航班延误沿网络的传播机理及可靠性研究

General optimisation objectives of schedule planning may include: minimising operating costs and maximising the utilisation of resources. The optimisation process tends to generate tight aircraft routing plans.Once affected by stochastic disruptions, we can observe the 'delay propagation phenomenon' in airline networks through aircraft routing, crew connections and passenger connections, leading to the operational reliability decreased.This project correlates delays with sets of causal factors based on Copula function and creates multi-factor flight delay propagation models, and builds operational reliability and operating efficiency multi-objective optimization model in the case of flight delay propagation, with proposing a particle swarm optimization algorithm. Afterwards, for determining the network operational reliability, this paper chooses series of indicators such as airport capacity, passenger service time, aircraft routing and crew buffer time, furthermore proceeds Monte-Carlo simulation analysis from network structure, airport, slot or other characteristics.According to the simulation results, this project put forward corresponding optimization strategies and reliability strategies. So the study has important guiding significance for airlines and airports to use their resources efficiently, while safeguarding the flexibility and the reliability of schedule.

考虑到运行成本最小化和资源利用最大化的目标，航空公司的运行计划安排就会更为紧凑，冗余度低。一旦出现随机扰动因素的影响，机场会发生航班延误并通过飞机路线、机组连接或旅客连接向网络中其他机场节点传播，网络运行可靠性随之降低。本课题对产生及影响航班延误及传播的扰动因素进行分析，基于copula函数研究因素之间的相关性并建立多因素航班延误及传播模型；建立航班延误沿网络传播过程中网络运行可靠性和运行效率多目标优化模型并提出粒子群算法研究；围绕着机场容量、旅客服务时间、飞机路线与机组的缓冲时间等一系列指标确定描述网络运行状态的可靠性，并针对网络结构、机场、时刻等不同特征对网络运行可靠性进行Monte-Carlo仿真分析。根据仿真结果提出相应的优化策略及可靠性策略，为航空运输对象在有效率地利用好其资源的同时保障计划运行的弹性及可靠性具有重要的指导意义

考虑到运行成本最小化和资源利用最大化目标，航空公司的运行计划安排较为紧凑，一旦出现航班延误，延误影响很大程度会波及后续航班，延误的直接危害是导致旅客滞留、机场及航空公司资源调配失衡。因此航班延误沿网络的传播机理及可靠性问题是本项目主要研究内容。.项目研究中首先构建了航班运营数据集，并对延误航班的延误因素进行分类统计。基于Copula函数比较分析了不同延误因素造成的连续航班延误之间非线性相关性和尾部相关性，采用离差最大化法对航班延误进行风险分级。.针对延误波及问题研究，基于贝叶斯网络构建了修正延误波及树模型（DPT-BN），该模型一方面反映了根延误如何通过共享飞机资源、机组资源而衔接起来的航班计划网络向后传播，另一方面考虑了延误波及树中各机场节点不同时段随机因素对延误的影响。.针对网络运行可靠性问题研究，基于copula函数分析共享飞机资源的连续航班中前航到达延误与后航出发延误的一致性程度来衡量航班计划运行可靠性；在此基础上提出了安全性、可靠性及经济性指标，建立了网络运行可靠性综合评价指标体系，并构建航班延误多策略优化模型。模型中涉及到计划裕度调整策略、资源调度策略以及航班取消策略。.针对航线网络拓扑结构对航班延误传播影响的研究，建立了航线网络延误传播模型，仿真结果揭示了拓扑结构对航线网络稳定性的内在影响。考虑网络运行的风险因素，建立了Mean-Risk网络模型，通过网络层面的优化设计，提升网络运行时的稳定性。.研究中进一步考虑到航班延误对旅客出行影响，基于SP试验最优设计方法，构建旅客出行的多项Logit离散选择模型。分析表明航班延误对旅客航空出行选择行为会产生一定影响。.本项目着重研究了航班延误沿网络的传播机理。从延误的发生源头、延误的传播及控制机理等方面展开研究。初始延误向后传播的延误波及网络是一个多物流网络，网络中各边权涉及到飞机资源、机组资源、旅客出行等诸多方面的衔接。延误的产生是随机不确定的，延误的传播是沿着多物流在网络中传播的；网络中各机场节点又具有自身属性，因此延误传播问题是一个典型的随机优化问题，该问题的研究基于概率论表述随机变量取值的概率规律更为恰当。所以本项目研究的方法论是确实可信的，从机场、航空公司、旅客的角度分别评估其运行可靠性，提出相应的延误控制思路及策略，对航空公司在有效率地利用好其资源的同时保障计划运行的弹性及可靠性具有重要的指导意义。