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主要作者及机构、发表期刊与时间

本研究的主要作者包括Weili Zeng、Changxing Xu、Xiang Shu、Xinyuan Chen和Wenbin Wei。Weili Zeng来自南京航空航天大学民航学院（College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics）和中国民航飞行时刻管理研究中心（China Civil Aviation Flight Slot Management Research Center）；Changxing Xu和Xiang Shu也来自南京航空航天大学民航学院；Wenbin Wei则来自美国圣何塞州立大学工程学院（College of Engineering, San Jose State University）。该研究于2025年1月29日在线发表于《Journal of Air Transport Management》期刊，文章编号为102751。

学术背景

本研究的主要科学领域是航空运输管理，特别是机场时刻分配（slot allocation）优化。随着航空运输需求的激增，机场容量资源与旅行需求之间的不平衡日益加剧，导致许多机场出现拥堵和延误现象。虽然扩建机场基础设施和开放更多民用空域是缓解拥堵和延误的最有效方法，但这些措施涉及较长的建设周期和巨大的财务成本。因此，需求管理成为短期内缓解拥堵的最有效手段。目前，全球许多国家采用国际航空运输协会（IATA）发布的《全球时刻指南》（Worldwide Slot Guidelines, WSG）进行需求管理。然而，当机场容量下降时，现有分配规则可能无法满足历史优先时刻（historical priority slots）的需求，导致分配失效。目前尚无研究考虑这种情况。为此，本研究提出了一种新的优先级类别——操作优先级（operational priority），并构建了一个加权双目标时刻优化模型（weighted dual-objective slot optimization model），以补充现有的协调优先级（coordination priority），从而解决容量下降时的分配问题。

研究流程

本研究的研究流程主要包括以下几个步骤：
1. 定义操作优先级：基于跑道拥堵、走廊拥堵、正常流量控制和历史准点率等指标，将航班的操作优先级分为四个等级：第一操作优先级（FIOP）、第二操作优先级（SEOP）、第三操作优先级（THOP）和第四操作优先级（FOOP）。
2. 构建优化模型：建立了一个双目标优化模型，目标函数包括最小化加权总位移（weighted total displacement）和最小化单次航班的最大位移（maximum displacement）。模型还考虑了机场容量、正常流量控制、走廊容量和航班周转时间等约束条件。
3. 分层求解策略：采用基于约束的分层搜索策略（constraint-based hierarchical search strategy），依次解决不同优先级时刻的优化问题。首先分配历史时刻，然后分配历史调整时刻、新进入者时刻和其他时刻。
4. 案例验证：将模型应用于上海浦东国际机场（ZSPD），验证其有效性和实用性。通过分析跑道和走廊的时空拥堵模式，优化航班时刻分配，减少延误并提高运营效率。
5. 结果分析：通过实验数据，分析优化前后的航班位移分布、最大位移、跑道和走廊的容量利用率以及航班延误情况，评估模型的优化效果。

主要结果

1. 时刻分配优化：在上海浦东国际机场的案例中，模型优化后仅调整了3.15%的时刻，最大位移不超过40分钟。优化后的时刻分布更加合理，有效减少了航班延误并提高了运营效率。
   
2. 拥堵模式分析：通过统计分析，发现跑道35R的拥堵最为严重，而走廊Pikas的拥堵频率最高。优化后，所有跑道和走廊的容量利用率均得到改善，避免了超负荷运行。
   
3. 延误减少：与原始航班计划相比，优化后的平均延误时间从10.5分钟减少到5.6分钟，准点率提高了约5%。
   
4. 优先级权重分析：通过调整优先级权重系数，发现不同权重的设置对总位移和最大位移有显著影响，证明了模型在平衡不同优先级需求方面的灵活性。

结论

本研究提出了一种新的航班时刻分配模型，通过定义操作优先级并构建双目标优化模型，有效解决了机场容量下降时的时刻分配问题。该模型不仅能够满足航空公司的时刻需求，还能显著减少航班延误，提高机场的运营效率。此外，模型的分层求解策略和优先级权重设置为时刻协调员提供了更多的决策支持，有助于优化机场资源利用率。

研究亮点

1. 创新性：首次提出操作优先级概念，并将其与IATA协调优先级结合，构建了双目标优化模型，填补了现有研究的空白。
   
2. 实用性：通过上海浦东国际机场的案例验证，证明了模型在实际应用中的有效性和实用性。
   
3. 灵活性：模型支持优先级权重的灵活调整，能够根据不同机场的需求进行优化配置。
   
4. 多层次优化：采用分层求解策略，确保高优先级时刻的分配优先于低优先级时刻，优化结果更加合理。

其他有价值的内容

本研究还探讨了不同优先级策略对时刻分配结果的影响，分析了操作优先级顺序、权重系数以及多种优先级组合的优化效果。这些分析为未来的时刻分配研究提供了重要的参考依据，并为进一步优化机场运营效率提供了理论支持。