Interdependencies and congestion delays in the US aviation network and the COVID-19 era

Abstract

In this paper we follow a risk dependency approach in order to assess the effects of propagated delays on the aviation network. Various similar approaches have been proposed in the past. Ours differs in the manner that we do not trace the root delays back to their source, rather we investigate the effects of delays from the immediate predecessor. As we strive to contribute to resilience to delays between interdependent airports, we study air flight congestion amid the COVID-19 pandemic and compare it to when the air network was operating under normal conditions. In particular, we analyze a wealth of data, which we have drawn from the U.S. Bureau of Transportation Statistics, in order to model a dependency graph of the aviation network. Extending previous research that developed a risk-based methodology and software tool to analyze interdependencies and congestions in the aviation network, we identify and compare the most critical airports in the US air transportation network. We also distinguish the worst-case dependency chains of interdependent routes that cause delays in the network and correlate the order flight sequence with the occurrence of delays. Our findings identified a positive aspect; although the COVID-19 pandemic has had a significant economic impact, flights are departing and arriving with less delay.

Σε αυτή την μελέτη αξιολογούμε την επικινδυνότητα μέσω των αλληλεξαρτήσεων συμβάντων, που επιφέρουν καθυστερήσεις σε διασυνδεδεμένα αεροδρόμια. Στο παρελθόν έχουν προταθεί διάφορες σχετικές προσεγγίσεις. Η δική μας διαφέρει στο γεγονός πως δεν προσπαθούμε να εντοπίσουμε την πηγή που δημιουργεί την καθυστέρηση. Αντί αυτού διερευνούμε τις επιπτώσεις των καθυστερήσεων από την αμέσως προηγούμενη διασυνδεδεμένη πτήση. Καθώς προσπαθούμε να συνεισφέρουμε ενίσχυση της ανθεκτικότητας σε καθυστερήσεις μεταξύ αλληλεξαρτώμενων αεροδρομίων, μελετούμε τη συμφόρηση στις αεροπορικές πτήσεις εν μέσω της πανδημίας COVID-19 και τη συγκρίνουμε με εκείνη που το αεροπορικό δίκτυο λειτουργούσε υπό κανονικές συνθήκες. Ειδικότερα, αναλύουμε μια πληθώρα δεδομένων, τα οποία αντλήσαμε από το U.S. Bureau of Transportation Statistics, με σκοπό να μοντελοποιήσουμε έναν γράφο αλληλεξαρτήσεων του αεροπορικού δικτύου. Επεκτείνοντας προηγούμενη μελέτη η οποία ανέπτυξε μεθοδολογία και εργαλείο λογισμικού για την αξιολόγηση των αλληλεξαρτήσεων συμβάντων, εντοπίζουμε και συγκρίνουμε τα κρισιμότερα εντοπίζει τα κρισιμότερα αεροδρόμια στο Αμερικανικό αεροπορικό δίκτυο συγκοινωνιών. Διακρίνουμε, επίσης, τις δυσμενέστερες αλυσίδες αλληλεξαρτώμενων δρομολογίων που επιφέρουν καθυστερήσεις στο δίκτυο και συσχετίζουμε την σειρά εκτέλεσης μιας αλληλουχίας πτήσεων ενός αεροσκάφους με την εμφάνιση καθυστερήσεων. Τα συμπεράσματά μας υποδεικνύουν μια θετική πτυχή: παρόλο που η πανδημία COVID-19 επέφερε σημαντικές οικονομικές επιπτώσεις, οι πτήσεις απογειώνονται και προσγειώνονται με μικρότερη καθυστέρηση.