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基于行程多路径的航空公司航班频率优化

乐美龙 郑文娟 胡钰明

乐美龙, 郑文娟, 胡钰明. 基于行程多路径的航空公司航班频率优化[J]. 交通运输工程学报, 2020, 20(5): 217-226. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.05.018
引用本文: 乐美龙, 郑文娟, 胡钰明. 基于行程多路径的航空公司航班频率优化[J]. 交通运输工程学报, 2020, 20(5): 217-226. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.05.018
LE Mei-long, ZHENG Wen-juan, HU Yu-ming. Airline flight frequency optimization based on multiple travel paths[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2020, 20(5): 217-226. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.05.018
Citation: LE Mei-long, ZHENG Wen-juan, HU Yu-ming. Airline flight frequency optimization based on multiple travel paths[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2020, 20(5): 217-226. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.05.018

基于行程多路径的航空公司航班频率优化

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.05.018
基金项目: 

国家自然科学基金项目 71874081

江苏省自然科学基金项目 BK20151479

详细信息
    作者简介:

    乐美龙(1964-), 男, 浙江宁波人, 南京航空航天大学教授, 工学博士, 从事航空运输系统优化研究

    通讯作者:

    郑文娟(1993-), 女, 陕西咸阳人, 南京航空航天大学工学硕士研究生

  • 中图分类号: V352

Airline flight frequency optimization based on multiple travel paths

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 71874081

Natural Science Foundation of Jiangsu Province BK20151479

More Information
Article Text (Baidu Translation)
  • 摘要: 将航空运输网络抽象为多层级网络结构, 构建了确定航空公司某一城市对某条路径航班频率的两阶段规划模型: 第一阶段从旅客选择行为的角度, 考虑旅客对旅行时间、过站时间、计划延误时间、票价等因素的价值感知, 构建旅客旅行负效用函数, 进而基于多项式Logit模型构建计算旅客选择某个航空公司某个城市对某条路径概率的旅客路径选择模型; 第二阶段从航空公司的角度, 以总收益最大化为目标函数, 基于行程多路径, 并考虑航空公司总运力限制, 尽可能地让每条路径的运力供给等于需求, 构建了确定路径航班频率的线性规划模型; 提出了求解两阶段模型的迭代算法。研究结果表明: 提出的算法能够在8次迭代之后达到收敛, 可以在较短的时间内得到最优解; 随着算法的收敛, 构建的两阶段规划模型在航线存在市场竞争且整体运力不足的情况下优先将运力安排到收益最高的航线上, 提升航空公司整体收益; 对于包含多个航节的航线, 构建的两阶段模型更能体现旅客选择行为在航班频率配置中发挥的作用; 对于包含一个航节的航线, 需求随航班频率的变动幅度较小, 随着迭代次数的增加, 需求航班频率弹性系数逐渐变小, 对于包含多个航节的航线, 在航线总需求一定的情况下, 需求随航班频率的变动幅度较大, 由于市场竞争存在航班频率不变需求骤减的情形。可见, 所提出的模型和算法能够有效提升航空公司收益。

     

  • 图  1  网络布局

    Figure  1.  Network layout

    图  2  网络中航空公司运力分布

    Figure  2.  Distribution of airline capacities in network

    图  3  多层级网络结构

    Figure  3.  Multi-level network structure

    图  4  简单网络

    Figure  4.  Simple network

    图  5  算法流程

    Figure  5.  Algorithm flow

    图  6  模型求解结果

    Figure  6.  Result of model solution

    图  7  路径需求随迭代次数变化曲线

    Figure  7.  Curves of path demand with number of iterations

    图  8  航班频率随迭代次数变化曲线

    Figure  8.  Curves of flight frequency with number of iterations

    表  1  网络中航节上的航班数据

    Table  1.   Flight data at segments in network

    航空公司 航节 单向每周航班班次 距离/km 飞行时间/h 座位数
    南方航空 深圳—武汉 28 906 1.933 179
    深圳—郑州 35 1 320 2.583 160
    郑州—呼和浩特 19 1 127 2.333 170
    深圳—南京 7 726 1.417 160
    东方航空 深圳—武汉 21 906 1.967 169
    深圳—南京 21 1 127 2.250 174
    南京—呼和浩特 7 1 191 2.333 174
    深圳航空 深圳—武汉 7 906 1.917 157
    武汉—呼和浩特 7 1 138 2.167 157
    深圳—郑州 21 1 320 2.667 152
    深圳—南京 42 1 127 2.333 160
    海南航空 武汉—呼和浩特 7 1 138 2.167 163
    深圳—郑州 14 1 320 2.583 163
    郑州—呼和浩特 7 726 1.500 185
    深圳—南京 14 1 127 2.500 163
    东海航空 深圳—南京 7 1 127 2.333 159
    深圳—郑州 7 1 320 2.583 159
    西部航空 深圳—郑州 7 1 320 2.500 153
    深圳—南京 7 1 127 2.250 179
    天津航空 郑州—呼和浩特 12 726 1.500 105
    北部湾航空 郑州—呼和浩特 3 726 1.500 106
    山东航空 郑州—呼和浩特 7 726 1.417 167
    首都航空 郑州—呼和浩特 6 726 1.417 219
    厦门航空 南京—呼和浩特 2 1 191 2.500 169
    中国航空 深圳—武汉 7 906 1.833 158
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    表  2  城市对上的需求

    Table  2.   Demands of city pairs

    城市对 深圳—武汉 武汉—呼和浩特 深圳—郑州 郑州—呼和浩特 深圳—南京 南京—呼和浩特 深圳—呼和浩特
    客座率/% 91 89 90 95 71 74 74
    实际需求/人次 9 511 1 993 14 937 6 182 12 962 1 245 2 543
    潜在需求/人次 11 889 2 491 18 672 7 728 16 203 1 556 3 179
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    表  3  目标航空公司每周航班班次迭代结果

    Table  3.   Iterative result of weekly flight frequencies for target airlines

    迭代次数 机型 深圳—武汉 武汉—呼和浩特 深圳—郑州 深圳—南京
    0 B738 7 7 21 42
    A320 0 0 0 0
    1 B738 0 1 29 23
    A320 9 9 2 15
    2 B738 12 13 13 20
    A320 1 0 20 17
    3 B738 9 1 31 14
    A320 7 13 4 22
    4 B738 5 14 18 20
    A320 14 0 16 15
    5 B738 21 11 18 9
    A320 2 0 16 25
    6 B738 20 7 5 29
    A320 6 2 29 5
    7 B738 20 8 20 11
    A320 8 0 14 22
    8 B738 9 7 34 5
    A320 20 0 1 27
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    表  4  需求航班频率弹性系数

    Table  4.   Demands elasticity coefficients of flight frequency

    迭代次数 深圳—武汉 武汉—呼和浩特 深圳—郑州 深圳—南京 深圳—武汉—呼和浩特
    0 0.839 0.221 0.248 0.004
    1 0.892 0.895 0.598 0.849
    2 0.392 0.162 0.006 0.749 0.145
    3 0.951 - 0.234 0.671
    4 0.655 0.094 0.651
    5 0.640 0.114
    6 0.631 0.131 0.850
    7 0.654 0.146 0.462
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    表  5  模型结果对比

    Table  5.   Comparison of model results

    模型 航空公司 路径需求人数 过站时间/h 计划延误时间/h 每周航班班次 票价/美元 飞行时间/h
    改进前 南方航空 572 1 4.5 7 149.3 4.90
    东方航空 552 1 4.5 7 146.3 4.58
    深圳航空 725 1 4.5 7 142.9 4.08
    改进后 南方航空 895 0 5.2 7 149.3 4.90
    东方航空 684 0 6.0 7 146.3 4.58
    深圳航空 181 0 9.0 7 142.9 4.08
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  • 收稿日期:  2020-04-08
  • 刊出日期:  2020-10-25

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