基于航空公司公平性的航班时刻表优化研究

王倩+翟文鹏

摘 要： 随着航班时刻需求的增加，迫切需要优化航班时刻表，尤其是优化航空公司在繁忙机场的航班时刻。针对航班计划不合理造成的大面积延误问题，在满足延误水平的基础上，建立基于航空公司公平性的航班时刻优化模型，并设计了基于粒子群算法的布谷鸟搜索算法进行航班时刻表优化。以广州白云国际机场为例进行航班时刻表优化，并应用SIMMOD进行仿真验证。研究结果表明，航班时刻表优化后，航空公司的公平性得到了显著提高，航班平均延误降低了3.1 min，放行正常率提高了11.21%，说明该模型和算法是有效的，为大型机场航班时刻配置和航班保障放行提供了理论支持。

关键词： 航空运输； 航班时刻优化； 布谷鸟搜索算法； 航空公司公平性； 航班大面积延误； SIMMOD

中图分类号： TN911?34； U8 文献标识码： A 文章编号： 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

随着中国民航业的发展，航班时刻需求的日益上升，航班拥堵问题是迫切需要解决的难题。航班延误研究中主要考虑天气、空中交通、机场保障、旅客自身、航空公司五大因素，而在实际运行中，航班计划不合理容易导致大面积延误，却往往被忽视。同时，航班计划优化的过程中未考虑航空公司公平性的问题，因此亟需开展基于航空公司公平性的航班时刻表优化研究。中国民航空管的国情与欧美存在很大差异，因此，航班时刻需求管理问题需要采取创新性的思路和手段。目前，国内外大多数学者对航班时刻资源的优化研究主要是从战术层面出发，基于空中交通流量管理部门的角度，并未触及根本，而要从根本上解决机场航班延误问题，就要通过需求管理，即航班时刻优化研究[1]。繁忙机场的航班时刻对航空公司具有战略意义，如果在航班正常率方面表现不佳就会遭致处罚甚至导致航班时刻被取消的严重后果。因此，开展航空公司延误公平性的研究意义重大。

目前针对航班时刻需求管理的研究主要有，从市场机制角度出发的时隙资源分配方法，主要是采取拥堵收费、时隙拍賣等措施来管理航班时刻需求[2?5]。这类研究主要是通过价格来调节需求，但没有考虑复杂而多变的机场运行特性，而且得到的优化结果都没有通过仿真验证。为了解决需求管理中的问题，近期有学者针对长期班机时刻表进行优化，站在航空公司的角度尽量降低公司对于时刻需求和管理者分配的航班时刻间的差距[6?7]，更有学者从机场群角度出发，通过多机场系统仿真优化，产生新的航班时刻，从而降低总延误时间[8]。基于旅客出行需求，将运输需求管理理论原理引入航班优化，减少机场群的航班延误[9]。

上述研究在延误控制和需求管理方面取得了一定的成果，但没有考虑到航班时刻重新调整过程中航空公司的公平性。本文提出的航班时刻优化方法，在满足机场延误水平的前提下，基于航空公司公平性，建立航班时刻优化模型并设计了相应的启发式算法，减少航班时刻调整对航空公司和机场运行的影响，提高航空公司在机场运行的公平性的同时，降低航班延误，从而提高放行正常率并减少航空公司和机场的损失[10]。

1 航班时刻优化模型

航空公司公平性的主要思想是指在满足一定的延误水平的条件下，最小化航空公司之间的平均延误时间，让航班延误的时间在时刻调整过程中尽量公平地被各航空公司承担；采用航空公司延误时间的偏离值作为航空公司的公平性指标，其计算方法是航空公司的延误平均值与所有航班延误平均值之差的平方和[11]。endprint