【正文】 PPPP1P12都包含它，這些航班環(huán)只能執(zhí)行一個，不能同時都執(zhí)行，否則航班110將被執(zhí)行多次。對于周期是兩天的航班環(huán)，每天應執(zhí)行兩個（兩架飛機來飛），三天周期的航班環(huán)每天需執(zhí)行三個，需要三架飛機來飛。這里的銜接條件至少有兩個：一個是后一個航班的出發(fā)機場與前一個航班的到達機場相同；另一個是后一個航班的出發(fā)時間大于前一個航班的到達時間，并且間隔大于規(guī)定的最小值。221 一個例子和問題的提出 例21 某小型航空公司一周的航班計劃如表21所示，機組基地機場是A、C和D，現(xiàn)在要為該航空公司的機組人員排班。難解性引起的困難只有對大規(guī)模的優(yōu)化問題才凸現(xiàn)出來，甚至成為解決問題難以逾越的障礙，不得以放棄最優(yōu)解的獲得，退而求其次，用啟發(fā)式算法獲得次優(yōu)解或滿意解。133 航空運輸規(guī)劃的內容l 市場計劃、機隊規(guī)劃和航線網(wǎng)絡規(guī)劃，這些屬于航空公司的戰(zhàn)略層次。根據(jù)規(guī)劃的層次分類，可以分為戰(zhàn)略規(guī)劃、戰(zhàn)術規(guī)劃和運行規(guī)劃。那么航空公司的核心競爭力體現(xiàn)在哪里呢？應當體現(xiàn)在運輸規(guī)劃的核心技術上，和掌握了這些核心技術的技術人員上。生產(chǎn)能力不足，產(chǎn)生需求溢出，生產(chǎn)能力偏大，可能吸引其他運輸模式的運輸需求，因此需求不完全是外生變量。如果生產(chǎn)能力大于運輸需求，則由于運輸產(chǎn)品不能存儲，多余的生產(chǎn)能力將浪費掉；如果生產(chǎn)能力小于運輸需求，那么將會有部分需求得不到滿足，導致需求溢出(Spilled Demand)，降低航空運輸系統(tǒng)的服務質量，影響航空運輸系統(tǒng)的公眾形象，被溢出的旅客將轉向其他交通模式，因而進一步影響航空運輸系統(tǒng)的競爭能力。根據(jù)自己管制的扇區(qū)容量和扇區(qū)內飛機流量情況，管制員決定飛機通過某定位點的順序以及同一航路上前后兩架飛機的間隔，保障飛機的安全飛行。這里也是機場與航空公司和空管部門進行協(xié)調，解決問題的部門。生產(chǎn)發(fā)生一般性問題，由運控中心領導與有關部門代表協(xié)商解決。123 航空運輸運行 有了航空運輸計劃和運輸生產(chǎn)組織體系，接下來是航空運輸生產(chǎn)運行。 圖12 機場子系統(tǒng)旅客進出港作業(yè)流程出發(fā)貨郵到達機場后首先在陸側進入貨站，對貨物進行分理、裝箱、打包、過磅、安檢等服務，然后使用機場平板車進入停機坪裝機。為此應當對機場高速的車輛結構和數(shù)量進行調研、預測和評估，為規(guī)劃停車場面積、道邊長度和寬度以及公交車車站提供依據(jù)。因此航空運輸組織是完成運輸任務的流程、章程和法規(guī)。本節(jié)簡要介紹這三要素。圖11 航空運輸系統(tǒng)航空公司是運輸生產(chǎn)的主體，是航空運輸系統(tǒng)直接面對旅客或貨主的最主要部分，旅客的不滿幾乎全部撒向航空公司，即使延誤是由惡劣天氣或飛機流量管理造成的，也會造成旅客對航空公司的抱怨。航空運輸規(guī)劃學 2008年10月第一章 緒論11 航空運輸系統(tǒng)概述航空運輸系統(tǒng)由航空公司子系統(tǒng)、機場子系統(tǒng)和空管子系統(tǒng)組成。旅客通過與航空公司接觸的界面感受航空公司的服務質量，包括機票銷售、航站樓服務和機上服務等，但航空公司的服務質量取決于服務鏈上的每個環(huán)節(jié)，從機隊規(guī)劃（機型的選擇）、航線規(guī)劃、航班計劃、機務維修到運行控制，甚至為旅客服務的信息系統(tǒng)，處處都體現(xiàn)出航空公司的服務水平和服務質量。121 航空運輸計劃航空運輸計劃的主體是航空公司，航空公司將制定好的航班計劃提交給相關機場和空管局，機場和空管局在此基礎上形成自己的航班計劃。機場是航空運輸活動的主要場所，圖12是機場子系統(tǒng)的進出港流程圖。對于出發(fā)旅客，機場陸側指從值機大廳入口到登機口（又叫閘口）的部分，其間提供的服務有值機、安檢、候機、登機等，對于國際旅客還必須提供海關、邊防檢查等服務；對于到達旅客，機場陸側指從旅客到達入口到迎客廳出口的部分，其間提供的服務主要是行李認領和迎客，對于國際到達旅客，還提供邊防、海關和動植物檢驗等服務；對于中轉的旅客，是指航站樓中辦理換取登機牌和提供中轉候機服務的部分。到達貨郵到達機場后首先卸機，然后通過場面運輸進入貨站，進行分理后，再通過機場陸路到達系統(tǒng)運輸?shù)阶罱K目的地。航空運輸運行包括航空公司運行、機場運行和空中交通管理三部分。這里還有公司的值班領導，生產(chǎn)運行一旦發(fā)生重大問題，由公司領導牽頭，各部門代表會商解決，必要時須與機場監(jiān)控中心（指揮處）以及空管部門協(xié)商解決。空管部門根據(jù)航班計劃和跑道容量、空域容量等對空中交通流量進行管理，保障飛機安全有序飛行。13 航空運輸規(guī)劃概述131 航空運輸規(guī)劃定義和意義如前所述，計劃是航空運輸生產(chǎn)的依據(jù)和出發(fā)點，而規(guī)劃則是為實現(xiàn)預定目標對未來的行動做出的計劃。因此必須對航空運輸?shù)男枨笞龀鲱A測和評估，然后對生產(chǎn)能力做出科學的安排，這就是航空運輸規(guī)劃必須解決的問題。航空運輸規(guī)劃不但直接影響航空運輸系統(tǒng)運行的效率和安全，還是航空運輸系統(tǒng)競爭能力和決策水平的體現(xiàn)。在先進的航空公司，Ramp。一般地”Planning”是戰(zhàn)略層次的，”Scheduling”是戰(zhàn)術層次到運行操作層次的規(guī)劃。l 航班計劃、航材管理計劃、飛機維修計劃和排班、機組人員排班，這些是戰(zhàn)術層次的。航空運輸規(guī)劃所遇到的整數(shù)規(guī)劃問題幾乎全是大規(guī)模的，因此需要對其作專門介紹。對于周一到周五每天都飛的航班，叫做日周期航班(Daily Flight)。本例中我們要求在同一個航班環(huán)中，前后兩航班的銜接時間間隔不小于40分鐘。表22 可選擇的航班環(huán)航班環(huán)第一天第二天第三天飛行小時基地機場P1110121120130重復重復AP2110123120130重復重復AP3110121122重復重復AP4110123122重復重復AP5112121120130重復第一天AP6112121122重復第一天AP7120130112121重復第一天CP8122112123重復第一天CP9120130112123重復第一天CP10122112121重復第一天CP11130110123120重復第一天DP12130110121120重復第一天DP13130112121120D 設決策變量，等于0表示不飛航班環(huán)Pi，等于1表示飛航班環(huán)Pi。因此對于其他航班，也有類似的約束條件，對于本問題一共有7個同類的約束條件。有時由于航班計劃在時間上的安排協(xié)調不夠，導致某些航班在當?shù)貦C場沒有機組去執(zhí)行，這時上述模型無可行解。集合分割問題可以用數(shù)學模型表述如下：(21)其中=0或1，是一個示性算子，即當子集合Aj 含有元素i時為1，否則為0。一般的整數(shù)規(guī)劃問題可以這樣定義：定義21 凡規(guī)定某些決策變量取整數(shù)值的數(shù)學規(guī)劃問題都叫做整數(shù)規(guī)劃問題。有些整數(shù)規(guī)劃甚至允許某些決策變量取實數(shù)值，某些取整數(shù)值。如果全部決策變量都只取0或1，則稱為純01型整數(shù)規(guī)劃，否則稱為混合01型整數(shù)規(guī)劃。 非線性整數(shù)規(guī)劃：目標函數(shù)或者某些約束條件左邊是決策變量的非線性函數(shù)的整數(shù)規(guī)劃。如果放松整數(shù)約束，則線性整數(shù)規(guī)劃問題成為線性規(guī)劃問題，叫做整數(shù)規(guī)劃的松弛線性規(guī)劃問題，簡稱為松弛線性規(guī)劃問題。求整數(shù)規(guī)劃的最優(yōu)解即是在該可行域的整數(shù)點集中尋找使目標函數(shù)最優(yōu)的點。但這些經(jīng)典網(wǎng)絡優(yōu)化模型只能解決一些比較簡單的問題。231 約束最短路問題 圖22是大家熟悉的最短路問題，其中節(jié)點v1和v8分別是始發(fā)節(jié)點（源節(jié)點）和終止節(jié)點（匯節(jié)點），圖中每邊上權重表示長度，要求從始發(fā)節(jié)點到終止節(jié)點的這樣一條路徑，該路徑上各邊的權重之和最?。窂介L度最短）。但在一些路徑最短問題中，不但要考慮選取最短（或成本最小的）路徑，而且沿某路徑流動時存在資源消耗。再如，在考慮飛機路線時，需要考慮飛機的飛行小時，一般要選擇日利用率在給定范圍內的航班環(huán)作為飛機的可行路線，因此飛機的飛行小時是飛機路線問題的有限資源。如果我們限制該流可消耗資源量最大為10，則約束最短路徑是：s 1 2 4 t，該路徑的長度是11（9），但資源消耗量等于10，滿足資源約束條件。圖24 最小費用流問題（網(wǎng)絡流b=7）最小費用流問題的數(shù)學模型如式（25）所示。假設在網(wǎng)絡上流動著K種商品，令k=1,2,...,K表示任意第k種商品，在任意邊(i,j)上，商品流存在容量限制，各種商品的單位流都是占有一個單位的容量，因此各種商品流之和不能超過該邊的容量，第k種商品的網(wǎng)絡流量（總需求）為，在邊(i,j)上的單位流費用是，并進一步假設受到該種商品流容量的限制。第三章 機場運行規(guī)劃31 引言311 機場生產(chǎn)組織機場是組織航空運輸生產(chǎn)的重要場所。航站樓和地面到達系統(tǒng)組成陸側部分，是旅客轉換交通模式的地方；跑道、滑行道和停機坪組成空側部分（也稱飛行區(qū)），是飛機活動的場所，有時也把終端區(qū)甚至進近區(qū)域（Terminal Area）劃歸機場空側部分。貨物運輸生產(chǎn)首先由貨代收集貨物，分理打包，向航空公司申請貨艙艙位，再運送至機坪裝機；到達目的地機場的貨物下機后運到貨站，在貨站進行分理，然后用貨車運往最終目的地。圖31 機場組成示意圖312 繁忙機場和航班延誤問題首先定義機場容量：機場容量指單位時間的生產(chǎn)能力，在不同的功能區(qū)，有服務旅客數(shù)、服務飛機數(shù)和服務行李數(shù)等。航班延誤大小是指實際出發(fā)時間與計劃出發(fā)時間的差值，盡管航班延誤的原因有多種，但機場容量不足是重要原因。這是因為盡管平均需求不超過機場容量，但瞬時需求（即峰值需求）可能會超過（甚至大大超過）機場容量，造成一段時間內的航班擁堵和延誤。極限容量在生產(chǎn)實際中是達不到的。圖32 機場容量、交通需求和航班延誤關系圖 313 機場運行規(guī)劃及其意義機場可以分為陸路到達系統(tǒng)、航站樓系統(tǒng)和飛行區(qū)系統(tǒng)，航站樓系統(tǒng)的旅客流程又可以分成處理器、容器和連接器三種功能設施。在進行機場運行規(guī)劃時，需要分析機場系統(tǒng)各子系統(tǒng)、各功能實施的容量和效率。由圖33可以看出，容量評估是機場規(guī)劃的第一步，其基礎性作用在于機場規(guī)劃人員不僅需要正確分析現(xiàn)有容量水平和容量瓶頸環(huán)節(jié)，找準生產(chǎn)流程需要改進甚至改造的地方，提出改造方案，還要掌握未來交通流量需求下的機場容量水平。圖34 排隊網(wǎng)絡旅客流程作為一種排隊網(wǎng)絡，是一種開環(huán)網(wǎng)絡，叫做Jackson網(wǎng)絡。如果不實行航班和航空公司之間的公用設備模式，則可認為一個航班的值機是一個排隊系統(tǒng)，這樣的排隊系統(tǒng)旅客輸入過程是非穩(wěn)態(tài)的Poisson過程。值機排隊系統(tǒng)和安檢排隊系統(tǒng)是串連的，值機系統(tǒng)的輸出是安檢系統(tǒng)的輸出。圖35是不同時間出發(fā)的國內航班值機旅客累計到達分布曲線。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，每年需求隨月份的變化具有相似性，每天各小時需求的變化也具有相似性。324 機場服務質量標準到目前為止，國際上對機場的規(guī)劃設計還沒有統(tǒng)一的標準。表31 IATA服務質量等級定義服務水平標準描述質量和舒適度人流狀態(tài)延誤A極好自由無限制無B很好穩(wěn)定的非常少C好穩(wěn)定的可接受D一般不穩(wěn)定的尚可接受E較差不穩(wěn)定的不可接受F不可接受間斷流服務中斷表32 IATA航站樓服務質量空間標準。 圖36 服務率變化引起排隊長度的變化 從圖36可以看出，在時刻a之前，服務率為h到達率n，因此隊列長度等于0，在時間區(qū)間[a,b]上，服務率降為ln，隊列長度以速率(nl)逐漸增加，直到時刻b，到達最長隊列(nl)(ba)=(nl)T，之后又與服務率又恢復到高水平h，隊列長度以速率(hn)逐漸縮短，直到b+(nl)T/(hn)隊列才消失。由于旅客到達率為常數(shù)，因此旅客到達累計曲線是直線，斜率為n。其他旅客的延誤時間可以同理算出，其分布如圖38所示。并由此計算總延誤人數(shù)和平均延誤時間。本節(jié)只討論到達和出發(fā)流程，中轉流程留待第六節(jié)去討論。有些機場規(guī)定值機柜臺不租用，由機場統(tǒng)一安排，采用公用方式值機，有些機場則將值機柜臺租給航空公司專用，也有些機場兩種方式同時存在。一般來說，公用方式的柜臺使用效率高于專用方式。但在值機剛開放時，往往由于等候的旅客較多，第二種隊形會給旅客一種錯覺，好像隊列很長，排隊時間一定也很長，因而引起旅客不滿。因為目前國內多數(shù)機場還是采用人工分揀行李，某航班一旦開始值機，行李廳就必須安排人力進行行李分揀，即使行李很稀少也要安排，這樣必然浪費人力。因為值機時，就已經(jīng)指定了登機門號，也指派了飛機的停機位。正常情況下，對出入境旅客幾乎不進行檢驗檢疫檢查。出境旅客到達邊檢區(qū)，在邊檢柜臺前排成單行，每個邊檢柜臺只處理一個單行隊列。國內航班一般在航班起飛前2030分鐘開始登機，國際航班則在航班起飛前3045分鐘開始登機。對于航空公司來說，橋位比遠機位停機成本高，但旅客更愿意通過廊橋登機，因此橋位登機可以獲得更高的旅客滿意度。從以上旅客流程各環(huán)節(jié)的討論已知，無論是出港還是到港旅客，國際航班都比國內航班多三個環(huán)節(jié)：海關、檢驗檢疫和邊防。因此海關的責任是接受旅客報關，同時有權查驗是否有漏報物品和違禁物品。查驗的證件是護照和護照上的簽證。旅客流程中各環(huán)節(jié)都設計有服務器和容器，各環(huán)節(jié)之間都有連接器。1）IATA建議方法第一步 計算高峰半小時內的需要提供值機服務的旅客需求（X）。表35 高峰半小時旅客數(shù)占高峰小時總旅客數(shù)比例參照表高峰小時航班數(shù)國內旅客/短途國際旅客國際長途旅客139%29%236%28%333%26%179。第四步 計算值機柜臺總數(shù)（包括商務艙服務柜臺）（CI）CI=CIY+CIJ