肖璠、郭斯琪、黄林、黄蕾、梁哲^*

Transportation Research Part B: Methodological. 2022, 162

推荐理由

目前货运航空公司通常采用分部门、分阶段的方式依次对航班、飞机及货物进行调度，使得各项生产资源难以得到有效利用。本研究秉持“理论结合实践”的原则，立足于货运航空公司的实际运行情况，对飞机和货物路径进行一体化编排。在理论层面拓展了现有货运航空公司运营管理的相关理论体系，为多资源的协同优化提供了理论依据；在现实层面将提出的模型和算法转化为实际生产力，落地于国内最大的货运航空公司——顺丰航空，切实保障航班和货物的有效调度，对促进货运航空公司的发展具有重要应用价值。

作者简介

梁哲，同济大学经济与管理学院教授，国家杰青，上海市优秀学术带头人。研究方向为航空运营管理

黄蕾：同济大学经济与管理学院博士后

黄林：顺丰航空有限公司

关键词

货物路径、机尾号分配、短连接、列生成、整数规划

内容简介

目前，航空公司在实际生产中往往采用分阶段的方式，规划飞机路径和货物路径。一方面，先确定航班的执飞机型，再确定货物路径，容易造成货物需求与飞机装载容量之间的不匹配，飞机装载容量无法得到充分利用，或同一订单的货物由于飞机装载容量过小而被分开运输；另一方面，先确定飞机路径，容易限制货物行程的多样性，从而使得部分经济的货物行程无法生成，给航空公司的服务质量和运营成本产生负面影响。总的来说，航空公司在规划飞机路径时无法充分考虑飞机需求，从而使得只有部分短连接被生成以供后续货物行程使用，最终导致部分好的短连接无法发挥作用。

近两年，也有少量学者试图将飞机路径和货物行程问题进行整合求解（Derigs et al., 2009; Derigs and Friederichs, 2013; Delgado, et al., 2020; Delgado and Mora, 2021），然而，他们也没有意识到短连接的效用。在他们的研究中，只有当两个航班之间的衔接时间大于最小的货物中转时间时，这两个航班才能够同时出现在一条货物行程中。也就是说，他们假设所有的货物都需要在中转机场进行装卸操作，这一假设完全限制了所有短连接的使用，从而导致可行的货物行程集合并不完整。总体而言，不论是在当前实践，还是现有的学术研究中，货物的行程都或多或少受到飞机路径的影响。因此，本研究提出了一个考虑直通连接和短连接的整合模型，使得所有的短连接都有机会被生成和利用，最终使得到的整体解决方法更加切合货运需要，这一考虑也使我们的解决方案有可能优于以往所有文献中的解决方案。

研究提出了两个数学模型（基于连接网络的模型和基于航班串的模型），以求解飞机路径和货物路径的整合模型。为了提升基于航班串模型的求解效率，研究提出了快速求解该大规模组合优化问题的求解算法。首先，研究提出了一个基于列生成框架求解基于航班串模型的线性松弛问题，之后，研究提出了一个应用重优化策略的潜水启发式算法，在有限时间内找到一个较优的整数解决方案。实验结果表明：（1）与分阶段求解相比，整合模型可以将航空公司的整体收益平均提升7.04%；（2）加入短连接后，整体收益平均提升4.9%；（3）对于大规模算例，基于航班串的模型可以提供更好的解决方案，相较于基于连接网络的模型，其方案的整体收益可提升1.19%-3.36%；（4）建议航空公司仅在问题规模较小的情况下采用基于连接网络的模型来辅助决策，当问题规模较大时建议采用基于航班串的模型辅助决策。