運籌學在航空運輸管理中的應用

ORinAirtransportation1主要內容國內外有關航空運輸管理研究的雜志、研究機構運籌學在航空運輸管理中的主要應用領域典型問題研究2國內外有關航空運輸管理研究的雜志、研究機構國內外有關航空運輸管理研究的雜志《TransportationResearch》《TransportationResearchPartB:Methodological》《TransportationResearchPartE:LogisticsandTransportationReview》《JournalofAirTransportManagement》《EuropeanJournalofOperationalResearch》《TransportationScience》《OperationalResearch》國內外有關航空運輸管理研究的機構AGIFORS——TheAirlineGroupoftheInternationalFederationofOperationalResearchSocietiesM.I.T——InternationalCenterforAirTransportationNASACenter——LangleyResearchCenterManchesterMetropolitanUniversity——TheCentreforAviationTransportandtheEnvironmentGeorgeMasonUniversity——CenterforAirTransportationSystemsResearch…………Embry-RiddleAeronauticalUniversity，CranfieldsUniversity3IFORS&AGIFORS國際運籌學會（IFORS）除包括各國或地區(qū)運籌學會外，還包括航空運輸組(AGIFORS,AirlineGroupofIFORS)，專門研究運籌學在航空運輸中的應用問題50年來至少1000多篇文章在OperationResearch，TransportationScience等相關刊物上發(fā)表UA，AA，BA，AF等國際著名航空公司都設有ORGroup4AGIFORSAGIFORSistheoutcomeofinformaldiscussionsbetweensixairlineOperationalResearchworkers(fromTransCanada,AirFrance,Sabena,BEA,andSwissair)whowerepresentatthesecondinternationalconferenceinOperationalResearchatAixenProvence,France,in1960.Theseinformaldiscussionsledtotheformationofacommittee,whichorganizedaSymposiumontheuseofOperationalResearchwithintheairlineindustry,atSpringValley,NewYorkinOctober1961.ThisSymposiumwasdeemedsuccessfulandresultedintheformationofAGIFORSasaprofessionalsocietydedicatedtothefreeexchangeofideasandnewadvancesinOperationsResearchwithintheairlineindustry.

TodaytheAGIFORSmembershipexceeds1,200professionalsrepresentingmorethan200airlines,airlinemanufacturersandaviationrelatedindustriesandassociations.5運籌學各分支在航空運輸管理中的應用6運籌學在航空運輸管理中的典型領域

運籌學對有限的資源進行優(yōu)化配置，以求系統(tǒng)最優(yōu)的科學決策方法飛機和機組排班飛機維修計劃空中流量控制停機坪作業(yè)管理航空公司收益管理航線網絡規(guī)劃機場運營效率評價7收益管理——我們應用運籌學方法解決管理問題的實踐鮑伯·克蘭于80年代中期率先將收益管理應用于美利堅航空公司，使該公司的收益每年增加5千萬美元以來，收益管理在美國國內已被廣泛應用于鐵路、賓館等行業(yè)。收益管理是在經濟學、統(tǒng)計學、預測技術、優(yōu)化技術和計算機技術基礎上形成的一套科學的營銷管理方法，核心內容是在合適的時間，將合適的產品以合適的價格銷售給合適的消費者，實現收入最大化。對航空公司來講，收益管理就是在激烈的市場競爭條件下，決定同一航班上針對不同的等級票價，分別出售多少座位的問題。航空公司收益管理的兩個主要因素為等級價格和座位優(yōu)化分配。8收益管理的發(fā)展歷史早期的航空客運方式——最早的航空客運，與今天的公共汽車一樣誰先來，誰先上，到時間就開車。SABRE電腦預定系統(tǒng)——1962年美利堅航空公司(AA)的SABRE公司造出了世界上第一臺電腦訂座系統(tǒng)（CRS）。超售(Overbooking)——航空公司發(fā)現有些訂了座位的旅客不來上機，給航空公司造成了不少浪費。于是，航空公司開始實行超售（Overbooking)。折扣票產生——航空公司為了吸引客人，采取降低票價(折扣票)的辦法，來增加旅客人數。多級票價——收益管理雛形。放松管制，價格大戰(zhàn)——廢除了政府對航線和票價的所有管制“92航空血戰(zhàn)”——1992年4月由美利堅航空公司發(fā)起的“92航空血戰(zhàn)”。大陸航空公司，依靠他們的一套客運收益優(yōu)化系統(tǒng)(PassengerRevenueOptimizationSystem)贏得勝利。9收益管理發(fā)展的三大條件收益管理的發(fā)展主要有三個基本條件:應用條件——航空運輸業(yè)的發(fā)展;理論條件——運籌學與管理科學的發(fā)展;技術條件——計算機和網絡技術的發(fā)展。收益管理的理論基礎——運籌學運籌學和現代管理科學的發(fā)展為收益管理的產生、發(fā)展和成熟提供了必不可少的理論基礎。收益管理解決的是航空公司資源的優(yōu)化配置問題，其研究幾乎應用了運籌學大部分的理論和模型，尤其是線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、網絡分析技術等。在早期的座位超售和座位分配問題的研究中，多是采用線性規(guī)劃來建立模型求解，現在動態(tài)規(guī)劃模型在收益管理問題的研究中己經得到了更多的應用，而仿真技術、博弈理論等也在航空收益管理中的到了越來越多的應用。國際運籌學協(xié)會(IFORS)航空運輸組，專門又設立了“訂座與收益管理研究小組”，專門研究航空公司收益管理的各種應用問題。美國運籌學與管理科學學會也正在設立新的分支機構“收益管理部”。10收益管理-一個簡單的例子設PEK-CAN的CA1311航班僅剩一個座位，有三種可能的需求：票價等級價格（元）訂座時間訂座概率（%）A500航班起飛前一周100B1000航班起飛前三天80C1300航班起飛當天50應如何進行銷售？需要準確的預測需求，并隨時間推移不斷地更新預測結果！11收益管理-一個復雜的例子PEK-CAN的CA1311航班每一個座位都有多種可能的需求：PEK-CAN：8種票價等級；-馬尼拉：10種票價等級-新加坡：10種票價等級-墨爾本：10種票價等級……如何銷售這個座位？需要預測每個航段、不同訂座時間、不同票價等級的需求需要計算不同航段不同時間不同票價等級的組合銷售收入每銷售一個座位，對剩余座位的需求就會發(fā)生變化，需要重新計算12收益管理決策支持系統(tǒng)結構13收益管理系統(tǒng)核心模塊銷售控制超售管理座位優(yōu)化控制團隊管理銷售分析需求預測控制效果分析銷售信息系統(tǒng)ICS、CRS、離港系統(tǒng)財務信息市場信息其它信息定價(價格和限制條件)航班計劃14多級票價與座位優(yōu)化控制需求量價格0經濟艙需求曲線2000元100人160人1500元多級票價是對不同消費群體提供不同的艙位和票價等級，以滿足不同的需要，增加航空公司的收入，

15多級票價與座位優(yōu)化控制基本思想是尋求每個座位的期望邊際收益最大化fi(s)、Bi、Pi分別代表i等級的需求密度函數、i等級第B個座位和該等級的運價，Bi的期望邊際收益表示為：使用下列模型確定每個等級的座位分配數xi：（CAP為給定運力）16期望邊際座位收益（EMSR）閑暇旅客拒絕接受將座位售給公務旅客的概率P座位空閑的概率1-P公務旅客運價￥y閑暇旅客運價￥qEMSR座位分配方法的核心用下面的決策樹說明：

P為得到潛在公務旅客的概率，￥y×P為將座位售給公務旅客的收益，￥q為將座位售給閑暇旅客的收益。設有兩個運價等級：Y，Q；艙位虛擬運力為AC。17座位分配中的嵌套結構座位分配僅是概率意義上的優(yōu)化為保護潛在的全價收入，在座位分配中使用嵌套結構，使折扣票可訂到的座位，全價票也能訂到子等級需求保護座位數分配座位數Y Yd=10 Yd=10CAP=50Q Qd=15 Qd=15CAP-Yd=40V Vd=25——CAP-Yd-Qd=25Q艙分配座位=CAP-YdV艙分配座位=CAP-Yd-QdYdQd全部可售座位=CAP18網絡座位控制也稱O&D控制，在輪輻式航線網絡中，航空公司要在不同航程的旅客間進行選擇，以獲取更高的收入。優(yōu)化的座位分配取決于所有相關航程的價格和需求每個座位在出售之前進行實時評價，確定每個航班的最低可售價格，即bidprice，它代表獲得一個座位的機會成本。每個給定運價等級只要高于bidprice，就可獲得座位19超售重復訂座虛假訂座訂座后又取消（Cancel），使航空公司失去銷售機會旅客錯過航班出票后不去機場乘機（No-Show），造成空座損失航空公司不得不超過航班座位數接受訂座和售票，既避免損失，也更好的為旅客服務超售的原因20超售計算模型主要概念超售（OverBooking）就是在需求旺盛時，允許航班訂座數大于航班物理座位數。但在實際要求登機人數大于航班艙位物理容量時，必須有償拒絕部分旅客的合理登機要求（DB）。因此，需要在超售和DB之間均衡。超售計算是針對物理艙位的，不針對訂座等級。定義1：艙位虛擬運力VC：VC=實際座位數+訂座減少數DC（和訂座取消數相關）定義2：艙位可獲得座位數AU：考慮虛擬運力、Goshow、Noshow后得出的虛擬銷售座位數，是超售模型的計算目標。AU值確定21超售量計算-不確定性模型NO_SHOW率的不確定性NO_SHOW率根據歷史數據預測，實際NO_SHOW率可能大于或小于預測值NO_SHOW率的不確定性會導致空座損失=空位數乘以票價（NO_SHOW率高于預計值）拒絕登機成本（Denied

Boarding

DB成本）（實際NO_SHOW率低于預計值）賠償金額信譽損失提供食宿費用票價差額航班延誤22不確定性模型的基本思路載客量空座損失超量訂票的成本客艙預定水平預計總成本DB成本設AU為允許銷售的座位數，AU小，DB成本小，空位損失大AU大，空位損失小，DB損失大比較每個AU值的凈收益，找出成本最小，收益最大的最佳AU值23基于二項分布的AU計算模型步驟2.對每一個k計算其空位損失、DB損失、期望損失（2）（3）令k=+1到（1）+MAXob，（MAXob為最大超售數）b為每DB一個乘客的平均賠償標準。；VC為運力；y為艙位平均票價；3.AU=min(，k=+1…+MAXob（4））24廈航使用收益管理系統(tǒng)的效益06年4-7月，銷售折扣率平均上升1個百分點，相當于全年增收近億元高客座率航班預測準確率達到78%以上較好的解決了不同航空公司之間的競爭問題迅速在公司的全部航線上推廣使用25航線網絡規(guī)劃問題航線網絡基本知識介紹航線網絡規(guī)劃研究內容航線網絡研究現狀研究方法26航線網絡基礎知識

航線：連接兩個或兩個以上地點的空中交通運輸線路航路：空中走廊起迄點航班航線網絡：航空運輸線路的有機整體，航空運輸產品的“骨架”航線網絡結構：各條航線之間的連接狀態(tài)，科學合理的航線網絡結構可以產生1+12的效果航線網絡就是賦權有向圖

ADECB航班速度安全服務品牌27航線網絡結構模式11、城市對式航線網絡結構是在兩個通航點之間開辟直達航線，航線網絡中基本沒有通過樞紐中轉聯接的通航點基本形式——直達航線（點對點航線pointtopoint

）補充形式——甩鞭子航線（中間增加經停點）、環(huán)飛航線直達航線甩鞭子航線環(huán)飛航線wijijK28城市對航線直達航線甩鞭子航線29國航每日3-6班的國內城市對2002年資料，下同30國航每日1-2班的國內城市對31國航每日不足1班的國內城市對32航線網絡結構模式22、中樞輻射航線是通過在樞紐中轉航班來連接周邊城市的一種航線網絡結構，主要特點是航空公司建立一個或多個中心樞紐站（Hub），客流量較小的城市（Spoke）之間不直接通航，而是通過在樞紐站中轉的方式加以聯接中樞輻射航線的基本形式沙漏式內地饋運式33沙漏式中樞輻射航線是一種定向式的中樞輻射航線，通過樞紐站的航班方向大致相同，于相近時間在樞紐站經停，“漏”下轉機旅客，很快銜接到經停的其他航班上方向性航班在樞紐點經停沙漏式34內地饋運式中樞輻射航線在適當的地點建立樞紐機場，周圍客流量較小的城市之間不直接通航，通過在樞紐機場中轉航班的方式實現周邊城市之間的連接及與其他樞紐的連接不強調方向性點對點航班的銜接網絡覆蓋范圍更廣35American

airlinesroutenetworkNodes:airports

Links:directflight36城市對式與輪輻式航線網絡的比較航線網絡形式優(yōu)點缺點城市對航線網絡（兩個通航點間開辟直達航線）直達目的地最短的飛行時間易于排班減少擁塞不能最大限度開發(fā)市場載運率低，航班頻度低飛機利用率低輪輻式航線網絡（通過在樞紐中轉航班來連接周邊城市）網絡連接的市場數增加增加航線運量增加航班密度降低單位成本促進支線運輸發(fā)展轉機給旅客帶來不便機場和航路擁擠航班編排復雜單獨事件系統(tǒng)影響很大37研究的主要問題航空公司如何設計自己的航線網絡？航空公司如何優(yōu)化現有的航線網絡？國家航線網絡規(guī)劃（優(yōu)化）問題38航線網絡規(guī)劃主要研究內容航線網絡特征研究如何選擇樞紐（Hub）與輻射點(Spoke)航空公司航班編排研究，如何設計航班波（Bank或Wave）航空公司機隊規(guī)劃研究樞紐機場中轉流程設計………………有大量亟待研究的課題！是政府、航空公司、機場的共同關注問題39國內外航線網絡研究現狀國外理論研究：有關航線網絡優(yōu)化模型的理論研究較多，主要采用整數規(guī)劃方法或最短路徑法來優(yōu)化航線網絡設計。一般以整個航線網中的運輸成本最小為目標函數，假定網絡中不存在競爭，旅客的需求是確定的、無彈性的,或把旅客在直達航線和中樞輻射航線之間的分配作為航線網絡優(yōu)化的結果。模型的解法多采用啟發(fā)式算法，以及分枝定界法、枚舉法等。由于模型假定不符合實際，所以實用性不強國內理論研究：集中在建設中樞航線的必要性上，如何建設中樞航線，如何將中樞航線與城市對航線相結合，缺少定量的分析方法和探索

40國內外主要研究國外有關航線領域方面的研究和文獻較多，主要包括航線網絡設計研究、現有航線優(yōu)化研究、中樞輻射航線網絡設計研究、航線網絡經濟性研究等方面的研究

M.E.O’KELLY1987年提出了解決“不確定的、單一分配的、擁有P個樞紐點的中樞輻射航線網絡結構設計問題”的整數規(guī)劃模型1994年TeodorovicD,KalicM,PavkovicG利用建立的模糊線性規(guī)劃模型來構造航線網絡1996年JailletP,SongG,GangYu根據城市對之間的O－D流,分別建立了基于One－stop，Two－stop，All－stop策略的航線網絡設計模型,并給出了一種啟發(fā)式算法1998年LederrerPJ，NambimadomRS描述了旅客需求、航班頻率和城市間的距離等網絡參數對4種基本航線網絡的影響,提出了航線網絡結構設計的一些主要參考因素2000年Yuh-Horng

Wen,Chaug-IngHsu把灰色理論應用到航線規(guī)劃中,并利用GINO軟件來求解建立的航班頻率的多目標規(guī)劃模型2006年Yuh-Horng

Wen,Chaug-IngHsu運用交互多目標規(guī)劃方法研究了國際航空聯盟下的航空公司航線網絡設計問題柏明國先后運用多目標決策方法和多屬性