KR20230057048A - 항공기 운행 스케줄링 장치 및 방법 - Google Patents

항공기 운행 스케줄링 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 장치는 각 공항에서의 항공기별 도착시간과 출발시간, 해당 공항에서 각 항공기에 할당된 슬롯 정보를포함하는 항공기 운영 데이터, 각 공항의 관제센터에서 발부하는 GDP(Ground Delay Program) 정보, 상기 GDP 발생에 따라 예상되는 항공기 운행에 대한 시나리오 및 상기 GDP 발생에 따른 항공기 운행 스케줄 재설정을 판단하기 위한 목적 함수를 관리하는 데이터베이스, 항공기 운행 스케줄링 프로그램이 저장된 메모리, 및 상기 항공기 운행 스케줄링 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함한다. 이때, 항공기 운행 스케줄링 프로그램은 GDP 발생 정보의 수신에 따라, 각 시나리오별로 상기 목적 함수를 적용하여, 시나리오를 기초로 항공기의 변경된 최적의 운행 스케줄을 산출하는 것이다.

Description

항공기 운행 스케줄링 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR SCHEDULING OF AIRCRAFT FLIGHT}
본 발명은 항공기 운행 스케줄링 장치 및 방법에 관한 것이다.
항공기 운영은 기상악화, 기체정비, 승객탑승 지연, 또는 인접공항의 장애 발생 등 다양한 종류의 불확실성에 의해 영향을 받는다. 일반적으로 기체정비, 승객탑승 지연 등 사건의 지속시간이 상대적으로 짧은 경우에는 항공편에 사전 할당된 여유시간 (buffer time)을 사용하여 대응이 가능하다. 하지만 기상악화 또는 인접공항의 장애 등 사건의 경우에는 안정성 확보를 위해 대상 공항에서 아직 출발하지 않은 항공기들을 대기시킨다.
항공교통관제센터(Air Traffic Control Centre, ATCC)는 기상악화 상황 발생시 항공기 운영 시스템의 안전성 확보를 위해 여객물류의 실시간 처리율(acceptance rate)을 제약하기 위한 지상지연 프로그램(Ground Delay Program, GDP)을 발동할 수 있다. 이때, 여객물류의 실시간 처리율은 대상 공항으로 시간 당 착륙하는 여객 항공편의 수를 의미한다. 실시간 처리율이 특정 시간대에 하향 조정되면, 해당하는 모든 항공기의 관련 항공편은 조정된 처리율을 맞추어 계획 지연되거나 취소된다. 이 때, 항공편의 출발공항에서의 이륙시간을 조정하여 그 항공기를 공항 지상에서 지연되게 하는 것을 GDP라고 한다. 항공기는 공항에서 제공하는 발착시간(slot time)에 관제탑으로부터 활주로 인근에서 통제되어야 하는데, 수정된 발착시간을 맞추기 위해 상공에서 대기하는 것은 비용측면에서 비효율적이기 때문에 GDP는 비용 효율적인 지연 대안으로 평가된다.
항공교통관제센터에 의해 특정 공항에 GDP가 발동되면 영향을 받는 항공편은 수정된 발착시간에 할당되거나 혹은 결항된다. 이때 GDP는 항공기 운영 시스템의 안정성 확보를 중점으로 발부된다. 그런데 수정된 일정계획은 해당 항공기를 소유한 항공사의 내부 운영목표와 일치하지 않을 수 있다. 예를 들어 어떤 항공사는 항공편의 정시성과 일정 이행 보장에 더 관심이 있으므로, 이착륙 시간의 지연과 항공편의 결항으로 발생하는 경영손실(또는 페널티)을 최소화하는 일정계획을 원할 수 있다.
종래기술은 GDP에 의한 영향을 최소화하기 위해 주어진 결정적 정보하에 아직 운행되지 않은 항공편들의 발착시간을 서로 교환하여 운영목표 개선을 수립한다. 하지만, 결정적 정보만 사용하여 항공기 일정계획을 재수립하는 것은 향후 발생가능한 장애 상황을 고려하지 못해 항공기 운영의 유연성을 보장하지 못한다는 한계가 있다. 예를 들어, 단편적 시점에서 결정적 정보만 활용하여 수정된 항공기 일정계획은 더 악화(또는 완화)된 GDP 상황에서 한차례 더 일정계획의 수정이 필요할 때 효과적인 운영목표 개선에 도달하지 못할 수 있다.
대한민국등록특허공보 제 10-2224958호(발명의 명칭: 승무원 스케줄링 시스템)
본 발명은, 항공기를 운영하는 각 항공사의 입장에서 공항에 의해 발동된 GDP에 대응하여 후속 항공기의 운행 일정을 조정할 수 있는 항공기 운행 스케줄링 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 장치는, 각 공항에서의 항공기별 도착시간과 출발시간, 해당 공항에서 각 항공기에 할당된 슬롯 정보를포함하는 항공기 운영 데이터, 각 공항의 관제센터에서 발부하는 GDP(Ground Delay Program) 정보, 상기 GDP 발생에 따라 예상되는 항공기 운행에 대한 시나리오 및 상기 GDP 발생에 따른 항공기 운행 스케줄 재설정을 판단하기 위한 목적 함수를 관리하는 데이터베이스, 항공기 운행 스케줄링 프로그램이 저장된 메모리, 및 상기 항공기 운행 스케줄링 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함한다. 이때, 항공기 운행 스케줄링 프로그램은 GDP 발생 정보의 수신에 따라, 상기 목적 함수를 적용하여, 각 시나리오별로 항공기의 변경된 최적 운행 스케줄을 산출하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 장치를 이용한 항공기 운행 스케줄링 방법은 각 공항에서의 항공기별 도착시간과 출발시간, 해당 공항에서 각 항공기에 할당된 슬롯 정보를포함하는 항공기 운영 데이터, 각 공항의 관제센터에서 발부하는 GDP(Ground Delay Program) 정보, 상기 GDP 발생에 따라 예상되는 항공기 운행에 대한 시나리오 및 상기 GDP 발생에 따른 항공기 운행 스케줄 재설정을 판단하기 위한 목적 함수를 관리하는 데이터베이스가 제공되는 단계; 및 공항에 대한 GDP 발생 정보를 수신함 따라, 각 시나리오별로 상기 목적 함수를 적용하여, 시나리오를 기초로 항공기의 변경된 최적의 운행 스케줄을 산출하는 단계를 포함한다.
전술한 본 발명의 구성을 통해, 공항에서의 장애 발생시 실시간으로 항공운영정보를 반영하여 아직 운행되지 않은 항공기들의 일정계획을 항공사 관점에서 재수립하는 의사 결정을 지원한다. 특히, 각 시나리오별로 최적의 의사 결정을 산출하므로, 다양한 GDP 발생에 대비한 최적의 항공기 운행 스케줄 산출이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 시스템은 향후 발생가능한 시나리오를 고려하여 각 상황별 의사결정을 기대비용함수에 대한 최적성을 보장하여 제공한다. 사용자는 항공기 지연 시간, 미연결 편수, 결항 편수 등의 성과지표와 가중치를 달리 적용하여 의사결정을 도출할 수 있다.
이를 통해, 항공기 운영의 장애 발생시 각 항공사별 의사결정자 관점에서 항공 자원의 낭비를 최소화하는 대응을 가능하게 한다. 또한, 실시간으로 추계적 최적성을 보장하기 위하여 최신 항공운영정보가 갱신될 때 항공기 일정계획의 재수립이 탐색되며, 의사결정권자가 사전에 설정한 성과지표와 가중치에 맞춤화된 일정계획 수립이 자동화되어 수행된다. 또한, 향후 발생가능한 시나리오에 대한 상황별 의사결정이 함께 탐색되며, 불확실하게 변화하는 장애 요인에 대하여 빠른 대응을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수학적 모형을 작성하는데 필요한 집합을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수학적 모형을 작성하는데 필요한 매개 변수를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수학적 모형을 작성하는데 필요한 의사 결정 변수를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 변경된 운행 스케줄 산출을 위한 목적 함수와 각종 제한 조건을 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함하며, 하나의 유닛이 둘 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 둘 이상의 유닛이 하나의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다. 한편, '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
네트워크는 단말들 및 서버들과 같은 각각의 노드 상호 간에 정보 교환이 가능한 연결 구조를 의미하는 것으로, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network), 인터넷 (WWW: World Wide Web), 유무선 데이터 통신망, 전화망, 유무선 텔레비전 통신망 등을 포함한다. 무선 데이터 통신망의 일례에는 3G, 4G, 5G, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), LTE(Long Term Evolution), WIMAX(World Interoperability for Microwave Access), 와이파이(Wi-Fi), 블루투스 통신, 적외선 통신, 초음파 통신, 가시광 통신(VLC: Visible Light Communication), 라이파이(LiFi) 등이 포함되나 이에 한정되지는 않는다.
본 명세서에서 사용자 단말은 네트워크를 통해 서버 또는 다른 컴퓨팅 장치에 접속할 수 있는 컴퓨터나 휴대용 단말기로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop) 등을 포함하고, 휴대용 단말기는 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, 각종 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 항공기 운행 스케줄링 장치 시스템(10)은 각 항공사별로 관리되는 항공기 운행 스케줄링 장치(100)와 복수의 공항 관리 서버(200)를 포함한다.
항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 각 항공사에 의해 운영되는 컴퓨팅 장치로서, 해당 항공사에서 운행하는 모든 항공기에 대한 데이터를 관리한다. 이를 위해, 항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 통신모듈(110), 메모리(120), 프로세서(130), 데이터베이스(140)를 포함한다.
먼저, 데이터베이스(140)는 각 공항에서의 항공기별 도착시간과 출발시간, 해당 공항에서 각 항공기에 할당된 슬롯 정보를포함하는 항공기 운영 데이터를 관리한다. 또한, 데이터베이스(140)는 각 공항의 관제센터에서 발부하는 정보를 관리한다. 또한, 데이터베이스(140)는 GDP 발생에 따라 예상되는 항공기 운행에 대한 시나리오를 각각 관리한다. 또한, 데이터베이스(140)는 GDP 발생에 따른 항공기 운행 스케줄 재설정을 판단하기 위한 목적 함수를 관리한다.
다음으로, 통신 모듈(110)은 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN) 또는 부가가치 통신망(Value Added Network; VAN) 등과 같은 유선 네트워크나 이동 통신망(mobile radio communication network) 또는 위성 통신망 등과 같은 모든 종류의 무선 네트워크를 사용하는 통신 모듈을 포함할 수 있다. 특히, 통신 모듈(110)은 외부 통신망을 통해 접속하는 각 공항 관리 서버(200)와의 통신 인터페이스를 제공한다.
메모리(120)는 항공기 운행 스케줄링 프로그램이 저장된 것이다. 항공기 운행 스케줄링 프로그램은 각 공항 관리 서버(200)로부터 GDP 발생 정보를 수신함에 따라, 해당 공항에서의 각 시나리오별로 목적 함수를 적용하여, 항공기의 변경된 운행 스케줄을 산출한다.
메모리(120)는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보를 계속 유지하는 비휘발성 저장장치 및 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력을 필요로 하는 휘발성 저장장치를 통칭하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 메모리(120)는 프로세서(130)가 처리하는 데이터를 일시적 또는 영구적으로 저장하는 기능을 수행할 수 있다. 메모리(120)는 저장된 정보를 유지하기 위하여 전력이 필요한 휘발성 저장장치 외에 자기 저장 매체(magnetic storage media) 또는 플래시 저장 매체(flash storage media)를 포함할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
프로세서(130)는 메모리(120)에 저장된 항공기 운행 스케줄링 프로그램을 실행한다. 프로세서(130)는 데이터를 제어 및 처리하는 다양한 종류의 장치들을 포함할 수 있다. 프로세서(130)는 프로그램 내에 포함된 코드 또는 명령으로 표현된 기능을 수행하기 위해 물리적으로 구조화된 회로를 갖는, 하드웨어에 내장된 데이터 처리 장치를 의미할 수 있다. 일 예에서, 프로세서(200)는 마이크로프로세서(microprocessor), 중앙처리장치(central processing unit: CPU), 프로세서 코어(processor core), 멀티프로세서(multiprocessor), ASIC(application-specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 등의 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 변경된 항공기 운행 스케줄 정보를 항공기 운행과 관련한 각종 외부 사용자 단말 또는 공항 관리 서버(200)에 제공하는 서버로서 동작할 수 있다. 이때, 항공기 운행 스케줄링 장치 (100) 는 SaaS (Software as a Service), PaaS (Platform as a Service) 또는 IaaS (Infrastructure as a Service)와 같은 클라우드 컴퓨팅 서비스 모델에서 동작할 수 있다. 또한, 항공기 운행 스케줄링 장치 (100)는 사설(private) 클라우드, 공용(public) 클라우드 또는 하이브리드(hybrid) 클라우드와 같은 형태로 구축될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 항공기 운행 스케줄링 장치 (100)는 데이터베이스를 통해 관리되는 정보를 기초로, 각 항공기의 운행에 관련 데이터를 실시간으로 관리한다. 예를 들면, 항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 항공기에 탑승하고 있는 승무원과 승객에 대한 정보, 해당 항공기의 각 공항에의 도착 시간, 각 공항으로부터의 출발 시간, 각 공항으로부터 할당받은 슬롯 정보 등을 실시간으로 관리한다. 이때, 각 승무원과 승객에 대한 정보는 각종 신원 정보외에, 각 승무원의 다음 항공편과의 연결 정보, 각 승객의 다음 항공편과의 연결 정보를 포함할 수 있다.
항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 각 항공기의 각 공항에서의 도착시간과 출발 시간에 대한 정보를 기반으로 항공기 일정 계획을 관리한다. 도면에서와 같이, 항공사가 일일 단위로 기편성한 항공기들과 그 운영계획을 확인할 수 있다. 항공기 일정계획은 이미 정립되어 있으며 장애 요소가 없는 경우 계획된 내용으로 항공편이 실행된다. 대상 공항에서 각 항공기는 일정계획에 따라 고유의 편제시간을 할당 받는다. 항공기는 편제시간에 맞추어 대상 공항으로 착륙해야 한다. 착륙 이후에는 다음 승객, 승무원 적하/적재 시간을 거치고 다음 항공편 일정을 수행한다. 이 때, 다음 항공편의 이륙시간이 계획된 일정보다 지연되는 경우에는 적하/적재 시간을 거치고 가장 빠른 시간에 비행일정을 실행한다.
항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 GDP 발생에 따른 복수의 시나리오를 관리한다. 각 시나리오는 기본적인 항공기 운영계획과 항공기 운영계획의 실행중에 GDP가 발생하는 시점에 따라 다양한 시나리오가 정의될 수 있다. 또한, 경우에 따라 하나의 시나리오에 복수의 GDP가 연속적으로 설정되는 경우도 고려할 수 있다. 향후 GDP가 어떻게 업데이트되는지 정확하게 알 수 없지만, GDP가 발생한 요인에 따라 전개될 수 있는 몇 가지 시나리오를 추정할 수 있다. 이와 같은 시나리오의 추정은 과거 공항의 실시간 처리율의 변동과 GDP 기록을 이용하여 수행된다. 시나리오를 추정하는 방법 자체는 본 발명의 범위를 벗어나며, 일련의 시나리오 정보가 이미 주어져 있다고 가정한다. 여기서 시나리오의 정보는 GDP가 발생하는 시점, 통제를 받는 대상 항공기, 그리고 그 항공기들의 수정된 슬롯 시간을 포함한다.
다음으로, 항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 공항 관리 서버(200)로부터 실제 발생한 GDP 정보를 수신한다(S210).
이때, GDP 정보는 GDP가 발동한 시간, GDP의 적용 대상이 되는 항공기, 해당 항공기의 조정 이륙 시간 정보를 포함한다. GDP 정보는 각 공항별로 구분되는 것이므로, 항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 GDP 정보를 발동시킨 공항의 식별 정보를 관리할 수 있다. 이러한 GDP 정보를 수신하면, 항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 GDP의 적용 대상이 되는 항공기가 자신들이 관리하는 항공기인지 여부를 확인한다.
다음으로, 수신한 GDP 정보를 반영하여, 각 시나리오별로 항공기 운행 스케줄을 산출한다(S220).
도 3에 도시된 사례의 경우, GDP 발동 시점에서 수정된 발착시간이 하달되며 각 시나리오는 발착시간이 향후 상향 조정되는 경우를 나타낸다. t=0에 GDP가 발동됨에 따라, 시나리오 s는 GDP가 수정되어 τs시간 이후의 발착시간이 상향 조정되는 경우를 표현한다. 이때, 수정된 시나리오를 살펴보면, 각 항공기는 최소 적하/적재 시간을 유지하면서, 이륙 또는 착륙에 소요되는 시간이 항공기별로 조정된 것을 확인할 수 있다.
발착시간이 조정되는 경우 항공사는 항공기 간 고유 발착시간을 교환하여 항공기 일정계획을 수정할 수 있다. 이와 같은, 수정 대안은 적어도 20분 이내 결정이 되어야 한다. 항공사는 항공기 일정계획을 수정하여, 항공기가 대상 공항으로 들어가는 항공편과 대상 공항을 떠나는 항공편의 지연시간을 달리할 수 있다. 또는, 특정 항공편을 결항하는 결정도 가능하다.
항공사는 이미 정립된 항공기 일정계획과 변동이 적도록 항공편을 실행하기를 목표로 한다. 일정계획의 변동은 지연시간에 대한 페널티 비용과 결항에 대한 페널티 비용에 기초하여 산출된다. 이에, 항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 일일단위 총 페널티 비용을 최소화하는 항공기 일정계획 수정을 수립하고자 한다.
항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 GDP가 발동된 이후 일일단위 항공기 일정계획 중 아직 실행되지 않는 항공편들의 발착시간을 서로 교환하는 방법을 실행할 수 있다. 기본적으로는 GDP정보가 항공사에 하달되는 시점에 남은 항공편들의 일정계획을 수정하는 방법을 고려할 수 있다. 하지만 GDP는 발동된 이후 가까운 미래에 기상 악화 등으로 인해 GDP에 의해 지연되는 시간이 길어지는 등 GDP의 수준이 격상될 수 있으므로, 현 시점의 단편적 GDP 정보만을 이용하여 일정계획을 수립하는 것은 향후에 상당한 페널티 비용을 초래할 수 있다. 이에 본 발명에서는 GDP가 발동되거나 업데이트되는 시점에 향후 GDP 격상 가능한 시나리오를 이용하여 남은 항공편들의 일정계획을 수정하는 의사결정 프레임워크를 제시한다.
항공기 운행 스케줄링 장치(100)는 도 4 내지 도 7에 의해 정의되는 수학적 모형을 이용하여, 각 시나리오별로 변경된 운행 스케줄을 산출한다.
도 4는 수학적 모형을 작성하는데 필요한 집합을 나타내고, 도 5는 수학적 모형을 작성하는데 필요한 매개 변수를 나타내고, 도 6은 수학적 모형을 작성하는데 필요한 의사 결정 변수를 나타내고, 도 7은 변경된 운행 스케줄 산출을 위한 목적 함수와 각종 제한 조건을 나타낸다.
집합으로는 항공기들의 집합, 현재 GDP의 영향을 받는 항공기들의 집합, 지연비용 설정에 대한 구간들의 집합, 시나리오들의 집합, 항공편에 대한 출발공항들의 집합, 시나리오 s 상에서 GDP의 영향을 받는 항공기들의 집합, 시나리오 s 상에서 GDP의 영향을 받으며, 공항 m에서 출발하는 항공기들의 집합을 포함한다.
매개변수로는 대상 공항에서 당초 계획된 항공기 i의 도착시간, 대상 공항에서 당초 계획된 항공기 i의 출발시간, 항공기의 최소 적하/적재 시간, 승무원의 최소 연결 준비시간, 승객의 최소 연결 준비시간, 항공기 i의 도착에 대한 최대 허용 지연시간, 항공기 i의 출발에 대한 최대 허용 지연시간, 승무원이 항공기 i에서 항공기 j로 연결될 계획이 있으면 1, 아니면 0, 항공기 i에서 항공기 j로 연결될 계획이 있는 승객수, 시나리오 s 상에서 다음 GDP가 발부되는 시간, 시나리오 s 상에서 대상 공항의 슬롯 k에 관한 시간, 증분비용 함수 정의를 위한 구간 l의 중단점, 증분비용 함수에서 구간 l에 대한 절편값, 증분비용 함수에서 구간 l에 대한 단위비용값, 승무원의 항공기 미연결에 대한 페널티 비용, 승객의 항공기 미연결에 대한 페널티 비용, 항공편의 결항 페널티 비용, 임의의 큰 수 등을 포함한다.
의사 결정 변수로는 시나리오 s 상에서 항공기
Figure pat00001
가 슬롯 k에 할당되면 1, 아니면 0, 시나리오 s 상에서 승무원이 항공기 i에서 항공기 j로 연결되면 1, 아니면 0, 시나리오 s 상에서 승객이 항공기 i에서 항공기 j로 연결되면 1, 아니면 0, 시나리오 s 상에서 항공기 i가 결항되면 1, 아니면 0, 시나리오 s 상에서 항공기 i의 도착지연시간, 시나리오 s 상에서 항공기 i의 출발지연시간, 시나리오 s 상에서 항공기 i의 도착지연비용, 시나리오 s 상에서 항공기 i의 출발지연비용을 포함한다.
그리고, GDP 발생 상황에서 항공기 일정계획을 재수립하는 추계계획법은 다음의 목적 함수를 이용하여 구현된다.
목적 함수를 나타내는 수식 (1)은 각 시나리오에 대한 총 기대 페널티 비용을 최소화하는 함수이다. 수식 (1)의 첫번째 항은 항공편의 단위 시간 지연으로 발생하는 비용을 나타내는 항이고, 두번째 항은 승무원의 미연결 시 발생하는 비용을 나타내는 항이고, 세번째 항은 승객의 미연결 시 발생하는 비용을 나타내는 항이고, 네번째 항은 결항으로 발생하는 비용을 나타내는 항이며, 목적 함수는 이 네가지 항의 합을 최소화하는 최적의 항공기 운행 스케줄을 산출한다.
시나리오 0은 최근 GDP가 발동된 현재 일정계획을 나타낸다. 만약 GDP가 변동되지 않고 유지되는 경우, 시나리오 0이 실현된다. 반면 GDP가 변동되는 경우, GDP 정보는 업데이트되고 변동된 시점 이후의 일정계획만 재수정이 가능하다.
제약식 (2)와 (3)은 도착지연과 출발지연에 대한 페널티 비용을 계산한다. 페널티 비용은 증분비용 함수에 의해 지연시간이 속한 구간에 따라 달리 계산된다. 이는 항공기 운영에 대한 페널티 산정에서 15분 이내의 지연보다 15분을 초과하는 지연이 운영성과에 더 큰 영향을 미치는 것을 반영한다.
제약식 (4)는 슬롯은 최대 하나의 항공기와 연관될 수 있으며, 제약식 (5)는 항공기는 하나의 슬롯에 할당되거나 결항될 수 있음을 제약한다.
제약식 (6)은 이후 실현될 시나리오에서 다음 GDP가 발부된 시간 이전의 항공기의 슬롯 할당은 수정될 수 없음을 나타낸다.
제약식 (7)과 (8)은 각 시나리오에서 실현되는 항공기의 도착지연과 출발지연을 계산한다.
제약식 (9)와 (10)은 승객과 승무원이 연결되기 위한 조건을 정의한다.
제약식 (11)는 항공기가 대상 공항에 도착 후 다음 출발 항공편 준비를 위한 시간이 최소 적하/적재 시간보다 길어야 함을 나타낸다.
제약식 (12)부터 (15)는 항공기 결항 발생시 관련 승객과 승무원은 연결될 수 없음을 제약한다.
제약식 (16)부터 (18)는 의사결정변수를 정의한다.
한편, 이와 같은 목적 함수는 항공기가 보유하고 있는 항공기나 할당 받은 슬롯 등 다양한 자원을 고려하여, 각 항공사에 맞게 맞춤형으로 설계될 수 있다. 즉, 각 항공사가 설정한 내부 운영 목표에 맞게 항공기 운영의 평가기준 항목과 가중치를 고려하여 맞춤형으로 목적함수가 설정된다. 이때, 맞춤형으로 설정되는 매개변수는 항공기 지연시간에 대한 증분함수 형태의 단위 페널티
Figure pat00002
, 승무원 미연결 수에 대한 페널티
Figure pat00003
, 승객의 환승편 미연결 수에 대한 페널티
Figure pat00004
, 그리고 항공기 결항 수에 대한 페널티
Figure pat00005
이다.
이와 같은, 최적화를 위한 목적 함수를 실행하여, GDP 발생에 따라 총 기대 페널티 비용을 최소화하는 최적 항공기 일정계획을 산출하게 된다. 산출된 항공기 일정계획은 시나리오별 항공기의 슬롯 재할당과 항공기의 계획적 지연 및 결항을 포함한다. 즉, 항공사는 현재 운영 상태가 GDP 발생 등의 변동이 없는 기본 시나리오에 대한 항공기 일정계획을 기본으로 운영할 수 있으며, 향후 어떤 시나리오가 대상하는 GDP가 실제 실현되었을 때 그 시나리오에 대해 산출된 항공기 일정계획을 반영하여 항공기를 맞춤형으로 운영할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 운행 스케줄링 방법은, 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
본 발명의 방법 및 시스템은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그것들의 구성 요소 또는 동작의 일부 또는 전부는 범용 하드웨어 아키텍쳐를 갖는 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 항공기 운행 스케줄링 장치 시스템
100: 항공기 운행 스케줄링 장치
110: 통신모듈
120: 메모리
130: 프로세서
140: 데이터베이스
200: 공항 관리 서버

Claims (8)

  1. 항공기 운행 스케줄링 장치에 있어서,
    각 공항에서의 항공기별 도착시간과 출발시간, 해당 공항에서 각 항공기에 할당된 슬롯 정보를포함하는 항공기 운영 데이터, 각 공항의 관제센터에서 발부하는 GDP(Ground Delay Program) 정보, 상기 GDP 발생에 따라 예상되는 항공기 운행에 대한 시나리오 및 상기 GDP 발생에 따른 항공기 운행 스케줄 재설정을 판단하기 위한 목적 함수를 관리하는 데이터베이스,
    항공기 운행 스케줄링 프로그램이 저장된 메모리, 및
    상기 항공기 운행 스케줄링 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함하되,
    상기 항공기 운행 스케줄링 프로그램은 GDP 발생 정보의 수신에 따라, 각 시나리오별로 상기 목적 함수를 적용하여, 시나리오를 기초로 항공기의 변경된 최적의 운행 스케줄을 산출하는 것인, 항공기 운행 스케줄링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 항공기 운행 스케줄링 프로그램은 항공사 단위로 운행된 항공기들에 대하여 항공기 운행 스케줄링을 수행하는 것인, 항공기 운행 스케줄링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 목적 함수는 각 시나리오에 대한 총 기대 페널티 비용을 최소화하는 함수로서, 항공편의 단위 시간 지연으로 발생하는 비용을 나타내는 항과 승무원의 미연결 시 발생하는 비용을 나타내는 항과, 승객의 미연결 시 발생하는 비용을 나타내는 항과 결항으로 발생하는 비용을 나타내는 항의 합을 포함하는 것인, 항공기 운행 스케줄링 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 항공기 운행 스케줄링 프로그램은 도착지연과 출발지연에 대한 페널티 비용을 계산하는 제약조건, 슬롯은 최대 하나의 항공기와 연관된다는 제약조건, 항공기는 하나의 슬롯에 할당되거나 결항될 수 있음을 나타내는 제약조건, 이후 실현될 시나리오에서 다음 GDP가 발부된 시간 이전의 항공기의 슬롯 할당은 수정될 수 없음을 나타내는 제약조건, 각 시나리오에서 실현되는 항공기의 도착지연과 출발지연에 대한 제약조건, 항공기가 대상 공항에 도착 후 다음 출발 항공편 준비를 위한 시간이 최소 적하/적재 시간보다 길어야 함을 나타내는 제약조건, 항공기 결항 발생시 관련 승객과 승무원은 연결될 수 없음을 나타내는 제약조건을 기초로, 상기 목적 함수를 풀이하는 것인, 항공기 운행 스케줄링 장치.
  5. 항공기 운행 스케줄링 장치를 이용한 항공기 운행 스케줄링 방법에 있어서,
    각 공항에서의 항공기별 도착시간과 출발시간, 해당 공항에서 각 항공기에 할당된 슬롯 정보를포함하는 항공기 운영 데이터, 각 공항의 관제센터에서 발부하는 GDP(Ground Delay Program) 정보, 상기 GDP 발생에 따라 예상되는 항공기 운행에 대한 시나리오 및 상기 GDP 발생에 따른 항공기 운행 스케줄 재설정을 판단하기 위한 목적 함수를 관리하는 데이터베이스가 제공되는 단계; 및
    공항에 대한 GDP 발생 정보를 수신함 따라, 각 시나리오별로 상기 목적 함수를 적용하여, 시나리오를 기초로 항공기의 변경된 최적의 운행 스케줄을 산출하는 단계를 포함하는 것인, 항공기 운행 스케줄링 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 운행 스케줄을 산출하는 단계는 항공사 단위로 운행된 항공기들에 대하여 항공기 운행 스케줄링을 수행하는 것인, 항공기 운행 스케줄링 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 목적 함수는 각 시나리오에 대한 총 기대 페널티 비용을 최소화하는 함수로서, 항공편의 단위 시간 지연으로 발생하는 비용을 나타내는 항과 승무원의 미연결 시 발생하는 비용을 나타내는 항과, 승객의 미연결 시 발생하는 비용을 나타내는 항과 결항으로 발생하는 비용을 나타내는 항의 합을 포함하는 것인, 항공기 운행 스케줄링 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 항공기 운행 스케줄링 프로그램은 도착지연과 출발지연에 대한 페널티 비용을 계산하는 제약조건, 슬롯은 최대 하나의 항공기와 연관된다는 제약조건, 항공기는 하나의 슬롯에 할당되거나 결항될 수 있음을 나타내는 제약조건, 이후 실현될 시나리오에서 다음 GDP가 발부된 시간 이전의 항공기의 슬롯 할당은 수정될 수 없음을 나타내는 제약조건, 각 시나리오에서 실현되는 항공기의 도착지연과 출발지연에 대한 제약조건, 항공기가 대상 공항에 도착 후 다음 출발 항공편 준비를 위한 시간이 최소 적하/적재 시간보다 길어야 함을 나타내는 제약조건, 항공기 결항 발생시 관련 승객과 승무원은 연결될 수 없음을 나타내는 제약조건을 기초로, 상기 목적 함수를 풀이하는 것인, 항공기 운행 스케줄링 방법.
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