)營管理提供依據(jù)。
　　論文以民航客機(jī)登機(jī)策略的優(yōu)化研究與設(shè)計(jì)為主線，仿真方法與解析方法相結(jié)合，綜合利用系統(tǒng)科學(xué)、交通工程學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等方面的知識，對登機(jī)干擾的形成及作用機(jī)理、登機(jī)理論模型，登機(jī)策略優(yōu)化等問題進(jìn)行研究。論文的主要工作包括:
　　(1)航空登機(jī)過程微觀建模與策略評估。研究登機(jī)過程中的乘客流特

3、性以及相互干擾特征，明確影響航空登機(jī)時(shí)間的主要因素及其相互關(guān)系，確定各因素對登機(jī)時(shí)間的影響程度;提出合理假設(shè)，建立了基于元胞自動機(jī)的乘客登機(jī)仿真模型并標(biāo)定了模型中的特征參數(shù);通過數(shù)值模擬探討了多種因素對登機(jī)演化行為的影響，并對實(shí)際登機(jī)過程中發(fā)生的阻塞及傳播現(xiàn)象進(jìn)行了分析;選取若干典型的登機(jī)策略，在數(shù)值試驗(yàn)的基礎(chǔ)上深入研究了現(xiàn)有各個(gè)策略的效率，從策略的高效性、穩(wěn)定性以及可操作性等多方面對登機(jī)策略的優(yōu)劣進(jìn)行了評估。結(jié)果表明，優(yōu)化的登機(jī)策略（

4、如Steffen策略）比其它傳統(tǒng)的登機(jī)策略(如Back-to-front，Random)更加的省時(shí)，且具有較高的穩(wěn)定性。
　　(2)航空登機(jī)策略優(yōu)化與設(shè)計(jì)。本研究提出了兩種提高登機(jī)效率的方法:其一，首先采用模擬退火算法找出確定性登機(jī)模型下的局部最優(yōu)登機(jī)序列，進(jìn)而給出可行的乘客登機(jī)優(yōu)化序列。在此基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮到乘客處理行李環(huán)節(jié)導(dǎo)致的過道沖突是造成登機(jī)延誤的主要因素，提出考慮乘客攜帶行李數(shù)目的快速登機(jī)策略;其二，鑒于乘客的登機(jī)與離機(jī)

5、過程均是客機(jī)周轉(zhuǎn)時(shí)間的重要組成部分，故將乘客的離機(jī)過程考慮進(jìn)來，將其視為登機(jī)過程的逆過程，在綜合考慮兩者特點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出耦合的登機(jī)-離機(jī)策略組合，以期望整體效率達(dá)到最優(yōu);利用基于元胞自動機(jī)的乘客登機(jī)及離機(jī)仿真模型，從多個(gè)角度出發(fā)來評估上述兩種新策略的有效性，并最終給出策略實(shí)施的一些可行方案。數(shù)值結(jié)果表明上述方法1可以有效的降低登機(jī)時(shí)間，方法2不但可以使得登機(jī)與離機(jī)過程更加緊湊，還保證了公平性。
　　(3)乘客座位選擇偏好分析及自

6、由登機(jī)建模。以多家廉價(jià)航空采用的自由登機(jī)策略為研究對象，建立合理的基于乘客座位偏好的自由選座模型。首先研究乘客在登機(jī)過程中的選座行為，分析座位空間位置對乘客偏好的影響程度，建立基于Logit的座位選擇模型;在此基礎(chǔ)上，建立乘客自由登機(jī)過程的元胞自動機(jī)模型，利用該模型重現(xiàn)實(shí)際的登機(jī)過程并分析模型中各參數(shù)對登機(jī)時(shí)間的影響程度;此外，本章提出了若干改進(jìn)的類似于Back-to-front策略的分組自由登機(jī)策略，數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證了該類策略的有效性

7、。
　　(4)基于粒子跳躍模型的登機(jī)延誤機(jī)理研究。為進(jìn)一步分析影響登機(jī)時(shí)間各因素間的非線性關(guān)系，探求登機(jī)過程阻塞形成及消散的微觀機(jī)理，可將航空登機(jī)過程等效為一個(gè)簡單的粒子跳躍過程。根據(jù)對粒子移動速度假設(shè)的不同，研究從兩個(gè)角度展開:一是忽略粒子的跳躍速度，主要研究平均登機(jī)時(shí)間與機(jī)艙座位分布、登機(jī)序列以及擁擠系數(shù)等因素之間的關(guān)系;二是考慮粒子在過道中的移動速度，并將登機(jī)過程視為在一個(gè)一維通道上的粒子隨機(jī)排它過程，粒子以一定的比率進(jìn)入通

8、道，在通道中移動，并最終在邊界處被移除。該模型用來描述通道中粒子的運(yùn)動特性，以及擁擠形成及消散的過程，數(shù)值結(jié)果表明在登機(jī)過程中存在自由流、擁擠流以及最大流。
　　(5)等效航空登機(jī)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)?？紤]到組織實(shí)際的登機(jī)實(shí)驗(yàn)有諸多條件限制，本文利用相似性原理，使用一個(gè)包含10行4列的單過道的大巴車代替客機(jī)，組織了登機(jī)過程的等效實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析了七種不同登車策略下的登車時(shí)間、時(shí)間波動性以及登車時(shí)間間隔來評價(jià)其效率。此外，實(shí)驗(yàn)還檢驗(yàn)了兩種離機(jī)