面向空铁联运的枢纽航线网络优化

作     者：吴志帅 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕宗磊;高利佳

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：航空运输 枢纽航线网络 拥堵问题 空铁联运 直航 智能优化算法 

摘      要：针对枢纽航线网络优化模型处在模型较简化阶段,随着民航业规模的不断增长,机场客流量剧增,业务流程愈加复杂,枢纽拥堵情况也随之严重。现有的优化模型由于是基于严格的枢纽航线网络结构,未考虑枢纽机场容量约束,导致枢纽机场不能承载巨大的客流量和庞大的航线网络,枢纽机场客流较多且拥堵,非枢纽机场客流短缺,航班密度小,航线少等问题。为此,本文以缓解枢纽机场拥堵问题为目的,开展枢纽航线网络结构的优化和模型的优化研究。针对现有基于严格的枢纽航线网络结构的优化模型和拥堵问题相关约束,开展面向拥堵问题的枢纽航线网络优化模型研究。首先,提出包含直航的枢纽航线网络结构,允许部分满足约束条件的非枢纽机场间进行直航。然后,考虑直航带来的拥堵成本函数的变化、拥堵约束、直航约束。另外,考虑直航在模型求解方面带来最大的问题是模型优化变量变成包含两种运输方式、四个城市节点的运输路线的复杂变量。提出基于列表的网络编码方式结合航线路径选择策略形成粒子初始化生成算法,减少了模型变量的存取空间和时间复杂度,使得粒子初始化速度较快。最终,使用模拟退火粒子群算法减少陷入局部最优解的概率,增加较大解空间的全局搜索效率。在国际公开的土耳其交通数据集上验证,实验结果表明,相较于严格的枢纽航线网络,非严格枢纽航线网络能够显著地缓解枢纽机场的拥堵,均衡枢纽机场间客流量,减少网络成本;同时,本模型算法具有较快的收敛速度和良好的稳定性。为进一步解决枢纽机场的拥堵问题,同时为满足综合交通发展需要,将高铁站点考虑进枢纽航线网络中,提出了面向空铁联运的枢纽航线网络优化模型。首先,在非严格的枢纽航线网络结构上加入高铁节点,根据距离和成本等因素决定当前节点的运输方式和是否为枢纽节点。然后,因为考虑了高铁节点,导致模型变量表示包含三种运输方式和四个城市节点的运输线,该变量的存取复杂度相较于面向拥堵问题的枢纽航线网络优化模型中的模型变量更加复杂。因此,设计了高维多角标变量表示方法和禁忌搜索算法的求解方法。最终,该方法极大地降低了算法的计算负担,合理地分配了运输方式和线路客流量。为了进一步验证枢纽航线网络结构的普适性,在国内交通运输数据集上验证,实验结果表明,相较于严格以及非严格的枢纽航线网络,该优化模型能够显著地缓解枢纽机场的拥堵,均衡枢纽机场间客流量,降低网络成本。同时,证明了模型求解方法具有较良好的稳定性。