[论文解读] Numerical Analysis of Gate Conflict Duration and Passenger Transit Time in Airport

Sang Hyun Kim, Éric Féron|arXiv (Cornell University)|Aug 28, 2013

Air Traffic Management and Optimization参考文献 17被引用 4

一句话总结

本文提出了一种鲁棒的停机位分配方法，通过使用禁忌搜索算法优化停机位间距，以最小化停机位冲突持续时间和冲突次数，与基线方法相比，冲突持续时间减少了96.3%，冲突次数减少了96.7%，同时承认存在乘客通行时间增加的权衡。

ABSTRACT

Robustness is as important as efficiency in air transportation. All components in the air traffic system are connected to form an interactive network. So, a disturbance that occurs in one component, for example, a severe delay at an airport, can influence the entire network. Delays are easily propagated between flights through gates, but the propagation can be reduced if gate assignments are robust against stochastic delays. In this paper, we analyze gate delays and suggest an approach that involves assigning gates while making them robust against stochastic delays. We extract an example flight schedule from data source and generate schedules with increased traffic to analyze how the compact flight schedules impact the robustness of gate assignment. Simulation results show that our approach improves the robustness of gate assignment. Particularly, the robust gate assignment reduces average duration of gate conflicts by 96.3% and the number of gate conflicts by 96.7% compared to the baseline assignment. However, the robust gate assignment results in longer transit time for passengers, and a trade-off between the robustness of gate assignment and passenger transit time is presented.

研究动机与目标

• 提高停机位分配对随机航班延误的鲁棒性。
• 量化并最小化由航班延误引起的预期停机位冲突持续时间。
• 分析停机位分配鲁棒性与乘客通行时间之间的权衡。
• 开发一种通过优化停机位间距减少冲突传播的停机位分配策略。
• 在交通密度增加的情况下评估性能，以评估可扩展性和鲁棒性。

提出的方法

• 使用禁忌搜索元启发式算法求解具有多目标函数的鲁棒停机位分配问题。
• 基于实证延误分析，将停机位冲突持续时间建模为停机位间距的指数函数。
• 引入加权目标函数，结合鲁棒性（最小化冲突持续时间）和乘客通行时间（最小化步行与换乘时间）。
• 整合航班特定数据：到达/出发时间、乘客数量（始发地、目的地、中转）、以及航站楼布局（距离、移动速度）。
• 通过仿真比较基线和交通密度增加情况下的停机位分配，评估鲁棒性和性能。
• 采用权衡参数 α 平衡鲁棒性（α）与乘客通行时间（1−α），实现帕累托最优分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 停机位间距在多大程度上影响由于随机延误导致的预期停机位冲突持续时间？
• RQ2 与基线分配相比，鲁棒停机位分配在多大程度上能够减少停机位冲突持续时间和频率？
• RQ3 在停机位分配中，最小化停机位冲突与最小化乘客通行时间之间存在何种权衡？
• RQ4 在交通密度增加的情况下，所提出方法的停机位分配鲁棒性如何受到影响？
• RQ5 通过所提出的多目标框架，能够在鲁棒性与乘客通行时间之间实现何种最优平衡？

主要发现

• 与基线分配相比，所提出的鲁棒停机位分配将停机位冲突的平均持续时间减少了96.3%。
• 在所提出的鲁棒分配方法下，停机位冲突数量减少了96.7%。
• 该方法在交通密度增加的情况下仍保持优异性能，展现出良好的可扩展性和鲁棒性。
• 乘客通行时间随鲁棒性提高而增加，表明冲突减少与乘客便利性之间存在明确权衡。
• 鲁棒性与通行时间之间的最优平衡出现在 α ≈ 0.4–0.5 时，此时加权冲突持续时间与通行时间之和最小。