[論文レビュー] The Airport Check-in Counter Allocation Problem: A Survey

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

Aviation Industry Analysis and Trends被引用数 4

ひとこと要約

本サーベイは、空港のチェックインカウンター割り当て問題（ACAP）の最適化モデルおよびアルゴリズムについて包括的な分析を提供し、制約付き隣接リソーススケジューリング問題として定式化する。既存の手法を問題タイプ、目的関数、制約条件、および解法手法ごとに分類し、乗客の流れと運用効率の向上を図るために空港運営管理者が効果的なカウンター割り当て戦略を選び実装するための統一的なフレームワークを提示する。

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.

研究の動機と目的

• 空港における効率的なチェックインカウンター割り当ての課題に対処することにより、乗客満足度と空港収益に直接的な影響を与える。
• 1980年代以降に提唱されたACAPのための多様な最適化モデルおよびアルゴリズムを特定し、分類すること。
• 空港運営管理者が自らの具体的な制約条件と目的関数に基づいて適切な手法を選択できるよう、統一的なモデリングフレームワークを提供すること。
• ACAPの解決手法の適用範囲を、倉庫スペース、船渠の係留、メモリ割り当てなどの他の隣接リソーススケジューリング問題へ拡張すること。
• 時間変動する需要のもとで、待機時間、カウンター利用率、コストといった目的関数のトレードオフを評価し、運用意思決定を支援すること。

提案手法

• 問題タイプ（静的対動的）、目的関数（例：コスト最小化、待機時間短縮）、解法手法（厳密解法、ヒューリスティック、メタヒューリスティック）に基づいて既存の文献を分類する。
• ACAPを、リソース制約付きプロジェクトスケジューリング問題（RCPSP）や2次元ストリップパッキング問題といったよく知られた組合せ最適化問題にマッピングする。
• 動的プログラミングを用いて、非定常な到着レートを有する時間変動型カウンター割り当てをモデル化し、需要が一定となる部分時間帯に1日を分割する。
• RCPSPおよびストリップパッキングからの整数プログラミング定式化を、長方形または不規則形状のリソース単位を有する隣接カウンター割り当てに適応する。
• 混在整数プログラミングモデルの緩和を提案し、混乱発生時における再割り当て問題の下界および上界を計算する。
• フライト遅延や設備障害などの異常発生時におけるリアルタイムのカウンター再割り当てのためのヒューリスティック手法を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なる研究において、空港のチェックインカウンター割り当て問題を定義づける主な最適化基準と制約条件は何か？
• RQ2 時間変動する乗客需要のもとで、静的モデルと動的モデルのカウンター割り当ての定式化および性能にどのような相違があるか？
• RQ3 RCPSP やストリップパッキングといった関連問題からのモデルを、ACAPに効果的に適応できる範囲はどの程度か？
• RQ4 再割り当てモデルは、フライト遅延やカウンターの利用不能といった混乱要因をどのように処理するか？また、それらが乗客の混乱と運用コストに与える影響は何か？
• RQ5 ACAPにおいて、待機時間の最小化、カウンター運用コストの低減、サービス水準の維持という目的関数の間にはどのようなトレードオフがあり、既存のモデルではどのようにバランスが取られているか？

主な発見

• チェックインカウンター割り当て問題はNP困難であり、隣接リソーススケジューリング問題と同等であるため、倉庫スペースや船渠の係留など他の分野への応用が可能である。
• 1日を一定の到着レートを持つ部分時間帯に分割する動的プログラミングモデルは、20分ごとに最適なカウンターの開口・閉鎖時刻を効果的に特定できる。
• 単一フライトを対象とした静的カウンター割り当てモデルでは、カウンター数に対する総コストが凸性を示すため、サービス水準制約のもとで効率的な最適化が可能である。
• 混乱発生時の再割り当てモデルは、割り当ての不整合を最小限に抑え、通常運行への回復を目的としており、緩和手法を用いて境界値を計算し、ヒューリスティック解法の指針とする。
• ヒューリスティックに基づく再割り当て戦略は、予期しない出来事による乗客流れへの影響を軽減し、カウンター変更の影響を受けるフライト数を最小限に抑えるのに有効である。
• 効果は明らかであるが、非隣接カウンターへの再割り当ては乗客の混乱を引き起こす可能性があるため、実装上では隣接制約の導入が不可欠である。