| Биография |
 |
| Автореферат |
|
| Поиск |
|
| Ссылки |
|
| Библиотека |
|
| Инд. задание |
Р.А.А. Вижнен
Планирование пропускной способности взлетно-посадочной полосы с использованием динамического программирования
Резюме
Планирование в аэропорту в настоящее время становится все более сложной задачей из-за растущей сложности аэропорта как системы, а также различных и зачастую противоречивых целей держателей акций, вовлеченных в процесс планирования. Центр развития аэропортов при Дельфтском техническом университете (TU Delft Airport Development Center-TUD-ADC) в настоящее время работает над системой поддержки принятия решений, которая сможет дать возможность лицам, принимающим решение, проводить целостный анализ деятельности аэропорта.
Одна из таких систем- Airport Business Suite, которая обеспечивает пользователя интерфейсом для анализа деятельности и бизнеса аэропорта с целью обеспечения соответствия будущего спроса и пропускной способности.
Другой системой, которая разрабатывается в настоящее время, является Holistic Airport Resource Management and Optimization System – Глобальная система управления и оптимизации ресурсов аэропорта (HARMOS), которая имеет более или менее совпадающую цель с ABS, однако базируется на другой философии. HARMOS использует методы математической оптимизации с целью более эффективной поддержки процесса планирования в аэропорту.
Одна из проблем, которую должна быть способна решить система поддержки принятия решений для аэропорта, это проблема расширения мощности взлетно-посадочной полосы. Данная статья демонстрирует, как оба средства (ABS, HARMOS) могут быть использованы для анализа этой проблемы. Т.к. система HARMOS в настоящее время находится в разработке, эта часть анализа проблема будет описана лишь концептуально.
Процесс анализа проблемы расширения пропускной способности ВПП с помощью системы ABS проясняет, что гибкость системы ABS является в своем роде недостатком в данном случае. Пользователю необходимо вводить большое количество входных данных для анализа, для установления дня с наивысшим спросом, а также ежегодных данных. Кроме того, пользователю необходимо много работать с системой ABS для запуска и расчета сценариев, а также последующей обработки их результатов.
Философия системы HARMOS дает возможность пользователю сосредоточиться в основном на исследуемой проблеме и цели пользователя, т.е. что было бы наилучшим (в терминах стоимости) планом инвестиций для расширения ВПП. Благодаря превращению проблемы расширения пропускной способности ВПП в задачу динамического программирования, процесс анализа и сравнения могут быть автоматизированы, что делает определение наилучшего плана очень эффективным.
Аэропорты в настоящее время все более и более становятся видом бизнеса. Чтобы выжить, аэропорт должен действовать наиболее эффективно в условиях набора ограничений, наложенных национальными и международными организациями. Следовательно, аэропорт должен развивать стратегии с целью остаться в бизнесе в ближайшем и отдаленном будущем. Тем не менее, из-за растущей сложности аэропорта и его стратегии являются не такими простыми. Кроме того, что будущие условия для аэропорта являются неизвестными, множество аспектов должны быть приняты во внимание. Человек, принимающий решение в аэропорту, должен глубоко понимать бизнес-процессы и цели других акционеров аэропорта, таких как авиалинии, чтобы достичь их стратегических планов.
Данная практика для развития стратегических планов – это:
- моделирование текущей деятельности аэропорта (необходимо как основа для сравнения)
- прогнозирование будущих условий
- оценка будущих условий аэропорта (качественная и количественная)
- идентификация «узких мест» в деятельности аэропорта
- определение стратегического плана, т.е. какая политика выбирается, и какие необходимы инвестиции
- определить эффективность стратегического плана.
После этого, план должен обсуждаться с акционерами аэропорта с целью достижения консенсуса касательно предложенных изменений, что может привести к повторению части предложенного выше анализа. Этот процесс требует значительного труда, т.к. выполняется различными группами людей, занимает определенное время. Это мотивирует к использованию системы поддержки принятия решений. TUD-ADC работает над системой поддержки принятия решений для планирования в аэропортах. В настоящее время TUD-ADC развивает 2 различных типа систем поддержки принятия решений, а именно: Airport Business Suite (ABS), которая базируется на концепции нелинейной аэронавигации, и HARMOS, которая использует методы математической оптимизации.
Цель данной статьи – описать, как обе системы поддержки принятия решений используются для анализа планов инвестиций в ВПП.
В качестве примера будет использоваться расширение пропускной способности ВПП Амстердамского аэропорта Schiphol, т.к. не так давно был проведен анализ «затраты-выгоды», который определил социальные выгоды от расширения аэропорта с 6 и / или 7 ВПП. Оказалось, что, несмотря на то, что Амстердамский аэропорт Schiphol открыл новую ВПП в 2003 г., общая пропускная способность будет недостаточной для соответствия будущему спросу.
Содержание данной статьи таково. Раздел 2 сначала дает более подробное описание уже проведенного анализа «затраты-выгода», после чего представлено определение задачи, использованной на этой стадии. Раздел 3 представляет ABS и описывает, как он может использоваться для анализа планов по расширению ВПП. В разделе 4 описана философия и структура системы HARMOS. Другая часть этого раздела используется для описания анализа задачи расширения ВПП с помощью системы HARMOS. Анализ задачи представлен в разделе 5. Заключение и рекомендации представлены в разделе 6.
Этот раздел дает детализированное описание проблемы. Сначала дается некоторая вводная информация, которая дополнена описанием сценариев, которые использовались для анализа.
2.1. Вводная информация
Т.к. предварительные исследования показали, что новая система ВПП (назовем ее 5Р) неспособна удовлетворить будущий спрос, исследуются возможности расширения с 6 или 7 ВПП. 3 варианта расширения ВПП исследованы в [1] и показаны на рис.1.
Рис. 1 Альтернативные инвестиционные планы
2.2. Постановка задачи
Когда спрос увеличивается, аэропорт должен предпринять меры, чтобы убедиться, что уровень сервиса не снижается. Одним из таких действий является расширение пропускной мощности (количества ВПП). Для того, чтобы сделать это эффективно и экономично, нужно решить 2 вопроса:
- где поставить новую ВПП;
- когда новая ВПП должна быть введена в действие.
Первый вопрос связан с уровнем шума, затратами и производственными вопросами; второй связан с ожидаемым экономическим ростом и связанным с ним ростом спроса. Руководство аэропорта должно решить оба вопроса таким образом, чтобы инвестиции в пропускную способность ВПП привели к тому, что будущий уровень спроса сопоставлялся с пропускной способностью с минимальными затратами и приемлемым уровнем шума.
Таким образом, для планирования расширения ВПП лицо, принимающее решение, должно определить, которая ВПП должна быть построена в какой из планируемых периодов. Допустим, что существует 3 периода, когда такие решение должны быть приняты.
Возможности расширения для всех периодов (2003-2010, 2010-2020, 2020-2030) представлены на рис. 2.
Рис. 2. Альтернативные инвестиционные планы
Как видно из рис. 2, существует много возможностей для расширения ВПП. Все эти возможности или инвестиционные планы должны быть рассчитаны. После этого расчета, должен быть выбран наилучший план для внедрения. Следующие 2 раздела, 3 и 4, будут описывать, как системы поддержки принятия решений будут использоваться для этого расчета. Перед этим сначала будет описан сценарий, который использовался как входной для процесса расчета.
2.3. Сценарии
Неопределенные будущие условия принимаются во внимание благодаря использованию трех различных сценариев, которые описывают экономический рост и технологическое развитие на различных шагах. Период планирования распространяется на 30 лет, начиная с 2003 и заканчивая 2030. На протяжении этого периода установлены 3 временные точки, в которых принимаются инвестиционные решения. Таким образом, необходимо рассчитать деятельность аэропорта в 2003, 2010, 2020 и 2030 годах. Для этого необходимы прогнозы экономического и технологического развития (совокупность которых называется сценарием).
В этом разделе описывается система Airport Business Suite и ее философия, после этого дается краткое описание использования системы Airport Business Suite.
3.1. Обзор.
Система Airport Business Suite построена как набор взаимосвязанных инструментов, которые позволяют синтезировать информацию, необходимую для принятия решения, эффективным образом.
Набор моделей, включенных в систему, явился результатом анализа бизнес-процессов, в результате чего были выбраны 5 моделей, которые описывают:
- Спрос
- Предложение
- Сопоставление спроса и предложения
- Выручка от деятельности аэропорта
- Инвестиции и операционные затраты.
В этом разделе представлена система HARMOS. После этого будет описан анализ задачи с помощью данной системы.
4.1. Функциональное описание
Система HARMOS может быть описана с помощью диаграммы USE CASE (рис. 3), которая описывает функциональность системы на самом высоком уровне.
Рис. 3. Use case диаграмма системы HARMOS
Как видно из рисунка, данной системой выполняется 7 различных действий:
- Установка и настройка системы для определенного пользователя
- Моделирование аэропорта (в системе должны храниться данные о деятельности аэропорта)
- Расчет характеристик деятельности аэропорта
- Определение стратегий поведения
- Описание инвестиционных вложений
- Расчет стратегических планов
- Презентация результатов лицу, принимающему решение.
4.2. Динамическое программирование
Задача определения наилучшего плана для инвестиций может быть представлена как задача динамического программирования. Графически это представлено на рис. 2, на котором изображены различные варианты для расширения в 4 различных периода времени: 2003, 2010, 2020, 2030. На вертикальной оси отмечена средняя пропускная способность, выраженная в количестве полетов в час. Для каждого момента времени (шага) должно быть принято решение касательно расширения системы ВПП, а также размещения новой ВПП. Для аэропорта ААS всего существует 13 инвестиционных планов, базирующихся на 3 –х альтернативах и представленных на рис.1. Для каждого инвестиционного плана будет определены общие издержки, т.е. сумма отложенных и производственных расходов. Наилучший план – это тот план, у которого наименьшее значение общих издержек за весь период планирования (2003-2030). Отложенные расходы – это расходы, связанные с несовпадением между спросом и пропускной способностью аэропорта. Если спрос превышает пропускную способность, появляются излишние расходы. Производственные расходы – это величина инвестиционного капитала и операционных расходов.
Система HARMOS содержит модули для расчета этих затрат.