基于动态列生成算法的飞机排班问题研究

飞机排班是航空运输生产计划的重要环节,对航空公司的正常运营和整体效益有着决定性影响;飞机排班通常构建为大规模整数规划问题,是航空运筹学研究的重要课题,构建的模型属于严重退化的NP-Hard问题.在考虑对多种机型的飞机进行排班时,大大增加了问题的复杂性.针对航空公司实际情况,建立多种机型的飞机排班模型;为实现模型的有效求解,提出了基于约束编程的动态列生成算法;即用约束编程快速求解航班连线(航班串)并计算航班串简约成本,动态选择列集并与限制主问题进行迭代.最后,利用国内某航空公司干线航班网络实际数据验证模型和算法的有效性.     

基于航班时空网络模型的网络型机队随机规划方法

为了解决传统基于航班机型分配机队规划法无法准确反映枢纽航线网络下网络效应随机特性问题,将旅客收益网络优化模型合并入航班时空网络数学模型中构建航空公司网络型机队规划方法.在模拟航空公司枢纽网络运营环境(航线网络、航班计划、旅客需求与平均票价水平等)基础上,构建航班时空网络模型并划分行程结构需求情景集,以各机型飞机数为自由变量,将任一需求情景下机型飞机数等于相应自由变量视为非预期约束,构建以机队期望运营利润最大化为目标函数的网络型机队规划随机情景模型,并设计以"完成所需飞机数最少"为第一阶段,以"情景汇聚算法优化机队结构"为第二阶段的两阶段算法求解该模型.算例仿真结果表明,与基于航班机型分配的收益摊销型机队规划法相比较,网络型机队规划法的机队期望运营利润增加了17.1%;与"确定性"需求下的机队规划法相比较,网络型机队规划法的机队期望运营利润增加了1.7%.结果表明,设计的机队规划法能够更好的适应枢纽航线网络运营环境,且结果稳定性更高.     

基于支持向量回归机的民航发动机可调放气阀门工作基线的研究

可调放气阀门(variable bleed valve,VBV)是民航涡扇发动机用于控制压气机空气流量,防止压气机喘振的重要机构.由于当前的民航涡扇发动机基本都由国外公司生产,航空公司无法获知发动机各工作阀门的控制原理与部件特性,因此航空公司均完全依赖国外生产厂家对阀门进行视情监控与故障诊断.采用了支持向量回归机算法(support vector regression machine,SVR),利用飞机快速存储记录器(quick access recorder,QAR)的数据,针对民航主流机型CFM56-7B发动机建立了其VBV阀门工作基线的多参数回归模型.模型经过交叉验证,其结果表明本文所构建的多参数回归模型能够较好地反映VBV阀门的工作基线,可以满足民航对VBV阀门进行监控和排故的需要.     

多机型航班恢复问题研究

主要研究了基于航班延误时间最短的航班行程规划问题,分别建立了最基本的多机型航班恢复问题模型、考虑旅客行程重新规划的航班恢复问题模型.在约束条件下,先在单机型航班恢复的基础上考虑多机型航班恢复,最后考虑基于飞机载客量的多机型航班恢复.构建时空网络模型,结合改进的分支定界法和启发式算法,确定筛选范围,调整不同的影响范围,达到较优的结果.对于多机型航班恢复问题,得到航班总延误时间为12850分钟.接着分析考虑飞机载客量的多机型航班恢复问题,分析建立的模型得到航班总延误时间为约1886650分钟.建立的模型有较好的鲁棒性,且具有较好的实用性.     

基于BP神经网络的航空公司机队可靠性评价模型

机队作为航空公司运输能力的关键,其安全性与可靠性直接影响到航空公司的经济效益.根据航空公司机队可靠性统计和数据采集方式以及实际应用情况,建立了航空公司机队可靠性评价指标体系.鉴于机队可靠性受多种复杂因素影响及各指标体系非线性等特点,结合人工神经网络基本原理和特性,提出了BP神经网络机队可靠性评价模型.最后应用该模型对航空公司机队可靠性进行了实例分析,得出了评价等级.结果表明,基于BP神经网络机队可靠性评价模型是可行的,该方法能够实现动态的评价,对提高航空公司机队可靠性评价技术水平具有现实的意义.     

登机时间最优化解决方案

为了使航空公司获得更多的利润,应该尽量缩短乘客登机时间.以AirBus公司的A320飞机为例,利用已知统计数据、Matlab软件和R语言,建立登机顺序模型,并检验其合理性,同时设计出三种更好的模型供航空公司研究和实际操作.     

基于窗口DEA和Malmquist指数的我国上市航空公司运营效率评价

运用窗口DEA模型计算和比较我国6家上市航空公司2012～2016年的相对运营效率值,进行全要素综合评价,并利用Malmquist指数模型对6家航空公司5年间的效率变化进行动态分析,将Malmquist指数分解为技术效率变动(EC)和技术变动指数(TC)分析上市航空公司效率变化的原因.研究结果表明:6家上市航空公司运营效率参差不齐,采用单一机型低成本运营的春秋航空效率最高且保持稳定,东航相对效率平均值最低且稳定性较差;研究期内航空公司全要素生产率整体呈上升趋势,但受宏观经济环境影响有所波动;各公司技术水平均有进步,技术效率变动不大.     

航班恢复规划的数学建模

针对第十四届全研究生数学建模竞赛C题的航班恢复规划问题展开研究,将多机场问题简化为双机场航班重排问题,研究了中枢机场应急关闭之后航班的规划.首先,建立了单一机型的航班恢复模型,通过飞机置换使该机型航班航班延误总时间最小.然后,引入多机型及不同机型交换成本,建立多机型,双机场的类时空网络模型,并引入航班串的概念,进一步减小航班重排后的整体延误时间.最后,增加旅客总体延误时间的考虑.进一步考虑航班之间不同机型交换带来的影响,将计划起飞时间位于18:00到22:30的航班,在21:00到22:30时间段中进行重新排列.通过Lingo计算包括航班延误,航班取消和飞机置换的方法所有航班的最小化延误.     

基于多目标规划的飞机路径恢复最优化算法研究

本文针对同一机场中同机型的多架飞机受到干扰后, 飞机路径恢复的多目标最优化问题进行研究。首先根据航空公司实际航班调整的常用原则和航班干扰管理的基本思想, 基于连接网络建立多目标规划模型, 其中两个目标按照优先级排列:第一个目标为最小化航班的最大延误时间, 第二个目标为最小化参与交换的飞机数量。然后根据该问题的航班波结构特点, 结合求解多目标规划的分层序列法, 分析优化问题的若干最优性质, 并基于快速排序算法和最小费用路算法设计出多项式算法。最后用算例验证了算法的有效性。该研究结果可以为航空公司减少航班延误提供理论和技术支持。     

面向靠桥率及道口冲突率的航班-机位指派问题优化模型及其启发式算法研究

在给定航班时刻表条件下,对于进出港航班的机位分配,除了必须满足航班、飞机和机位之间的技术性要求之外,还要考虑尽量提高整个机场的机位利用率,且方便旅客出入港及时、安全和便捷.文章以飞机机型、所属航空公司、客运/货运航班、国内/国际航班等匹配条件为约束条件,以航班-机位分配完成率、靠桥率、道口非冲突率为目标,建立了一个航班...     

基于k-means和邻域粗糙集的航空客户价值分类研究

对客户价值进行分类, 识别重要价值客户, 对航空公司获利至关重要。本文提出了基于k-means和邻域粗糙集的航空客户价值分类模型。首先, 从客户的当前价值和潜在价值双视角出发, 建立了航空客户综合价值评价指标体系; 之后, 采用基于Elbow的k-means方法对航空客户进行聚类, 采用邻域粗糙集方法对决策系统进行指标约简, 根据约简后的决策系统完成客户价值初筛。评估前先使用SMOTE方法消除数据的不平衡性, 而后采用网格搜索组合分类器的方法对航空客户价值分类的效果进行评估和检验。最后, 根据评估结果对航空客户价值细分。文末, 对国内某航空公司的62988条真实客户记录进行了实证分析和验证, 其中, 潜在VIP客户群的分类准确率达到了92%, 从而为航空客户价值分类提供了一种新思路。     

空中加油最优分配建模与实现

确定最佳空中加油方案,既有一定难度,又有重要的实用价值.本文针对加油机可以多次上天情况,对这一问题展开研究,确定了使主机飞行距离最大的空中加油方案.我们将飞机飞行过程分为出航和返航两个阶段,首先利用数学归纳法得出出航阶段的最佳加油方案;然后对返航过程建立约束方程组,求出返航阶段的最佳加油方案.利用这一模型结果可以对任意多架加油机的情况确定全程最佳加油方案.最后结合出航、返航编队及飞行姿态调整对模型作了一定范围的定量扩展,使本文的研究更具有实用价值.     

空中加油问题最大作战半径的计算

本文基于对称性与均衡分配的方法,对基地有一架主机和n架辅机的空中加油问题进行讨论分析,设计了空中加油问题的优化作战方案,给出了该方案下最大作战半径的递推公式,利用数值拟合的方法求出了最大作战半径的近似计算公式.     

飞机故障模糊诊断专家系统的研究

运用飞机专家的知识和经验,模拟飞机专家解决问题的思维方式,建立了用来查找异常原因的智能性程序系统,从而为飞机的故障诊断维修工作提供了一种科学、可行的新方法.     

Measuring air routes performance using a fractional network data envelopment analysis model

This paper aims to propose a unified framework of data envelopment analysis (DEA) model so as to facilitate legitimate comparisons of performance among the production and service processes as well as overall operations. The fractional measure network DEA (FNDEA) model is constructed by analytically stratifying the structure of an operational network according to the transport service characteristics of air routes. We compare the proposed model with separate multi-stage DEA evaluation results by using an actual data set from the domestic air routes of an airline in Taiwan. The results show that the FNDEA model is significantly different from the separate multi-stage DEA model in magnitude of performance scores. Managerial strategies for the improvement of performance for the airline are also suggested.     

Optimal dispatching strategy on an airline network after a schedule perturbation

It often happens that one or more aeroplanes from an airline fleet are taken out of operation for technical reasons and the airline has to operate on the existing network with a reduced number of planes. This paper presents the results of an effort to define a new ad hoc schedule for this situation, so that the total passenger delay on an airline network is minimized. A network is formed, in which nodes represent flights on a given airline network, and arcs are the total time losses on individual flights. The problem of determining a new routing and scheduling plan for the airline fleet is solved by branch and-bound methods. A numerical example illustrates the efficiency of the model.     

An option-based revenue management procedure for strategic airline alliances

An airline has to decide whether to accept an incoming customer request for a seat in the airplane or to reject it in hope that another customer will request the seat later at a higher price. Capacity control, as one of the instruments of revenue management, gives a solution to this decision problem. In the presence of strategic alliances capacity control changes. For the case of two airlines in the alliance and a single flight leg we propose an option-based capacity control process. The determination of booking limits for capacity control is done with real options. A simulation model is introduced to evaluate the booking process of the partner airlines within the strategic alliance, considering the option-based procedure. In an iterative process the booking limits are improved with simulation-based optimization. The results of the option-based procedure will be compared with the results of the simulation-based optimization, the results of a first-come-first-served (FCFS) approach and ex post optimal solutions.     

Airline overbooking in the multi-class case

This paper presents an airline overbooking model at a class level for one service compartment–cabin. Class level demand data is used to determine the number of bookings that can be taken for each class. The model is optimised through the use of multi-dimensional search routines. The control level model developed is tested with data supplied by Ireland's national airline, Aer Lingus. The model shows a significant improvement over previous methods employed by Aer Lingus and was subsequently adopted by the airline.     

A network model for airline cabin crew scheduling

Airline crew scheduling problems have been traditionally formulated as set covering problems or set partitioning problems. When flight networks are extended, these problems become more complicated and thus more difficult to solve. From the current practices of a Taiwan airline, whose work rules are relatively simple compared to many airlines in other countries, we find that pure network models, in addition to traditional set covering (partitioning) problems, can be used to formulate their crew scheduling problems. In this paper, we introduce a pure network model that can both efficiently and effectively solve crew scheduling problems for a Taiwan airline using real constraints. To evaluate the model, we perform computational tests concerning the international line operations of a Taiwan airline.