Optimization of airport operations during access mode disruptions to improve passengers experience
Optimisation des opérations aéroportuaires en cas de perturbation des modes d'accès afin d'améliorer l'expérience passager
Résumé
In light of the climate crisis and air transportation regulations, there is a growing interest in using public transportation or trains to replace cars and short-haul flights to access hub airports. In order to ensure passengers with reliable door-to-door journeys, seamless integration between air and ground transport modes is required. This integration is essential, especially during disruptions such as train or subway shutdowns, which significantly increase the risk of passengers arriving late and missing their flights. As part of the European TRANSIT project, dedicated to developing coordination mechanisms between air and ground transport operations based on information sharing, we propose solutions that can be implemented at the airport level to deal with airport access mode disruptions. Assuming real-time information sharing between air and ground transport stakeholders, our approach involves tactical adjustments in airport operations to enhance the overall passenger experience. Our work presents different contributions. Firstly, we propose a comprehensive framework for airport and passenger flow modelling. We also present the finding of a suitable parametric distribution for modelling the passenger arrival profile of a flight based on its characteristics, allowing for a reconstruction of passenger arrival flow at the airport entrance based on a flight schedule. Secondly, we propose two recovery strategies for airport operators to mitigate the impact of disruptions on passengers. Both strategies are grounded in Operations Research, employing mathematical modelling and algorithmic solving approaches to help decision-making. The first strategy is a tactical reallocation of security teams to reduce passenger waiting times at security screening checkpoints. We propose two problem formulations: whether or not to consider passenger flow segregation to handle disrupted passengers in a dedicated fast-track lane. The second recovery strategy is a tactical flight rescheduling to wait for delayed passengers while considering airside operational constraints and air-connecting passengers. We propose different approaches for solving the related optimization problems, namely ILP-solving, simulated annealing and greedy heuristic approaches and compare their effectiveness. We also propose a sliding-time window approach to implement such recovery strategies when dealing with operational aspects and data availability. We test both recovery strategies on a benchmark of disruption scenarios to gain insights and evaluate the benefits of such disruption management solutions for passengers. Finally, we extend the research beyond theoretical models to practical applications. First, we combine the security team reallocation strategy with discrete simulation tools to provide realistic assessments and the basis of a decision support system for airport operators. Secondly, we broaden the scope of flight rescheduling to the air-rail network level, capturing delay propagation and its impact on the overall transportation network. This extension allows for a comprehensive evaluation of passenger delays at their final destinations and an assessment of the benefits obtained for passengers through a tactical flight rescheduling adjustment.
Dans un contexte de crise climatique et de régulations du transport aérien, les transports publics ou les trains sont amenés à remplacer les véhicules privés et les vols court-courriers pour accéder aux aéroports. Afin de garantir aux passagers des trajets porte-à-porte fiables, il est alors nécessaire d'assurer une coordination entre les modes de transport aérien et terrestre. Cette intégration est essentielle notamment en cas de perturbations, telles qu'une panne de métro ou de train, induisant un risque pour les passagers d'arriver en retard à l'aéroport et éventuellement de manquer leur vol. Dans le cadre du projet européen TRANSIT, dédié au développement de mécanismes de coordination entre acteurs du transport aérien et terrestre basés sur le partage d'informations, nous proposons dans cette thèse des solutions pouvant être mises en œuvre au niveau de l'aéroport pour limiter l'impact de perturbations sur l'accès de l'aéroport pour les passagers. Supposant un échange d'informations en temps réel entre les opérateurs de transport aérien et terrestre, nous proposons des ajustements tactiques des opérations aéroportuaires afin d'améliorer l'expérience globale du passager. Cette thèse présente différentes contributions. Tout d'abord, nous avons développé un cadre de modélisation d'un aéroport et de son flux de passagers associé. Nous y présentons également une distribution de probabilité paramétrique appropriée pour modéliser le profil d'arrivée des passagers d'un vol en fonction de ses caractéristiques, permettant de reconstruire le flux d'arrivée des passagers à un aéroport à partir d'un planning de vol. Dans un deuxième temps, nous proposons deux stratégies pour les opérateurs aéroportuaires afin d'atténuer l'impact des perturbations sur les passagers. Ces deux stratégies sont basées sur des méthodes de Recherche Opérationnelle, faisant appel à des modèles mathématiques et des résolutions algorithmiques pour aider à la prise de décision. La première stratégie consiste en une réaffectation tactique des équipes de sécurité afin de réduire les temps d'attente des passagers aux points de contrôles de sûreté. Nous proposons deux formulations du problème, incluant ou non une ségrégation des flux de passagers pour traiter les passagers impactés par la perturbation dans une file d'attente séparée. La seconde stratégie consiste en une replanification tactique des vols pour attendre les passagers retardés tout en tenant compte des contraintes opérationnelles côté piste et des passagers en correspondance. Plusieurs approches de résolutions sont mises en place et comparées pour résoudre les différents problèmes d'optimisation. Ces méthodes reposent sur de la PLNE, un recuit simulé ou encore des heuristiques gloutonnes. Nous proposons également une approche par fenêtre de temps glissante pour mettre en œuvre ces stratégies en tenant compte des aspects opérationnels et de la disponibilité des données passagers. Nous testons les deux stratégies sur différents scénarios de perturbation afin de mieux comprendre et d'évaluer les bénéfices de ces solutions pour les passagers. Enfin, nous étendons la recherche au-delà des modèles théoriques à des applications pratiques. Premièrement, nous proposons une intégration de la stratégie de réaffectation des équipes de sûreté avec de la simulation à événement discret pour fournir une évaluation plus réaliste et établir la base d'un système d'aide à la décision pour les opérateurs aéroportuaires. Nous élargissons également le champ d'application de la replanification des vols au niveau du réseau air-rail, permettant une prise en compte de la propagation des retards et de son impact sur l'ensemble du réseau de transport. Cette extension permet une évaluation des retards des passagers à leur destination finale et l'évaluation de la pertinence d'une replanification tactique des vols pour les passagers.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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