Bài viết trình bày quá trình tiến hành xây dựng một mô hình tính toán mô phỏng cho việc tái sắp xếp lịch bay khi xảy ra sự cố nhằm giảm thiểu tổng thời gian trì hoãn của các chuyến bay trong lịch sử bay dựa trên mô hình Integer Programming (ILP) và so sánh với kết quả thực tế của hãng hàng không.
NỘI SAN KHOA HỌC – HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM, KỲ I/12/2018 2017 Tỉ lệ trì hỗn huỷ chuyến ba hãng Hàng không lớn nước ta 19.9% với hãng Hàng không Jetstar, 14,4% với Vietjet Air 9.11% với VN Airlines (được mơ tả thơng qua hình 1) Chính vậy, vấn đề nghiên cứu xếp lịch bay cho tối ưu để tận dụng tối đa nguồn lực hãng Hàng không trọng phát triển Việt Nam nói riêng giới nói chung Hình 1: Tình trạng chậm chuyến bay hãng Hàng không Việt Nam [1] Trong nghiên cứu Michelle Dunbar cộng [2] đề cập đến việc để bảo đảm tính khả thi thực lịch bay thường xếp theo giai đoạn với bước khác như: xếp thời gian bay, xếp tàu bay, xếp đường bay, xếp đội bay, với định từ giai đoạn ảnh hưởng đến giai đoạn Trong việc xếp đội bay bị chậm chuyến giữ vai trò quan trọng, Dunbar dựa thuật tốn heuristic đưa mơ hình tính tốn có khả xếp lại thời gian lịch làm việc phi hành đoàn ngẫu nhiên dựa thông tin chi tiết Nghiên cứu Saba Neyshabouri đề tài “Tối đa hóa lập kế hoạch đội bay hãng hàng không” [3] đưa toán tối ưu hoá lợi nhuận khai thác đội bay cho hãng Hàng không Lufthansa dựa phương pháp Greedy Một nghiên cứu khác Sivakumar Rathinam cộng [4] đưa mơ hình ILP kết hợp với giải thuật “Branch and Bound” nhằm tối thiểu hóa thời gian lăn 25 tàu bay chuẩn bị khởi hành sân bay Dallas Fort Worth International Airport 30 phút (theo tàu bay xác định hoạt động đường lăn chiều) Các đề tài trình bày phương thức thuật tốn để tạo mơ hình tối ưu cho việc 27 tái xếp lịch bay có cố Tuy nhiên, Việt Nam vấn đề nghiên cứu xây dựng phần mềm mô tái xếp lịch bay chưa nghiên cứu Các hãng Hàng không xếp bán tự động sử dụng phần mềm thuê nước ngồi với chi phí lớn, việc khiến gia tăng chi phí hoạt động hãng Hàng khơng gây hao tốn nguồn nhân lực cho việc tái xếp lịch bay Trước tình hình trên, nhóm tác giả xây dựng phần mềm mô tái xếp lịch bay xảy cố dựa mô hình ILP nhằm đáp ứng yêu cầu theo luật Hàng không Việt Nam lịch bay hãng Hàng không Kết từ chương trình so sánh với kết tái xếp thực tế hãng Hàng không Jetstar nhằm đánh giá độ hiệu mơ hình tính tốn sử dụng Các nội dung báo tổ chức sau: Trong phần 2, cách thức thu thập phân tích liệu trình bày Mơ hình thuật tốn sử dụng để xây dựng phần mềm mô tả phần Phần cung cấp kết so sánh thực tế Cuối cùng, kết luận trình bày phần THU THẬP, PHÂN TÍCH DỮ LIỆU Để phục vụ cho việc nghiên cứu, xây dựng mơ hình tính tốn phần mềm xếp lịch bay (bao gồm phi hành đồn), cần xác định số thơng tin chuyến bay cụ thể gồm: Số hiệu chuyến bay Thời gian cất cánh Thời gian hạ cánh Sân bay cất cánh, sân bay hạ cánh Ngoài yếu tố thời gian hoạt động, sân bay có nhiều yếu tố tác động làm ảnh hưởng đến việc khai thác ví dụ khả cung cấp dịch vụ mặt đất xe điện, xe khí nóng, xe khí lạnh… phương tiện dùng để hỗ trợ tàu bay có cố hỏng động phụ… Tình trạng tàu bay: Thơng thường tàu bay bay 24/24 nhiên có trường hợp tàu bay bị giới hạn thời gian bay ngày nhằm đảm bảo yêu cầu bảo dưỡng Các tàu bay đại bay đến hầu hết tất sân bay/quốc gia, nhiên bay qua vùng lãnh thổ (trong ngồi nước) có u cầu riêng trang thiết bị Điều 28 Internal Scientific Journal – Viet Nam Aviation Academy, Vol 1, Dec 2018 gây hạn chế đến tàu bay xếp đến sân bay (Ví dụ để bay Nhật tàu bay cần trang bị hệ thống TCAS 7.1 hay bay Hong Kong phải đáp ứng hệ thống RNP1) Thành viên phi hành đồn chuyến bay: thơng thường bao gồm trưởng, phó, tiếp viên trưởng, tiếp viên Mỗi thành viên có thời gian thực nhiệm vụ tối đa ngày Yêu cầu trình lập lịch bay đảm bảo thành viên phi hành đoàn dừng lại địa điểm kết thúc Những thông tin thông tin cần thiết cho việc lập kế hoạch bay cụ thể, tối ưu hiệu hoạt động bay Việc thu thập thông tin thực qua hai cách: Cách một: Tìm kiếm gián tiếp thơng qua website thức hãng Cách hai: Tìm kiếm trực tiếp, liệu cung cấp từ hãng Nguồn thơng tin giúp ta có cách đầy đủ thông số chuyến bay loại tàu bay, số hiệu tàu bay, phi hành đồn Hai hình thức sử dụng để làm liệu đầu vào cho việc thiết kế lịch bay giả định định xếp lịch bay Các liệu khai thác lấy từ thực tế hãng Hàng không hoạt lãnh thổ Việt Nam Vietjet, Jetstar Đối với hãng Hàng khơng Jetstar theo báo cáo hoạt động tính đến ngày 31/03/2017, hãng Hàng khơng có 65.2% số chuyến bay có thời gian khởi hành thực tế nhiều dự kiến 15 phút, có 54,3% số chuyến có thời gian hạ cánh thực tế nhiều dự kiến 15 phút Thời gian khởi hành hạ cánh chiếm 39.2% 27.6% tổng số chuyến bay thực Cũng thời gian số chuyến bay bị huỷ lên tới 146 chuyến, chuyến bay nội địa chiếm 5.4% tổng số chuyến bay nội địa chuyến bay quốc tế chiếm 2.1% tổng số chuyến bay quốc tế Từ số liệu trên, vấn đề chậm chuyến, hủy chuyến xuất với tần suất tương đối lớn, đòi hỏi phải có phương pháp xếp lại chuyến bay nhanh chóng hiệu vơ quan trọng MƠ HÌNH THUẬT TỐN Với liệu đầu vào lấy từ lịch bay ban đầu với thông tin số tàu bay, thời gian cất hạ cánh chuyến bay, thông tin phi hành đoàn ràng buộc nối chuyến, bảo dưỡng mơ hình ILP đề xuất để sử dụng tính tốn tốn Trong toán này, để đơn giản tạm xem sân bay hoạt động 24/24, tàu bay hãng loại khơng có ràng buộc chi phí hoạt động, nhiên liệu tàu bay (được mơ tả qua hình 2) Ý nghĩa nội dung liệu đầu vào trình bày phần Hình 2: Các liệu đầu vào đầu Mục tiêu nhóm tác giả xây dựng mơ hình tính tốn mơ tái xếp lịch bay nhằm giảm thiểu tổng thời gian trì hỗn chuyến bay, vào tình hình khai thác thực tế hãng Hàng khơng nhóm tác giả lựa chọn bốn cố thường xuyên xảy cụ thể là: Một (hoặc nhiều) tàu bay khai thác ngày Một (hoặc nhiều) tàu bay khởi hành sau cụ thể Một tàu bay hạ cánh trước cụ thể Giới hạn sân bay khai thác với (hoặc nhiều) tàu bay Để mô tả liệu đầu vào, ta có biến định toán sau: AC: tập tàu bay sử dụng FN: tập chuyến bay thực ngày TD: tập thời gian khởi hành ban đầu tất chuyến bay thực DE: tập sân bay khởi hành tất chuyến bay thực AR: tập sân bay hạ cánh tất chuyến bay thực 𝐹𝑇𝑗 : số, thời gian bay chuyến bay j 𝐺𝑇𝑗 : số, thể thời gian ground time chuyến bay 𝑇𝐷,𝑗 : số, thời gian khởi hành ban đầu chuyến bay j NỘI SAN KHOA HỌC – HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM, KỲ I/12/2018 𝑇𝐴,𝑗 : số, thời gian hạ cánh chuyến bay j 𝑥𝑗𝑖 : biến nhị phân, chuyến bay j tàu i thực lịch bay, cho trường hợp lại 𝑖 𝑥𝑗𝑘 : biến nhị phân, tàu bay i thực chuyến bay k sau chuyến bay j, cho trường hợp lại 𝑖 𝑡𝑑,𝑗 : thời gian khởi hành thực tế chuyến bay j tàu bay i thực 𝑖 𝑡𝑎,𝑗 : thời gian hạ cánh thực tế chuyến bay j tàu bay i thực Để đáp ứng yêu cầu hoạt động tàu bay theo luật Hàng không cần xây dựng phương trình ràng buộc thể mối quan hệ liệu đầu vào: Ràng buộc bản: chuyến bay phải thực tàu bay ∑∀𝑖∈𝐴𝐶 𝑥𝑗𝑖 = ∀𝑗 ∈ 𝐹𝑁 (1) Ràng buộc sân bay cất hạ cánh thời gian quay đầu: Với chuyến bay j có tập chuyến bay J (là tập FN) có sân bay khởi hành trùng với sân bay hạ cánh j Và tập chuyến bay J’(là tập FN) có sân bay hạ cánh trùng với sân bay khởi hành j Khi phương trình 𝑥𝑗𝑖 phương trình (1) diễn giải cách chi tiết sau: 𝑖 𝑖 𝑥𝑗𝑖 = ∑𝑘∈𝐽 𝑥𝑗𝑘 𝑥𝑗𝑖 = ∑𝑘∈𝐽′ 𝑥𝑘𝑗 (2) Ràng buộc chuyến bay đầu ngày cuối ngày: Đây ràng buộc quan trọng định việc tàu bay thực chuyến kết thúc chuyến bay Để đơn giản đồng khái niệm tập hợp chuyến bay chuyến bay, định nghĩa “chuyến bay mặc định khởi hành” “chuyến bay mặc định kết thúc” xây dựng + “Chuyến bay mặc định khởi hành” (MDKH): Chuyến bay thể rằng, tàu bay i giả sử bắt đầu khai thác từ sân bay Sài Gòn chuyến bay mặc định khởi hành i: Sài Gòn-Sài Gòn Chuyến bay tập chuyến bay có sân bay khởi hành trùng với sân bay hạ cánh chuyến bay mặc định khởi hành 𝑖 𝑖 𝑡𝑎,𝑖′ = 𝑡𝑑,𝑖′ (3) 29 + “Chuyến bay mặc định kết thúc” (MDKT): Chuyến bay thể rằng, tàu bay i giả sử muốn kết thúc lịch trình khai thác Hà Nội chuyến bay mặc định kết thúc i’’: Hà Nội - Hà Nội 𝑖 𝑖 𝑡𝑎,𝑖′′ = 𝑡𝑑,𝑖 (4) ′′ Lưu ý: MDKT dùng định xác tàu bay cần kết thúc đâu Khi với tập tàu bay AC có tập chuyến bay MDKH MDKT Chuyến bay xây dựng sau: Với chuyến bay j thuộc B tập chuyến bay kết nối với MDKH tàu bay i thì: 𝑖 ∑𝑗∈𝐵 𝑥𝑖′𝑗 =1 (5) Khi chuyến bay kết thúc có xây dựng sau: Với chuyến bay j thuộc A tập chuyến bay kết nối với MDKT tàu bay i thì: 𝑖 ∑𝑗∈𝐴 𝑥𝑗𝑖′′ =1 (6) Ràng buộc thời gian cất cánh thực tế: Mỗi chuyến bay sau xếp thời gian khởi hành khơng thể lớn thời gian khởi hành bố trí ban đầu (quy định cục Hàng Không Việt Nam) 𝑖 𝑡𝑑,𝑗 ≥ 𝑇𝐷,𝑗 𝑥𝑗𝑖 (∀𝑗 ∈ 𝐹𝑁, 𝑖 ∈ 𝐴𝐶) (7) Ràng buộc thời gian bay: chuyến bay j có thời gian bay (khoảng thời gian lần cất – hạ cánh cụ thể): 𝑖 𝑖 𝑡𝑎,𝑗 − 𝑡𝑑,𝑗 = 𝐹𝑇𝑗 ∀𝑗 ∈ 𝐹𝑁 (8) Khi thời gian khởi hành chuyến bay k thực sau j tính sau: 𝑖 𝑖 𝑖 𝑡𝑑,𝑘 ≥ 𝑡𝑎,𝑗 + 𝐺𝑇𝑘 ∑𝑘∈𝐽 𝑥𝑗𝑘 ; 𝑗, 𝑘 ∈ 𝐹𝑁(9) Sau tiến hành tái xếp lịch bay, công việc phải tiến hành xếp lại tổ bay thực chuyến bay đó, việc xếp lại tổ bay có ràng buộc định Vì vậy, cần xây dựng thêm biến cụ thể sau: 𝑧𝑗𝑖 : biến nhị phân, thể chuyến bay j tổ bay i thực 𝑖 𝑧𝑗𝑘 : biến nhị phân, thể chuyến bay k sau j tổ bay i thực 𝑧 𝑖 : biến nhị phân, thể tổ bay i có thực chuyến bay lịnh khai thác Bằng tổ bay i thực chuyến bay Bằng không thực chuyến bay Kết tổng thời gian trì hoãn, thời gian trì hoãn dài số tổ bay sử dụng so sánh với kết thực tế từ cách xếp hãng Hàng không Kết đạt xây dựng phần mềm tính toán mô tái xếp kế hoạch bay Với chuyến bay thể thông qua khối hình chữ nhật với đầy đủ thông tin cụ thể bao gồm: số hiệu chuyến bay, thời gian cất cánh, hạ cánh, sân bay cất cánh, sân bay hạ cánh (mô tả qua hình 4) 32 Internal Scientific Journal – Viet Nam Aviation Academy, Vol 1, Dec 2018 Michelle Dunbar, Gary Froyland ChengLung Wu (2014), An Intergrated ScenarioBased Approach for Robust Aircraft Routing, Crew Pairing and Re-timing”, Elsevier Saba Neyshabouri (2015), Airlines Schedule Optimization – Fleet assignment Sivakumar Rathinam, Justin Montoya Yoon Jung (2008), An optimization model for reducing aircraft taxi time at the Dallas Fort Worth International Airport, 26th International congress of the aeronautical sciences ... để tạo mơ hình tối ưu cho việc 27 tái xếp lịch bay có cố Tuy nhiên, Việt Nam vấn đề nghiên cứu xây dựng phần mềm mô tái xếp lịch bay chưa nghiên cứu Các hãng Hàng không xếp bán tự động sử dụng... phí lớn, việc khiến gia tăng chi phí hoạt động hãng Hàng khơng gây hao tốn nguồn nhân lực cho việc tái xếp lịch bay Trước tình hình trên, nhóm tác giả xây dựng phần mềm mô tái xếp lịch bay xảy... dựa mô hình ILP nhằm đáp ứng yêu cầu theo luật Hàng không Việt Nam lịch bay hãng Hàng không Kết từ chương trình so sánh với kết tái xếp thực tế hãng Hàng không Jetstar nhằm đánh giá độ hiệu mơ hình