150506-停机坪运行管理

停机坪运行管理的相关问题•停机位指派问题•停机位容量问题•停机位作业问题•每一个问题尽可能将其抽象成数学模型，既介绍实际运行，又可回归理论，希望同学们课后认真完成相关作业。停机位指派问题•停机位指派问题（GateAssignmentProblem,GAP）是指在给定的作业时间窗内，考虑机型和停机位类型、航班时刻等因素，指派进港飞机到有限的停机位上实现停靠，以保证客货的有效衔接。•停机位指派的结果包括指派给航班的停机位和占用该停机位的时间，是经典指派问题的一种变形，其中被指派者是停机位，任务是待指派机位的航班。•机位指派的特殊之处在于：任务比被指派者多；任务和被指派者数量随时间变化等。•停机位指派包括预指派和实时指派两种–预指派是在第一天根据第二天的航班计划为第二天做好的机位指派计划–实时指派是指由于航班的延误等原因，原来制定的机位指派计划不能正常执行时，所进行的机位调度，目的是保障航班和停机位指派计划尽快恢复正常，减少航班延误。•机位指派的基本约束主要包括：–航班停靠时，必须被分配且仅能被分配到一个停机位；–同一时间段，同一个停机位最多能停靠一个航班；–应满足最短过站时间要求（MCT）。即一架飞机开始停靠停机位到结束停靠停机位的时间，不能短于这种机型飞机的最短地面服务时间；–应满足同机位安全间隔时间约束。即停靠同一停机位的衔接航班，前后航班之间应保持一定的时间间隔；–机型与机位相互匹配约束。即大型航班只能停靠大型停机位，不能停靠到中型或小型停机位；中型航班可以停靠中型和大型机位；小型航班可以停靠所有的机位。•附加约束条件包括：–指派优先级别•正班航班优先于加班航班，加班航班优先于补班航班或公务机；•客机优先于货机；•转场前后航班的航线性质的航班优先级别从高到低依次为：国际转国际、国际转国内、国内转国际、国内转国内。–相邻机位的空间停靠约束•无需考虑•为什么？•其他特殊约束。–①航班过夜约束，此时机位指派不仅要考虑当天的到港情况，还要考虑次日出港以及地面服务和检修等情况。•如果不考虑，将会发生什么情况？能否举例说明？•这样做的目的是什么？•请参考首都机场实例——海航的国内航班和国际航班–②小机位合并停靠大机型约束，即当有大机型航班需要停靠，机场的大机位没有空闲而某些相邻小机位有空闲时，通过合并小机位来停靠大机型航班。•请参考虹桥机场的实例•这种机位合并在标志上有何特殊之处？•采用这种合并在机场规划或者运行方面有何意义？–③飞机故障约束，即机位指派时需根据飞机的故障类型，确定飞机停靠远机坪、维修机坪或桥位机坪，以减少故障航班占用桥位的时间。•停机位指派的目标函数多种多样–从方便旅客的角度出发——旅客步行距离最短–从提高机场的桥位利用率角度出发——所有桥位的空闲时间最短–从桥位空闲时间间隔均衡的角度出发——机位空闲时间的方差最小–从减少航班延误的角度出发——所有航班的延误时间最短•下面我们考虑一个非常抽象的小规模算例，以理解模型的目标函数和约束条件，课后同学们可以尝试求解这个问题。–规模比较小–考虑约束相对简单–本科生暂不考虑时间窗约束和实时指派•假设–某枢纽机场•枢纽的标志是什么？•目标函数选择什么？–出港航班已经分配停机位，进港航班尚未分配–登机口和停机位的关系为一对一关系–虚拟中转假设•引进虚拟航班和虚拟停机位•认为以该机场为始发地的旅客，是从虚拟航班上中转而来•以该机场为目的地的旅客是中转到虚拟航班去•这样所有的旅客都成为中转旅客。问题的提出15个停机位，10个出港，5个进港3,4,10,11,15这5个机位安排给进港•已知条件1•已知条件2衔接航班出港登机口123456789101112141516F15510815821082054093F252141994232273840F3100491344435584911F448541041002419124F54119963144210351出港航班登机口12345678910111214151632010-10205040304050607080901004302010-10403040506070809010011010304050607040302010-10203040501140506070805040302010-10203040157080901001108070605040302010-10各航班中转旅客的流量和流向登机口间距离矩阵•如果航班F1被安排在停机位3，则航班全体中转旅客的步行距离为多少？若是停机位4呢？以此类推，我们可以得到以下的中转旅客步行距离矩阵。衔接航班出港登机口34101115进港航班F143204780368043806940F242604470313032205390F344904820358037705040F429703270255026303890F518202070259030204430•对于上述问题，如何来建立目标模型和约束条件呢？–运筹学的指派理论–指派模型的关键是什么？•任务和被指派者•2下标法–约束条件我们不考虑时间窗的设置•机位的约束•航班的约束1,31,45,15min432047804430FFF1,31,41,101,111,151FFFFFXXXXX1,32,33,34,35,31FFFFFXXXXX以此类推，多少个变量和多少个约束条件？•25个0-1型决策变量和10个约束条件•求解方法–Lingo软件求解•求解结果=16980米航班登机口F110F211F315F43F54•能否将上述模型一般地抽象？,,,,,min:1,;1,;{0,1},,ijijiFjGijjGijiFijfcxsubjecttoxiFxjGxiFjG•特殊情况的处理–登机口有限制–登机口过剩–登机口不够•登机口有限制–例如假设登机口3和4因为大小关系不能停靠航班F5的飞机，在解题模型中我们就要增加约束条件式（5）和式（6），防止登机口3和4分配给航班F5使用。5,30FX5,40FX•登机口有限制的优化方案=18440米航班登机口F13F211F315F44F510•登机口过剩–候机楼共有15个登机口（1—16号），现在已经停靠了10架飞机在做出港准备，还会有另外4个航班进港需要停靠在候机楼其余的登机口。假定这些航班分别为F1、F2、F3和F4，每个航班上均有需要衔接其他航班的乘客。,1,ijiFxjG1,32,33,34,31FFFFXXXX衔接航班出港登机口进港航班123456789101112141516F15510815821082054093F252141994232273840F3100491344435584911F448541041002419124出港航班登机口123456789101112141516进港航班登机口32010-10205040304050607080901004302010-10403040506070809010011010304050607040302010-10203040501140506070805040302010-10203040157080901001108070605040302010-10衔接航班出港登机口34101115进港航班F143204780368043806940F242604470313032205390F344904820358037705040F429703270255026303890•登机口过剩的优化方案航班登机口F13F211F310F44•登机口不够–可以把飞机行为按其特性分成三个部分：进港、等待和离港（进港是指飞机到达机场后停靠登记口卸下旅客和货物邮件这一时间段；等待是指飞机在卸下旅客和货物邮件后到下次装载旅客和货物邮件前这一时间段；离港是指飞机装载旅客和货物邮件后直至离开登机口起飞这一时间段）。–然后按其行为特性分配停机位，如先给某航班进港提供登机口，进港结束后用拖车把飞机转移到远机位，把登记口让给下一航班用于进港或出港，然后等该飞机要求离港时再为其分配可用登记口。因为进港和离港其实只占飞机在机场停留时间的一小部分，所以在飞机行为分开后，把其中较大一部分不需要使用登机口的时间分离出来，如此就能提高登机口的利用率，增强机场保障能力。停机坪容量问题•已经介绍了各种各样的容量–单跑道容量–多跑道容量–滑行道容量–航站楼容量停机坪容量问题•机位资源容量–机位资源的个数和等级（B/C/D/E/F）•保障设备容量–区域设备•例如牵引车–流动设备•例如加油车•保障人员容量–驾驶人员•例如摆渡车司机–作业人员•例如清洁人员•对于停机位航班保障–旅客几乎不可能体验保障作业是否延误，而机场作为飞行区的管理者和监督者应该关注•航空公司原因已成为航班不正常原因的主因，航班地面保障延误也占有较大比例。•缩短地面保障时间，能够提高停机位资源的利用率，为更多的航班服务•涉及到对机场航班放行正常率的考核–局方明确表示：»对于机场航班放行正常率高于行业平均水平、大面积航班延误处置有效的机场，在机场改扩建资金、增设基地公司、航权开放等方面予以政策倾斜。»机场航班放行正常率低于行业平均水平的，要限制其增设基地公司、航权开放、新开航线，减少该机场的航班量。•本章仅讲述停机位资源容量问题停机位容量问题•同学们首先请思考停机位具有哪些属性？–近机位/远机位•是否使用廊桥•有一种特例：国际中转国内，或国内中转国际–机型类别B/C/D/E/F•主要根据停靠最大机型的翼展–国际/国内•与航站楼的流程相互对应•远机位是否区分？–航空公司•这样做的好处是什么？–从空侧和陆侧两个角度出发–加油方式•关于停机坪/停机位系统的容量，可以分为静态容量和动态容量。–静态容量用机场现有停机位总数来表示，它给出了任意时刻可以同时停靠的最大飞机架次。–动态容量是指在连续需求下，所有停机位每小时可以服务飞机的最大架次，它可以用飞机占用停机位时间的加权平均值的倒数来计算。•静态容量的影响因素–投入资源量–每服务对象同时占用资源量–资源可用性–资源利用率•动态容量的影响因素–服务对象占用资源的时间–资源作业效率•下面讲述二种停机位容量计算的公式或者方法，可以相互比较二种计算方法。•第一种方法的计算公式如下:1NkkCCkkkkTNuC1kikikiTPT设有N种类型的停机位Nk为第k类停机位的数量Ck为第k类停机位容量uk为第k类停机位的利用率Tk为第k类停机位的平均被占用时间Pi为i类飞机停靠k类机位的航班量占k类机位航班总量的比例为第i类飞机对第k类停机位的平均占用时间ikT•某机场共有28个桥位，服务于C、D、E三类飞机–C类机位停靠各类机型航班的比例分别是100%、0%、0%，平均占用停机位时间分别是1小时、0小时、0小时；–D类机位停靠各类机型的航班的比例分别是20%、80%、0%，平均占用停机位时间分别是58分钟、1.5小时、0小时；–E类机位停靠各类机型的航班的比例分别是10%、20%、70%，平均占用停机位时间分别是55分钟、1.4小时和2小时。–三类停机位分别有12个、6个和10个，利用率分别是0.8、0.77、0.8•试求停机坪的容量。•对于C类机位1111111iiiTPT6.91128.01111TNuC（小时）（个/小时）39.15.18.097.02.02122iiiTPT3.339.1677.02222TNuC对于D类机位，由于（个/小时）（小时）D类机位的容量为87.127.04.12.092.01.03133iiiTPT3.487.1108.03333TNuC对于E类机位，由于（小时）E类机位的容量为（个/小时）该机场28个停机位平均每小时可停靠17个航班，如果一天开放14个当量小时，那么一天可停靠238个航班，年吞吐量可达千万人次。所以停机坪总容量等于C=C1+C2+C3=9.6+3.3+4.3