航空登機過程微觀理論建模與登機策略優(yōu)化.pdf

1、航空運輸業(yè)在快速增長的同時也面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，如國際碳排放限制、石油價格波動，國際航空運輸市場內(nèi)部競爭日益激烈，其它的運輸方式，如高鐵的快速發(fā)展對運輸市場結(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，這其中一個重要的環(huán)節(jié)就是減少客機的周轉(zhuǎn)時間。作為客機周轉(zhuǎn)時間中最重要的組成部分，如何降低乘客的登機時間便是航空登機問題研究的首要目標。本論文從多個角度如登機時長、服務(wù)穩(wěn)定性、乘客滿

2、意度、可操作性等對各種登機策略進行評估，進而提出優(yōu)化的登機策略及相應(yīng)的機場管理措施，并最終為航空機場部門的規(guī)劃、設(shè)計以及運營管理提供依據(jù)。
　　論文以民航客機登機策略的優(yōu)化研究與設(shè)計為主線，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)和計算機科學(xué)等方面的知識，對登機干擾的形成及作用機理、登機理論模型，登機策略優(yōu)化等問題進行研究。論文的主要工作包括:
　　(1)航空登機過程微觀建模與策略評估。研究登機過程中的乘客流特

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

4、如Steffen策略）比其它傳統(tǒng)的登機策略(如Back-to-front，Random)更加的省時，且具有較高的穩(wěn)定性。
　　(2)航空登機策略優(yōu)化與設(shè)計。本研究提出了兩種提高登機效率的方法:其一，首先采用模擬退火算法找出確定性登機模型下的局部最優(yōu)登機序列，進而給出可行的乘客登機優(yōu)化序列。在此基礎(chǔ)上，同時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)目的快速登機策略;其二，鑒于乘客的登機與離機

5、過程均是客機周轉(zhuǎn)時間的重要組成部分，故將乘客的離機過程考慮進來，將其視為登機過程的逆過程，在綜合考慮兩者特點的基礎(chǔ)上設(shè)計出耦合的登機-離機策略組合，以期望整體效率達到最優(yōu);利用基于元胞自動機的乘客登機及離機仿真模型，從多個角度出發(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時間，方法2不但可以使得登機與離機過程更加緊湊，還保證了公平性。
　　(3)乘客座位選擇偏好分析及自

6、由登機建模。以多家廉價航空采用的自由登機策略為研究對象，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，建立乘客自由登機過程的元胞自動機模型，利用該模型重現(xiàn)實際的登機過程并分析模型中各參數(shù)對登機時間的影響程度;此外，本章提出了若干改進的類似于Back-to-front策略的分組自由登機策略，數(shù)值仿真結(jié)果驗證了該類策略的有效性

7、。
　　(4)基于粒子跳躍模型的登機延誤機理研究。為進一步分析影響登機時間各因素間的非線性關(guān)系，探求登機過程阻塞形成及消散的微觀機理，可將航空登機過程等效為一個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，研究從兩個角度展開:一是忽略粒子的跳躍速度，主要研究平均登機時間與機艙座位分布、登機序列以及擁擠系數(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，并將登機過程視為在一個一維通道上的粒子隨機排它過程，粒子以一定的比率進入通

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)果表明在登機過程中存在自由流、擁擠流以及最大流。
　　(5)等效航空登機實驗設(shè)計?？紤]到組織實際的登機實驗有諸多條件限制，本文利用相似性原理，使用一個包含10行4列的單過道的大巴車代替客機，組織了登機過程的等效實驗。實驗統(tǒng)計分析了七種不同登車策略下的登車時間、時間波動性以及登車時間間隔來評價其效率。此外，實驗還檢驗了兩種離機