基于数据解析的航空货运配载计划问题研究

The load balance of the aircrafts is an important link that affects aircraft flight safety. How to make full use of flight capacity and save operating costs under the premise of ensuring aviation safety is a key issue to be solved in the aircraft loading plan. With the development and integration of information and intelligent technologies, the use of a large number of airline historical loading data and flight data to analyze the key features and inherent rules of load operations can provide a basis for formulating safer and more efficient loading plans. This project aims at three typical air cargo load planning problems which are extracted from the air cargo transportation process, discusses modeling and optimization methods based on data analytics, and conducts application research based on the actual loading process of airlines. The research contents include: standard container load planning problem considering the fuel consumption of the aircraft; connecting flight load planning problem considering the relocating cost of the airport; non-standard container load planning problem considering the bias of cargo center of gravity; and development of air cargo load planning decision support system based on the analytics, modeling and optimization methods for the above problems to provide guidance for loading operations management of the airlines. This project is an in-depth exploration of the existing basic theory of air cargo loading, and is of great significance for ensuring aviation safety, improving operational efficiency and flight capacity, and reducing energy consumption.

飞机的载重平衡是影响航空器飞行安全的重要环节，如何确保航空安全并在此基础上充分利用航班运力、节约运行成本是航空配载计划要解决的关键问题。随着信息化和智能化技术的发展与融合，利用航空公司的大量历史配载数据和飞行数据，解析配载作业的关键特征和内在规律，能为制定更加安全高效的配载计划提供依据。本项目针对从航空货物运输过程中提炼的三类具有典型特征的航空货运配载计划问题，探讨基于数据解析的建模与优化方法，并以航空公司实际配载过程为背景进行应用研究。研究内容包括：考虑飞机燃油消耗的标准集装器配载计划问题；考虑机场倒舱成本的联程航班配载计划问题；考虑货物重心偏置的非标准集装器配载计划问题；结合上述问题的解析、建模和优化方法，开发航空货运配载计划决策支持系统，为航空公司的配载作业管理提供辅助指导。本项目是针对已有航空货运配载基本理论的深入探索，对保障航空安全、提高作业效率和航班运力及降低能耗具有重要意义。

本项目针对从航空货物运输过程中提炼出的具有典型特征的航空货运配载计划问题，从基于数据解析的建模方法和优化方法方面进行了基础研究，以航空公司实际配载过程为背景进行了应用研究，并在此基础上对研究内容进行了一定的扩展。. 针对标准集装器配载计划问题，考虑飞机的燃油成本和实际重心包线约束，提出了一种更加贴合实际的数学模型，并设计了线性化策略和模型降维策略将其等价转化为混合整数线性规划模型，能够快速获得高质量的配载方案。针对联程航班配载计划问题，考虑中间机场的倒舱成本和装卸机作业规程，提出了一种混合整数线性规划模型，并设计了一种基于Benders分解的精确算法进行求解，通过数值实验验证了所提出模型和算法的有效性。针对非标准集装器配载计划问题，考虑客改货飞机的专用属性和特征差异，提出了基于装载量最大化和重心偏移最小化的数学规划模型，并设计了一种改进的遗传算法对模型进行求解，得到的配载方案优于人工配载结果。将研究对象向航空货运配载计划的上游延伸，针对货运航班停机位分配问题进行研究，考虑货物紧急程度和货物机下运输时间，提出了基于多目标优化的建模和优化方法，促进航空货运各环节的协同优化。. 本项目立足我国航空运输业的发展需求，解析配载作业的特征和规律，设计贴合实际的数学模型和高效的优化算法，能够为制定更加安全高效的配载计划提供科学依据，保障飞机运行安全、提高计划编制效率、降低航班运行成本、增加航空公司的经济效益，对于建立安全、智慧、高效、绿色的民航服务体系具有重要的意义。