航空登机过程微观理论建模与登机策略优化

【类型】学位论文

【作者】强生杰 

【关键词】 登机策略,航空登机问题,机场管理,元胞自动机模型,行人流,蒙特卡洛模拟,座位偏好

【摘要】航空运输业在快速增长的同时也面临着严峻挑战,如国际碳排放限制、石油价格波动,国际航空运输市场内部竞争日益激烈,其它的运输方式,如高铁的快速发展对运输市场结构产生的重大影响。如何利用现有的航空管理资源,提高运营效率和服务能力成为各航空公司降低成本的有效途径之一,这其中一个重要的环节就是减少客机的周转时间。作为客机周转时间中最重要的组成部分,如何降低乘客的登机时间便是航空登机问题研究的首要目标。本论文从多个角度如登机时长、服务稳定性、乘客满意度、可操作性等对各种登机策略进行评估,进而提出优化的登机策略及相应的机场管理措施,并最终为航空机场部门的规划、设计以及运营管理提供依据。论文以民航客机登机策略的优化研究与设计为主线,仿真方法与解析方法相结合,综合利用系统科学、交通工程学和计算机科学等方面的知识,对登机干扰的形成及作用机理、登机理论模型,登机策略优化等问题进行研究。论文的主要工作包括:(1)航空登机过程微观建模与策略评估。研究登机过程中的乘客流特性以及相互干扰特征,明确影响航空登机时间的主要因素及其相互关系,确定各因素对登机时间的影响程度;提出合理假设,建立了基于元胞自动机的乘客登机仿真模型并标定了模型中的特征参数;通过数值模拟探讨了多种因素对登机演化行为的影响,并对实际登机过程中发生的阻塞及传播现象进行了分析;选取若干典型的登机策略,在数值试验的基础上深入研究了现有各个策略的效率,从策略的高效性、稳定性以及可操作性等多方面对登机策略的优劣进行了评估。结果表明,优化的登机策略(如Steffen策略)比其它传统的登机策略(如Back-to-front,Random)更加的省时,且具有较高的稳定性。(2)航空登机策略优化与设计。本研究提出了两种提高登机效率的方法:其一,首先采用模拟退火算法找出确定性登机模型下的局部最优登机序列,进而给出可行的乘客登机优化序列。在此基础上,同时考虑到乘客处理行李环节导致的过道冲突是造成登机延误的主要因素,提出考虑乘客携带行李数目的快速登机策略;其二,鉴于乘客的登机与离机过程均是客机周转时间的重要组成部分,故将乘客的离机过程考虑进来,将其视为登机过程的逆过程,在综合考虑两者特点的基础上设计出耦合的登机-离机策略组合,以期望整体效率达到最优;利用基于元胞自动机的乘客登机及离机仿真模型,从多个角度出发来评估上述两种新策略的有效性,并最终给出策略实施的一些可行方案。数值结果表明上述方法1可以有效的降低登机时间,方法2不但可以使得登机与离机过程更加紧凑,还保证了公平性。(3)乘客座位选择偏好分析及自由登机建模。以多家廉价航空采用的自由登机策略为研究对象,建立合理的基于乘客座位偏好的自由选座模型。首先研究乘客在登机过程中的选座行为,分析座位空间位置对乘客偏好的影响程度,建立基于Logit的座位选择模型;在此基础上,建立乘客自由登机过程的元胞自动机模型,利用该模型重现实际的登机过程并分析模型中各参数对登机时间的影响程度;此外,本章提出了若干改进的类似于Back-to-front策略的分组自由登机策略,数值仿真结果验证了该类策略的有效性。(4)基于粒子跳跃模型的登机延误机理研究。为进一步分析影响登机时间各因素间的非线性关系,探求登机过程阻塞形成及消散的微观机理,可将航空登机过程等效为一个简单的粒子跳跃过程。根据对粒子移动速度假设的不同,研究从两个角度展开:一是忽略粒子的跳跃速度,主要研究平均登机时间与机舱座位分(?)、登机序列以及拥挤系数等因素之间的关系;二是考虑粒子在过道中的移动速度,并将登机过程视为在一个一维通道上的粒子随机排它过程,粒子以一定的比(?)进入通道,在通道中移动,并最终在边界处被移除。该模型用来描述通道中粒子的运动特性,以及拥挤形成及消散的过程,数值结果表明在登机过程中存在自(?)流、拥挤流以及最大流。(5)等效航空登机实验设计。考虑到组织实际的登机实验有诸多条件限制,本文利用相似性原理,使用一个包含10行4列的单过道的大巴车代替客机,组织了登机过程的等效实验。实验统计分析了七种不同登车策略下的登车时间、时间波动性以及登车时间间隔来评价其效率。此外,实验还检验了两种离机策略的离机效果。实验结果验证了本论文提及的Steffen-lug,CRBF策略是高效的。实验结果也表明了登机条件(如允许乘客携带行李的数目)对登机、离机策略选择的重要性。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京交通大学

【学位授予年度】2017

【导师姓名】贾斌

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