運籌學(xué)在航空運輸管理中的應(yīng)用12.27課件

運籌學(xué)在航空運輸管理中的應(yīng)用

ORinAirtransportation中國民航大學(xué)經(jīng)管學(xué)院褚衍昌ORinAirTransportation1中國民航大學(xué)管理學(xué)院主要內(nèi)容國內(nèi)外有關(guān)航空運輸管理研究的雜志、研究機構(gòu)運籌學(xué)在航空運輸管理中的主要應(yīng)用領(lǐng)域典型問題研究ORinAirTransportation2中國民航大學(xué)管理學(xué)院國內(nèi)外有關(guān)航空運輸管理研究的雜志、研究機構(gòu)國內(nèi)外有關(guān)航空運輸管理研究的雜志《TransportationResearch》《TransportationResearchPartB:Methodological》《TransportationResearchPartE:LogisticsandTransportationReview》《JournalofAirTransportManagement》《EuropeanJournalofOperationalResearch》《TransportationScience》《OperationalResearch》國內(nèi)外有關(guān)航空運輸管理研究的機構(gòu)AGIFORS——TheAirlineGroupoftheInternationalFederationofOperationalResearchSocietiesM.I.T——InternationalCenterforAirTransportationNASACenter——LangleyResearchCenterManchesterMetropolitanUniversity——TheCentreforAviationTransportandtheEnvironmentGeorgeMasonUniversity——CenterforAirTransportationSystemsResearch…………Embry-RiddleAeronauticalUniversity，CranfieldsUniversityORinAirTransportation3中國民航大學(xué)管理學(xué)院IFORS&AGIFORS國際運籌學(xué)會（IFORS）除包括各國或地區(qū)運籌學(xué)會外，還包括航空運輸組(AGIFORS,AirlineGroupofIFORS)，專門研究運籌學(xué)在航空運輸中的應(yīng)用問題50年來至少1000多篇文章在OperationResearch，TransportationScience等相關(guān)刊物上發(fā)表UA，AA，BA，AF等國際著名航空公司都設(shè)有ORGroupORinAirTransportation4中國民航大學(xué)管理學(xué)院AGIFORSAGIFORSistheoutcomeofinformaldiscussionsbetweensixairlineOperationalResearchworkers(fromTransCanada,AirFrance,Sabena,BEA,andSwissair)whowerepresentatthesecondinternationalconferenceinOperationalResearchatAixenProvence,France,in1960.Theseinformaldiscussionsledtotheformationofacommittee,whichorganizedaSymposiumontheuseofOperationalResearchwithintheairlineindustry,atSpringValley,NewYorkinOctober1961.ThisSymposiumwasdeemedsuccessfulandresultedintheformationofAGIFORSasaprofessionalsocietydedicatedtothefreeexchangeofideasandnewadvancesinOperationsResearchwithintheairlineindustry.

TodaytheAGIFORSmembershipexceeds1,200professionalsrepresentingmorethan200airlines,airlinemanufacturersandaviationrelatedindustriesandassociations.ORinAirTransportation5中國民航大學(xué)管理學(xué)院運籌學(xué)在航空運輸管理中的典型領(lǐng)域

運籌學(xué)對有限的資源進行優(yōu)化配置，以求系統(tǒng)最優(yōu)的科學(xué)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(wǎng)絡(luò)規(guī)劃機場運營效率評價ORinAirTransportation7中國民航大學(xué)管理學(xué)院收益管理——我們應(yīng)用運籌學(xué)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(yīng)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(nèi)已被廣泛應(yīng)用于鐵路、賓館等行業(yè)。收益管理是在經(jīng)濟學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、預(yù)測技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)和計算機技術(shù)基礎(chǔ)上形成的一套科學(xué)的營銷管理方法，核心內(nèi)容是在合適的時間，將合適的產(chǎn)品以合適的價格銷售給合適的消費者，實現(xiàn)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。ORinAirTransportation8中國民航大學(xué)管理學(xué)院收益管理發(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(yīng)用條件——航空運輸業(yè)的發(fā)展;理論條件——運籌學(xué)與管理科學(xué)的發(fā)展;技術(shù)條件——計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。收益管理的理論基礎(chǔ)——運籌學(xué)運籌學(xué)和現(xiàn)代管理科學(xué)的發(fā)展為收益管理的產(chǎn)生、發(fā)展和成熟提供了必不可少的理論基礎(chǔ)。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(yīng)用了運籌學(xué)大部分的理論和模型，尤其是線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)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(xiàn)在動態(tài)規(guī)劃模型在收益管理問題的研究中己經(jīng)得到了更多的應(yīng)用，而仿真技術(shù)、博弈理論等也在航空收益管理中的到了越來越多的應(yīng)用。國際運籌學(xué)協(xié)會(IFORS)航空運輸組，專門又設(shè)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(yīng)用問題。美國運籌學(xué)與管理科學(xué)學(xué)會也正在設(shè)立新的分支機構(gòu)“收益管理部”。ORinAirTransportation10中國民航大學(xué)管理學(xué)院收益管理-一個簡單的例子設(shè)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(dāng)天50應(yīng)如何進行銷售？需要準(zhǔn)確的預(yù)測需求，并隨時間推移不斷地更新預(yù)測結(jié)果！ORinAirTransportation11中國民航大學(xué)管理學(xué)院收益管理-一個復(fù)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(yù)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ORinAirTransportation12中國民航大學(xué)管理學(xué)院收益管理系統(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(yù)測控制效果分析銷售信息系統(tǒng)ICS、CRS、離港系統(tǒng)財務(wù)信息市場信息其它信息定價(價格和限制條件)航班計劃ORinAirTransportation14中國民航大學(xué)管理學(xué)院多級票價與座位優(yōu)化控制需求量價格0經(jīng)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，

ORinAirTransportation15中國民航大學(xué)管理學(xué)院期望邊際座位收益（EMSR）閑暇旅客拒絕接受將座位售給公務(wù)旅客的概率P座位空閑的概率1-P公務(wù)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(wù)旅客的概率，￥y×P為將座位售給公務(wù)旅客的收益，￥q為將座位售給閑暇旅客的收益。設(shè)有兩個運價等級：Y，Q；艙位虛擬運力為AC。ORinAirTransportation17中國民航大學(xué)管理學(xué)院座位分配中的嵌套結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(shù)分配座位數(shù)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=CAPORinAirTransportation18中國民航大學(xué)管理學(xué)院網(wǎng)絡(luò)座位控制也稱O&D控制，在輪輻式航線網(wǎng)絡(luò)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(guān)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ORinAirTransportation19中國民航大學(xué)管理學(xué)院超售重復(fù)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(shù)接受訂座和售票，既避免損失，也更好的為旅客服務(wù)超售的原因ORinAirTransportation20中國民航大學(xué)管理學(xué)院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(shù)大于航班物理座位數(shù)。但在實際要求登機人數(shù)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(shù)+訂座減少數(shù)DC（和訂座取消數(shù)相關(guān)）定義2：艙位可獲得座位數(shù)AU：考慮虛擬運力、Goshow、Noshow后得出的虛擬銷售座位數(shù)，是超售模型的計算目標(biāo)。AU值確定ORinAirTransportation21中國民航大學(xué)管理學(xué)院超售量計算-不確定性模型NO_SHOW率的不確定性NO_SHOW率根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測，實際NO_SHOW率可能大于或小于預(yù)測值NO_SHOW率的不確定性會導(dǎo)致空座損失=空位數(shù)乘以票價（NO_SHOW率高于預(yù)計值）拒絕登機成本（Denied

Boarding

DB成本）（實際NO_SHOW率低于預(yù)計值）賠償金額信譽損失提供食宿費用票價差額航班延誤ORinAirTransportation22中國民航大學(xué)管理學(xué)院基于二項分布的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(shù)）b為每DB一個乘客的平均賠償標(biāo)準(zhǔn)。；VC為運力；y為艙位平均票價；3.AU=min(，k=+1…+MAXob（4））ORinAirTransportation24中國民航大學(xué)管理學(xué)院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(dāng)于全年增收近億元高客座率航班預(yù)測準(zhǔn)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ORinAirTransportation25中國民航大學(xué)管理學(xué)院航線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)：航空運輸線路的有機整體，航空運輸產(chǎn)品的“骨架”航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：各條航線之間的連接狀態(tài)，科學(xué)合理的航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生1+12的效果航線網(wǎng)絡(luò)就是賦權(quán)有向圖

ADECB航班速度安全服務(wù)品牌ORinAirTransportation27中國民航大學(xué)管理學(xué)院航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式11、城市對式航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是在兩個通航點之間開辟直達航線，航線網(wǎng)絡(luò)中基本沒有通過樞紐中轉(zhuǎn)聯(lián)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(jīng)停點）、環(huán)飛航線直達航線甩鞭子航線環(huán)飛航線wijijKORinAirTransportation28中國民航大學(xué)管理學(xué)院城市對航線直達航線甩鞭子航線ORinAirTransportation29中國民航大學(xué)管理學(xué)院國航每日3-6班的國內(nèi)城市對2002年資料，下同ORinAirTransportation30中國民航大學(xué)管理學(xué)院國航每日1-2班的國內(nèi)城市對ORinAirTransportation31中國民航大學(xué)管理學(xué)院國航每日不足1班的國內(nèi)城市對ORinAirTransportation32中國民航大學(xué)管理學(xué)院航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式22、中樞輻射航線是通過在樞紐中轉(zhuǎn)航班來連接周邊城市的一種航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)的方式加以聯(lián)接中樞輻射航線的基本形式沙漏式內(nèi)地饋運式ORinAirTransportation33中國民航大學(xué)管理學(xué)院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(jīng)停，“漏”下轉(zhuǎn)機旅客，很快銜接到經(jīng)停的其他航班上方向性航班在樞紐點經(jīng)停沙漏式ORinAirTransportation34中國民航大學(xué)管理學(xué)院內(nèi)地饋運式中樞輻射航線在適當(dāng)?shù)牡攸c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(zhuǎn)航班的方式實現(xiàn)周邊城市之間的連接及與其他樞紐的連接不強調(diào)方向性點對點航班的銜接網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍更廣ORinAirTransportation35中國民航大學(xué)管理學(xué)院American

airlinesroutenetworkNodes:airports

Links:directflightORinAirTransportation36中國民航大學(xué)管理學(xué)院城市對式與輪輻式航線網(wǎng)絡(luò)的比較航線網(wǎng)絡(luò)形式優(yōu)點缺點城市對航線網(wǎng)絡(luò)（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(wǎng)絡(luò)（通過在樞紐中轉(zhuǎn)航班來連接周邊城市）網(wǎng)絡(luò)連接的市場數(shù)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(zhuǎn)機給旅客帶來不便機場和航路擁擠航班編排復(fù)雜單獨事件系統(tǒng)影響很大ORinAirTransportation37中國民航大學(xué)管理學(xué)院研究的主要問題航空公司如何設(shè)計自己的航線網(wǎng)絡(luò)？航空公司如何優(yōu)化現(xiàn)有的航線網(wǎng)絡(luò)？國家航線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃（優(yōu)化）問題ORinAirTransportation38中國民航大學(xué)管理學(xué)院航線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃主要研究內(nèi)容航線網(wǎng)絡(luò)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(shè)計航班波（Bank或Wave）航空公司機隊規(guī)劃研究樞紐機場中轉(zhuǎn)流程設(shè)計………………有大量亟待研究的課題！是政府、航空公司、機場的共同關(guān)注問題ORinAirTransportation39中國民航大學(xué)管理學(xué)院國內(nèi)外航線網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀國外理論研究：有關(guān)航線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型的理論研究較多，主要采用整數(shù)規(guī)劃方法或最短路徑法來優(yōu)化航線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。一般以整個航線網(wǎng)中的運輸成本最小為目標(biāo)函數(shù)，假定網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的結(jié)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(nèi)理論研究：集中在建設(shè)中樞航線的必要性上，如何建設(shè)中樞航線，如何將中樞航線與城市對航線相結(jié)合，缺少定量的分析方法和探索

ORinAirTransportation40中國民航大學(xué)管理學(xué)院國內(nèi)外主要研究國外有關(guān)航線領(lǐng)域方面的研究和文獻較多，主要包括航線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計研究、現(xiàn)有航線優(yōu)化研究、中樞輻射航線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計研究、航線網(wǎng)絡(luò)經(jīng)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計問題”的整數(shù)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(gòu)造航線網(wǎng)絡(luò)1996年JailletP,SongG,GangYu根據(jù)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(wǎng)絡(luò)設(shè)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(wǎng)絡(luò)參數(shù)對4種基本航線網(wǎng)絡(luò)的影響,提出了航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些主要參考因素2000年Yuh-Horng

Wen,Chaug-IngHsu把灰色理論應(yīng)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(biāo)規(guī)劃模型2006年Yuh-Horng

Wen,Chaug-IngHsu運用交互多目標(biāo)規(guī)劃方法研究了國際航空聯(lián)盟下的航空公司航線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計問題柏明國先后運用多目標(biāo)決策方法和多屬性決策方法對構(gòu)建中樞輻射航線網(wǎng)絡(luò)進行了研究，利用所提方法構(gòu)建了中國15城市的樞紐航線網(wǎng)絡(luò)

ORinAirTransportation41中國民航大學(xué)管理學(xué)院航線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基本研究思路和方法樞紐點的選擇（P個Hub）航線的連接方式（優(yōu)先原則、影響因素）目標(biāo)函數(shù)（運輸成本最小、距離最短）ORinAirTransportation42中國民航大學(xué)管理學(xué)院

目標(biāo)函數(shù)：Min約束條件：Cij：從節(jié)點i到節(jié)點j的單位旅客成本；N：將要建立的