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不确定需求下航空公司枢纽网络优化设计

乐美龙 郑文娟 吴明功 王泽坤

乐美龙, 郑文娟, 吴明功, 等 . 不确定需求下航空公司枢纽网络优化设计[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(4): 674-682. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0319
引用本文: 乐美龙, 郑文娟, 吴明功, 等 . 不确定需求下航空公司枢纽网络优化设计[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(4): 674-682. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0319
LE Meilong, ZHENG Wenjuan, WU Minggong, et al. Airline hub network optimization design under uncertain demand[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(4): 674-682. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0319(in Chinese)
Citation: LE Meilong, ZHENG Wenjuan, WU Minggong, et al. Airline hub network optimization design under uncertain demand[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(4): 674-682. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0319(in Chinese)

不确定需求下航空公司枢纽网络优化设计

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0319
基金项目: 

国家自然科学基金 71874081

江苏省自然科学基金 BK20151479

详细信息
    作者简介:

    乐美龙  男,博士,教授,博士生导师。主要研究方向:航空运输系统规划与运营优化

    郑文娟 女,硕士研究生。主要研究方向:航空运输网络规划

    吴明功  男,硕士,教授。主要研究方向:航空网络、管制指挥与安全

    王泽坤 男,硕士研究生。主要研究方向:冲突探测与解脱

    通讯作者:

    乐美龙. E-mail:lemeilong@126.com

  • 中图分类号: V2-9

Airline hub network optimization design under uncertain demand

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 71874081

Natural Science Foundation of Jiangsu Province, China BK20151479

More Information
  • 摘要:

    为了帮助航空公司合理规划航线网络,降低运输成本,从航空公司的角度出发,将机场容量看作到港和离港航班的函数,绘制了机场容量包络曲线。基于机场容量包络曲线构建了随机需求下多分配、非严格的两阶段混合整数随机规划模型,第1阶段确定网络的枢纽位置,第2阶段确定不同需求情形下城市对的运输路径和不同路径上的流量比例。当需求情形是离散变量时将两阶段模型转化为确定的等价规划。继而以东航为例选取13个机场对模型进行验证,并对运输成本折扣因子进行灵敏度分析。结果表明:在不同的折扣因子情形下选择的枢纽机场不同,折扣越大,选择的枢纽越多,网络总成本越低,且3种折扣因子情形下的枢纽选择与实际比较吻合;每种折扣因子情形下,当需求不同时航线网络的布局有所差异;对比需求确定和不确定下的模型结果差异,得出需求不确定下的网络总成本更低。可见需求不确定下的随机规划模型更加贴近实际,能够帮助航空公司规划符合实际情形的枢纽航线网络,并确定其在枢纽机场的容量份额。

     

  • 图 1  机场容量包络曲线案例

    Figure 1.  Example of airport capacity envelope curves

    图 2  运输成本的规模经济函数

    Figure 2.  Scale economy function of transport cost

    图 3  西安机场单位小时进离港航班数

    Figure 3.  Number of arrival and departure flights per hour at Xi'an Airport

    图 4  西安机场旅客容量包络曲线

    Figure 4.  Envelope curve of passenger capacity of Xi'an Airport

    图 5  不同需求和折扣因子情形下的航线网络布局

    Figure 5.  Route network layout with different demand scenarios and different discount factors

    图 6  需求不确定和确定下的结果差异

    Figure 6.  Differences in results under uncertain and certain demand

    表  1  机场容量包络曲线系数

    Table  1.   Airport capacity envelope curve coefficient

    机场
    所在地
    机场
    代码
    ask bsk Uskmax/(106人)
    a1k a2k a3k b1k b2k b3k U1kmax U2kmax U3kmax
    深圳 SZX 1 0 1 0 1 0.882 40.64 39.29 63.69
    西安 XIY 1 0 1 0 1 1.034 41.37 40.33 64.43
    郑州 CGO 1 0 1 0 1 1.029 24.16 24.88 38.24
    乌鲁木齐 URC 1 0 1 0 1 1.001 29.45 28.51 43.77
    长沙 CSX 1 0 1 0 1 0.906 21.77 21.36 34.08
    武汉 WUH 1 0 1 0 1 1.167 22.71 21.88 38.80
    成都 CTU 1 0 1 0 1 0.862 40.54 39.19 58.77
    浦东 PVG 1 0 1 0 1 1.013 55.88 54.64 80.25
    南京 NKG 1 0 1 0 1 0.548 25.61 26.85 34.42
    沈阳 SHE 1 0 1 0 1 0.618 25.51 23.43 32.95
    北京 PEK 1 0 1 0 1 0.717 85.74 56.71 92.80
    太原 TYN 1 0 1 0 1 0.530 15.86 13.69 19.60
    昆明 KMG 1 0 1 0 1 0.713 48.52 43.34 64.20
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    表  2  不同容量情形下的枢纽建设成本

    Table  2.   Hub construction cost under different capacity scenarios   107

    机场代码 pk1=0.05 pk2=0.1 pk3=0.15 pk4=0.2
    SZX 89 195.8 323.1 473.8
    XIY 85 187 308.6 452.5
    CGO 80 144 194.4 233.3
    URC 68 149.6 246.8 362
    CSX 73 160.6 265.0 388.7
    WUH 82 180.4 297.7 436.6
    CTU 88 193.6 319.4 468.5
    PVG 90 198 326.7 479.2
    NKG 78 171.6 283.1 415.3
    SHE 75 135 182.3 218.7
    PEK 95 209 344.9 505.8
    TYN 73 131.4 177.4 212.9
    KMG 88 193.6 319.4 468.5
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    表  3  不同需求情形下的折扣因子

    Table  3.   Discount factors for different demand scenarios

    需求
    情形
    情形1 情形2 情形3
    α1, γ1 β1 α2, γ2 β2 α3, γ3 β3
    0.95 0.85 0.85 0.75 0.75 0.65
    0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 0.6
    0.85 0.75 0.75 0.65 0.65 0.55
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    表  4  折扣灵敏度下的枢纽选址结果

    Table  4.   Results of hub location under discount sensitivity

    折扣因子
    情形
    枢纽点
    (容量水平)
    目标函数值/
    (1010元)
    情形1 2.31
    情形2 XIY(10%)、PVG(5%) 2.27
    情形3 XIY(10%)、PVG(5%)、KMG(10%) 2.11
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    表  5  折扣因子情形2下的中转情况

    Table  5.   Transit in discount factor Case 2

    需求情形 OD 中转点 路径流比例
    KMG-TYN XIY 0.3756
    0.6244
    KMG-SHE XIY 0.9825
    PVG 0.0175
    WUH-URC XIY 1
    KMG-PEK XIY 1
    NKG-URC XIY 1
    SHE-CTU XIY 1
    TYN-SZX XIY 1
    WUH-URC XIY 1
    KMG-PEK XIY 1
    NKG-URC XIY 1
    SHE-CTU XIY 1
    KMG-TYN XIY 1
    PEK-CTU XIY 1
    TUN-CTU XIY 1
    SHE-NKG XIY 1
    KMG-SHE XIY 1
    SZX-TYN XIY 0.2678
    0.7322
    TYN-SZX XIY 1
    URC-CGO XIY 1
    KMG-TYN XIY 1
    WUH-URC XIY 1
    NKG-URC XIY 1
    NKG-CTU XIY 1
    SHE-CTU XIY 1
    PEK-CTU XIY 1
    TYN-CTU XIY 1
    KMG-SHE XIY 1
    KMG-PEK XIY 1
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    表  6  折扣因子情形3下的中转情况

    Table  6.   Transit in discount factor Case 3

    需求情形 OD 中转点 路径流比例
    WUH-SHE PVG 0.2179
    0.7821
    SHE-CTU XIY 1
    URC-CGO XIY 1
    WUH-URC XIY 1
    PEK-CTU XIY 1
    CTU-SZX KMG 1
    TYN-SZX XIY 1
    TUN-CTU XIY 1
    NKG-URC XIY 1
    TYN-URC XIY 1
    SHE-WUH PVG 1
    NKG-CTU XIY 1
    CTU-SZX KMG 1
    TYN-SZX XIY 1
    WUH-URC XIY 1
    NKG-CTU XIY 1
    URC-CGO XIY 1
    PVG-URC XIY 0.6745
    0.3255
    SHE-CTU XIY 1
    NKG-URC XIY 1
    TYN-CTU XIY 1
    TYN-CSX XIY 1
    PEK-CTU XIY 1
    CTU-WUH XIY 0.9383
    0.0617
    SHE-WUH PVG 1
    TYN-CTU XIY 1
    SZX-NKG PVG 0.5016
    0.4984
    SHE-NKG PVG 1
    TYN-SZX XIY 1
    URC-CGO XIY 1
    TYN-URC XIY 1
    WUH-URC XIY 1
    PVG-URC XIY 1
    NKG-URC XIY 1
    TYN-CSX XIY 1
    CTU-WUH XIY 1
    SHE-WUH PVG 1
    NKG-CTU XIY 1
    SHE-CTU XIY 1
    PEK-CTU XIY 1
    TYN-CTU XIY 1
    SHE-NKG PVG 1
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-18
  • 录用日期:  2019-08-18
  • 网络出版日期:  2020-04-20

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