通过计划的重新分配减少航班延误波及范围（节选）摘要：在过去的几年中，空中交通拥挤、恶劣天气、机器故障以及其余的各种问题使航班时刻计划形成了大范围的中断，于是客运航班的延误受到了越来越多的关注。而航班延误还会产生的更大问题，即每个航班延误可以影响并阻碍下一航班的正常运行，因为它必须等待延误航班的机组人员直至问题处理好。一个根本性的冲突则更加剧了这种潜在的延误传播：航班计划的时间表通常是有缺陷的，并不能满足人们的需求。这意味着错过了利用昂贵却又易腐的资源的机会，而懈怠的计划是行动中吸取教训的关键点。在这篇文章中，我们研究了如何通过重新分配现有的缺陷计划来减少航班延误的传播，在计划过程中对航班时刻表做出轻微的修改而又不改变原有的机组人员调度决策。在美国主要运营商的数据基础上，我们提出了相应的计算结果，并表明可以在不增加计划成本的情况下取得经营业绩的显著改善。介绍航空公司的计划是由几个昂贵而有限的资源组成的，如飞机和机组人员。这些资源通过在各个航班中的转移将整个网中的航班都联系起来。然而，使事情变得复杂的是即使每个航班需要各种类型的资源，但是个人资源并不一定非要留在网络中相连。例如，飞机和机组人员可能一起被分配到一个特定点的时间表的飞行中，但随后也可各自分配给不同的航班。这种联系可以衍生出潜在的航班延误传播。例如，如果由于所分配的航班的飞机机械故障，一个航班出现延误，那么随后的飞行也可能被延迟，因为它正在等待那个归航的飞机。事实上，资源是可以“分裂”这种复合结果的。在图一中([3]中有详细解释)，我们可以看到一个单一的航班延误也可以波及其他航班的延迟。在过去5年中，航班延误的发生频率大幅增加（见图二）。这些航班延误所造成的对成本的影响是非常大的，其中包括多余的燃料成本（怠速飞机），工作人员的加班工资成本、重新等待的顾客服务成本以及由延迟产生的客户的流失。进一步来说，航空运输协会估计在2006年就有1.165亿分钟的延误，给美国航空业的运营成本直接增加了77亿美元的负担（见表1）。航班延误的来源有很多，如机械故障、天气延误、地面的方案以及空中交通挤塞。但是，从这些首次延迟而波及到的二次延误也相当多。例如，在2007年11月，在美国各大机场延误超过三分之一结果仅是因为一架迟到的飞机（图3）。此外，从规划的角度来看，疏忽通常被视为消极的（如一种资源的浪费），而由这个事实可能会产生一种自然而然的冲突。但是从运营的角度来看它也可以看成是积极的（如，一个吸取教训的机会而不是让延误波及更广)。因此，我们研究的重点是如何将操作问题与延误传播综合考虑在航空公司的规划过程之中。在这项研究中，一个关键挑战是如何在计划成本（假设航空公司的所有航班都如期运行而无中断的计划成本)和运营成本（由于航班延误而修改后的计划的实际的成本)之间进行取舍。两个不同的计划不同的计划成本，而我们难以确定这两项计划中哪个将得到更好地运作。此外，我们也难以确定运营的改善是否比计划成本的增加更为重要。如果在计划范围内（通常是按天算），每个计划都将要修改很多次，而潜在的延误有可能会在任何一天发生，也有可能不发生。因此，即使我们确定了稳固的指标，并量化这些指标值（即改善这些指标将会需要运营商承担多大的计划成本)，这是一个具有挑战性的研究，而且本身并未得到充分解决。事实上，对于大多数运营商来说，规划和操作流程的作用是相互独立的，每个小组的动机都是与不同的目标相对应，只会使问题进一步恶化。因此，我们建议想一个办法作为中间步骤，在不增加计划成本的情况下，仍然可以提高经营业绩。具体来说，我们建议修改航班起飞时间，以便重新分配现有的网络中的资源浪费。通过重新定时航班，浪费的资源可以重新分配到这些最容易延误且易引起延迟传播的航班。我们限制航班的时间窗口来重新制定时间计划，以便保持现有的收入预测。此外，我们限制航班时间计划的同时不改变那些仍然可行的船员配对成本。最后，我们需要保持同一架飞机的飞行。我们的计算结果是根据美国一家主要的运营商的数据而来的，事实证明，这种做法可以使得预期的延迟传播有明显的改善，而又没有任何相关计划成本的增加。我们研究的主要贡献是所开发的模式可以减少运营过程中的延迟传播，而且没有任何计划成本的增加。我们提出的模型考虑到了引起延迟传播的各种原因，如飞机本身、机组成员、与乘客的联系以及其他共享资源。通过演示这些模型的完整性是可以放宽尺度的（即该模型可以得到线性解决，而不是从整体和程序上解决），我们可以在不牺牲别的资源的情况下考虑到所有的后续影响。本文概述如下：在第2节中，我们将回顾相关文献，并提出了一些重新分配浪费的模式。在第3节中，我们展示了一个仿真模型以帮助验证结果。具体的计算实验和分析则在第4节中讲述。最后，第5节则得出文章的结论并为今后的研究提供了相应的建议。