Εργαλείο υποστήριξης αποφάσεων για το πρόβλημα προγραμματισμού διαδρόμου αεροσκαφών

Abstract

Η συνεχής αύξηση της αεροπορικής ζήτησης τα τελευταία έτη έχει εντείνει τα φαινόμενα συμφόρησης και καθυστερήσεων στα μεγάλα αεροδρόμια, αναδεικνύοντας τον διάδρομο προσγείωσης-απογείωσης ως τον βασικό περιοριστικό πόρο του αεροδρομιακού συστήματος. Οι καθυστερήσεις δεν επηρεάζουν μόνο την επιχειρησιακή αξιοπιστία των πτήσεων, αλλά συνεπάγονται και σημαντικό οικονομικό κόστος για αεροδρόμια και αεροπορικές εταιρίες. Στο πλαίσιο αυτό, η παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσει ένα εργαλείο υποστήριξης αποφάσεων για το πρόβλημα προγραμματισμού διαδρόμου αεροσκαφών, με στόχο τη διερεύνηση της σχέσης μεταξύ ζήτησης, διαθέσιμης χωρητικότητας και οικονομικών επιπτώσεων των καθυστερήσεων. Η μεθοδολογία βασίζεται στη διατύπωση και εφαρμογή ενός μαθηματικού μοντέλου γραμμικού προγραμματισμού, το οποίο ελαχιστοποιεί το συνολικό κόστος καθυστέρησης αφίξεων, λαμβάνοντας υπόψη ρεαλιστικούς επιχειρησιακούς περιορισμούς, όπως οι ελάχιστοι χρόνοι διαχωρισμού και η ωριαία χωρητικότητα του διαδρόμου. Το μοντέλο εφαρμόζεται σε πραγματικά δεδομένα ημερήσιου προγράμματος αφίξεων του Διεθνή Αερολιμένα Αθηνών «Ελευθέριος Βενιζέλος», επιτρέποντας την αξιολόγηση της λειτουργείας του αεροδρομίου υπό τρεις διακριτές φάσεις: την υφιστάμενη κατάσταση, ένα σενάριο βελτιστοποίησης εντός της σημερινής χωρητικότητας και ένα σενάριο αυξημένης χωρητικότητας που αντιστοιχεί στη μελλοντική επέκταση των υποδομών του αερολιμένα, όπως αυτή προβλέπεται από το εγκεκριμένο masterplan. Τα αποτελέσματα της ανάλυσης δείχνουν ότι σημαντικό μέρος του συνολικού κόστους καθυστέρησης μπορεί να μειωθεί μέσω της βελτιστοποιημένης διαχείρισης των αφίξεων, ακόμη και χωρίς μεταβολή των υφιστάμενων υποδομών, γεγονός που αναδεικνύει την ύπαρξη αναξιοποίητης λειτουργικής χωρητικότητας. Παράλληλα, η εξέταση του σεναρίου αυξημένης χωρητικότητας καταδεικνύει ότι η επέκταση των υποδομών λειτουργεί συμπληρωματικά προς τη βελτιστοποίηση, ενισχύοντας περαιτέρω την αποδοτικότητα και την ανθεκτικότητα του συστήματος. Συνολικά, η εργασία υπογραμμίζει τη σημασία της ποσοτικής ανάλυσης και της μαθηματικής βελτιστοποίησης ως εργαλείων υποστήριξης αποφάσεων για τη διαχείριση της χωρητικότητας και των καθυστερήσεων στα σύγχρονα αεροδρόμια, συμβάλλοντας τόσο στον επιχειρησιακό σχεδιασμό όσο και στον στρατηγικό προγραμματισμό μελλοντικών επενδύσεων.The continuous growth in air transport demand in recent years has intensified congestion and delay phenomena at major airports, highlighting the runway as the primary bottleneck resource of the airport system. Delays not only affect the operational reliability of flights but also entail significant economic costs for both airports and airlines. Within this context, the present thesis develops a decision-support tool for the aircraft runway scheduling problem, aiming to investigate the relationship between demand, available capacity, and the economic impact of delays. The methodology is based on the formulation and implementation of a linear programming model that minimizes the total cost of arrival delays, while incorporating realistic operational constraints such as minimum separation times and runway hourly capacity. The model is applied to real-world data from the daily arrival schedule of Athens International Airport “Eleftherios Venizelos”, enabling the evaluation of airport operations under three distinct scenarios: the current state, an optimization scenario within existing capacity, and a capacity expansion scenario corresponding to the airport’s planned future infrastructure development, as outlined in the approved masterplan. The results of the analysis indicate that a significant portion of the total delay cost can be reduced through optimized arrival management, even without changes to existing infrastructure, thereby revealing the presence of underutilized operational capacity. At the same time, the examination of the increased-capacity scenario demonstrates that infrastructure expansion acts complementarily to optimization, further enhancing system efficiency and resilience. Overall, the thesis highlights the importance of quantitative analysis and mathematical optimization as decision-support tools for managing capacity and delays at modern airports, contributing both to operational planning and to the strategic design of future investments.