[논문 리뷰] The Airport Check-in Counter Allocation Problem: A Survey

T. R. Lalita, G. S. R. Murthy|arXiv (Cornell University)|2022. 08. 29.

Aviation Industry Analysis and Trends인용 수 4

한 줄 요약

이 종합 검토는 공항 체크인 카운터 배정 문제(ACAP)에 대한 최적화 모델 및 알고리즘에 대한 포괄적인 분석을 제공하며, 이를 제약 조건이 있는 인접 자원 스케줄링 문제로 프레임워크화한다. 기존 접근법을 문제 유형, 목표, 제약 조건 및 해법 방법으로 분류하여 공항 운영자가 승객 유동성과 운영 효율성을 향상시키기 위해 효과적인 카운터 배정 전략을 선택하고 구현하는 데 도움이 되는 통합 프레임워크를 제공한다.

ABSTRACT

An important passenger service area that has an impact on passenger satisfaction and airport revenue is the check-in counters. The check-in counter allocation problem consists of allocating adjacent counters to airlines at an airport and scheduling the counters through the day subject to operational constraints. It is a special form of the well-known RCPSP and an NP-hard problem. In addition, the continuous demand for the highest possible number of counters throughout the day by each airline makes it a daily challenge for airport operators. As the counters are a resource, this problem is equivalent to the adjacent resource scheduling problem, making the solutions for this problem extendable to any adjacent resource scheduling problem. Decisions made at the check-in counters affect the movement of passengers in the airport and bad decisions can result in chaos. Since the 1980s several authors have proposed a multitude of models with variations in the optimization criteria, modeling, airport requirements, and airport layouts. This article presents a state-of-art survey on the airport check-in counter allocation problem by focusing on relevant models and algorithms. Relevant literature is discussed based on the type of problem solved, objectives considered and methodology considered. The value of this research is to help airport operators in planning and allocation of check-in counters, increase airport revenue, improve passenger flow within existing constraints, and optimize utilization of the existing infrastructure.

연구 동기 및 목표

• 공항 내 효율적인 체크인 카운터 배정의 과제를 해결하여 승객 만족도와 공항 수익에 직접적인 영향을 미치는 것.
• 1980년대 이후 문헌에서 제안된 다양한 최적화 모델 및 알고리즘들을 식별하고 분류하는 것.
• 공항 운영자가 특정 제약 조건과 목표에 따라 적절한 방법을 선택할 수 있도록 도와주는 통합 모델링 프레임워크를 제공하는 것.
• ACAP 솔루션의 적용 가능성을 창고 공간, 조선소 부두 배정, 메모리 할당과 같은 다른 인접 자원 스케줄링 문제로 확장하는 것.
• 시간에 따라 변하는 수요 조건 하에서 대기 시간, 카운터 이용도, 비용 등의 목표 간 상호 교환 관계를 평가하여 운영 의사결정을 지원하는 것.

제안 방법

• 문제 유형(정적 대 비정적), 목표(예: 비용 최소화, 대기 시간 감소), 해법 방법(정확한 방법, 휴리스틱, 메타휴리스틱)에 기반하여 기존 문헌을 분류하는 것.
• 자원 제약 프로젝트 스케줄링 문제(RCPSP) 및 2차원 스트립 패킹 문제와 같은 잘 알려진 조합 최적화 문제와 ACAP를 매핑하는 것.
• 시간에 따라 변하는 카운터 할당을 동적 프로그래밍으로 모델링하여, 도착률이 비정상적인 경우 하루를 상수 수요를 가진 하위 간격으로 나누는 것.
• RCPSP 및 스트립 패킹에서 유도된 정수 프로그래밍 공식을 활용하여 직사각형 또는 비정형 자원 단위를 가진 인접 카운터 할당을 모델링하는 것.
• 변동 상황에서의 재할당 문제에 대해 믹스드-인티거 프로그래밍 모델의 완화를 제안하여 하한 및 상한을 계산하고 해법 지침을 제공하는 것.
• 비행 지연이나 장비 고장과 같은 이상 상황에서 실시간 카운터 재할당을 위한 휴리스틱 접근법을 평가하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 연구에서 공항 체크인 카운터 할당 문제를 정의하는 데 핵심이 되는 최적화 기준과 제약 조건는 무엇인가?
• RQ2 시간에 따라 변하는 승객 수요 조건 하에서 정적 및 비정적 카운터 할당 모델은 수식 및 성능 측면에서 어떻게 다를까?
• RQ3 RCPSP 및 스트립 패킹과 같은 관련 문제의 모델을 얼마나 효과적으로 ACAP에 적응시킬 수 있는가?
• RQ4 재할당 모델은 비행 지연이나 카운터 이용 불가와 같은 이상 상황을 어떻게 다루며, 그로 인해 승객의 혼란과 운영 비용에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 ACAP에서 대기 시간 최소화, 카운터 운영 비용 최소화, 서비스 수준 간의 상호 교환 관계는 무엇이며, 기존 모델에서는 어떻게 균형을 잡고 있는가?

주요 결과

• 체크인 카운터 할당 문제는 NP-난이도이며 인접 자원 스케줄링 문제와 동일하므로 창고 공간, 조선소 부두 배정 등 다른 분야에도 적용 가능하다.
• 하루를 상수 도착률을 가진 하위 간격으로 나누는 동적 프로그래밍 모델은 20분 단위로 최적의 카운터 개방 및 폐쇄 시간을 효과적으로 결정할 수 있다.
• 단일 항공편을 대상으로 한 정적 카운터 할당 모델은 카운터 수에 대한 총 비용이 볼록성을 띠므로 서비스 수준 제약 조건 하에서 효율적인 최적화가 가능하다.
• 이상 상황에서의 재할당 모델은 할당 일관성의 최소화와 정상 운영 복귀를 목표로 하며, 완화를 통해 하한 및 상한을 계산하고 휴리스틱 해법을 안내하는 데 사용된다.
• 휴리스틱 기반 재할당 전략은 예기치 않은 사건이 승객 유동성에 미치는 영향을 줄이고, 카운터 변경으로 영향을 받는 항공편 수를 최소화하는 데 기여한다.
• 비록 이점이 있더라도 비인접 카운터로의 재할당은 승객의 혼란을 유발할 수 있으므로 실무 적용 시 인접성 제약 조건이 필요하다.