实验结果
对已执行的实验结果进行了跨方案比较,以确定可显著减少排放的分配政策。图 2 - 图 4 显示了第一至第六组实验的跟踪指标比较统计。
从图 2 中可以看出,方案 A 和方案 B 的出租车距离值相似,因为它们采用了相同的站位分配;方案 B 与方案 A 的不同之处仅在于随机到达时间偏差。方案 D 和 E 一般会产生较高的出租车距离值,因为它们没有优化分配以尽量减少出租车时间。第 V 组的滑行距离最小,该组对应的分配政策是 1 号航站楼完全用于国内航班,2 号航站楼用于国际航班。在这一政策下,双模块法和最后一分钟随机分配法产生的数值接近,相差 0.2%。在这些实验中,最后一分钟随机分配优于优化站台分配的原因是,在 D 组和 E 组方案中,如果所有其他合适的站台都已被占用,最后一分钟分配允许重叠分配到同一站台。总之,图 2 显示的结果表明,通过重新安排MEX 航站楼的使用,将 1 号航站楼完全用于国内航班,每周可减少 4.2% 的滑行距离。
图 2:各组实验方案 A - E 的总滑行距离比较。
关于总滑行时间,如图 3 所示,可以注意到由于随机偏差和飞机等待时间的存在,方案 B 比方案 A 显示出更大的变数和更高的平均值。滑行时间值最低的是第五组中的方案 C,它是由双模块方法产生的分配方案。该方案的总滑行时间比第一组的 C 方案低 9%。
值得注意的是,在所有组别中,方案 C 的出租车时间始终低于最后一分钟随机分配和分配时未考虑计划中断的方案(B、D 和 E)。由此可以得出结论,在分配停机位时考虑预期的航班时刻偏差对机场运行是有利的,因为这样可以减少停机位的等待时间,从而缩短滑行时间。
在比较污染物排放总量时,方案 C 的第 V 组再次达到最低值(见图 4)。有趣的是,在第五组 E 方案中,最后一分钟的随机分配仅比 C 方案高出 3.8%,但这种随机分配在所有分配政策下都表现出很高的可变性。
可以注意到,图 3 和图 4 的数值相似,这可能是由于假设整个研究的排放因子是统一的。尽管如此,未来使用更具体的排放因子(如根据 BADA(EUROCONTROL 2020)改编)进行重复实验,并分析总排放量和总出租车时间之间的相关性,以便将二者合并为单一优化目标,可能会很有意义。
图 3:各组实验中方案 A - E 的总滑行时间比较。
图 4:各组实验方案 A - E 的二氧化碳和氮氧化物总排放量比较。综上所述,可以得出结论,就相关排放而言,最有利的机位分配政策是第五组中的政策。这意味着,在实验所考虑的运行条件下,重新安排航站楼的使用并将 1 号航站楼用于国内航班,与现有的航站楼指定相比,每周可为墨西哥国家航空港节省约 9% 的污染物排放总量。
结论和未来研究
本文介绍了一种创新方法的应用,该方法结合了贝叶斯方法和双目标启发式优化,从相关排放最小化的角度来解决机场的机位分配问题。为了验证所提出的方法对机场环境足迹的影响,在该方法中加入了模拟,以引入现实系统的随机性质的影响。此外,应用双模块方法并放宽分配限制,揭示了减少出租车相关污染物排放的隐藏潜力。以墨西哥城国际机场为例,最好的结果是将整个 1 号航站楼用于国内航班,2 号航站楼用于国际航班。与目前的航站楼使用情况相比,重新安排航站楼每周可减少约 9% 的出租车相关污染物排放。
作为未来的工作,模块 I 还将考虑其他变量,如实际周转时间和起飞时间偏差,以及更多的历史性能数据,以提供更准确的预期扰动。在获得更多历史数据后,使用不同但可比较的数据集来学习偏差模型,并进行模拟实验,以更好地估计所获得的偏差模型的准确性,也将是有益的。此外,还考虑利用飞机排放规格加强双模块方法优化组件和模拟研究,以便更精确地估算排放量及其对机位分配的影响。
此外,比较双模块生成的机位分配与同一机场历史(实际)机位分配的质量,并在其他机场配置和机位分配政策上测试提出的方法,也是很有意义的。此外,还可以研究是否可以将减少滑行距离和减排目标合并为一个优化目标,以及如果考虑飞机等待时间而不是等待飞机的数量,会对排放水平产生什么影响。此外,从仿真模型中获得的信息将被纳入优化循环,以提供更多定性解决方案。
鸣谢
作者感谢巴塞罗那自治大学、阿姆斯特丹应用科学大学航空学院对本研究的支持,以及荷兰比荷卢模拟协会(www.dutchbss.org) 和 EUROSIM 对本研究成果的传播。
作者简介
MARGARITA BAGAMANOVA是阿姆斯特丹应用科学大学的讲师和研究员,也是巴塞罗那自治大学工程学院航空与物流系的博士生。她的研究重点是应用模拟、多元优化和贝叶斯推理技术改进机场运营。她曾在不同的同行评审国际期刊和国际会议论文集上发表过论文。此外,自2018年以来,她还是荷兰比荷卢模拟学会(EUROSIM)指导委员会的活跃成员。她的电子邮件地址是 mm.bagamanova@hva.nl 和 margaritabagamanova@gmail.com。
米格尔-穆希卡-莫塔(MIGUEL MUJICA MOTA)是荷兰阿姆斯特丹应用科学大学航空学院航空管理副教授和高级研究员。他拥有巴塞罗那自治大学信息学博士和硕士学位,以及墨西哥国立大学运筹学博士和硕士学位。他是欧洲仿真协会联合会 EUROSIM 的现任主席和荷兰比荷卢仿真协会主席。他参与了多个国际工业项目以及由欧盟委员会、世界银行或私营企业资助的研究项目。他与他人合著了四本书,并发表了大量关于仿真、运营研究、航空、制造和物流的科学论文。他的研究兴趣在于利用仿真、建模形式主义和启发式方法对航空运营、制造和物流进行优化和性能分析。他的电子邮件地址是 m.mujica.mota@hva.nl。他的网站是 www.mmujicamota.com。
2020 年冬季仿真会议论文集 K.-H.Bae, B. Feng, S. Kim, S. Lazarova-Molnar, Z. Zheng, T. Roeder, and R. Thiesing, eds.
玛格丽塔-巴加马诺娃
航空与物流系C组
巴塞罗那自治大学
巴塞罗那自治大学
西班牙,贝拉特拉,08193
米格尔-穆希卡-莫塔
航空学院
阿姆斯特丹应用科学大学
阿姆斯特丹应用科学大学 190 Weesperzijde
阿姆斯特丹,1097 DZ,荷兰
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