Pianificazione ottima degli atterraggi aerei su piste multiple

Abstract

L’obbiettivo di questa tesi è esplorare le tecniche di ottimizzazione utilizzate durante la fase di atterraggio (Aircraft Landing Problem, ALP), rendendo più efficiente la gestione delle piste presenti negli aeroporti. La prima parte è costituita da un’accurata analisi della letteratura esistente in questo ambito. Sono state esaminate, in modo approfondito, le caratteristiche generali dell’ALP, il motivo per cui è fondamentale effettuarne una valutazione appropriata per la gestione di un aeroporto, le funzioni obbiettivo maggiormente studiate e i vincoli prevalentemente presi in considerazione. Successivamente, sempre con riferimento alla letteratura, è stata effettuata un’analisi dei metodi proposti, con particolare attenzione alla distinzione tra metodi esatti e metodi euristici. La seconda parte si focalizza sulla proposta del modello matematico di un nuovo metodo esatto, tramite la definizione delle variabili decisionali, della funzione obbiettivo e dei vincoli, della sua implementazione tramite software, la quale ha consentito, tramite l’utilizzo di IBM ILOG CPLEX Optimization Studio, di effettuare numerose simulazioni al fine di trarre valutazioni e conclusioni. Inoltre, è stato ideato un possibile metodo euristico, sostitutivo al modello matematico esatto proposto, nel caso di scenari caratterizzati da complessità elevata, per ridurne l’onere computazionale, consentendo di trovare una soluzione sub-ottima ma in tempi brevi, estendendo l'applicabilità dell'algoritmo a un maggior numero di scenari. La scelta dell’argomento è motivata dal crescente volume del traffico aereo e alle sue ampie applicazioni nel campo dei trasporti, è quindi necessario ridurne i costi e l’inquinamento. Ciò è possibile grazie alla riduzione dei ritardi e l’ottimizzazione delle risorse aeroportuali, tramite la risoluzione del problema di ottimizzazione in oggetto.

The objective of this graduation thesis is to explore optimization techniques used during the landing phase (Aircraft Landing Problem, ALP), making the management of airport runways more efficient. The first part consists of a thorough analysis of the existing literature in this field. The general characteristics of the ALP were examined in-depth, explaining why it is crucial to properly evaluate it for airport management, the most studied objective functions, and the commonly considered constraints. Subsequently, still with reference to the literature, an analysis of the proposed methods was carried out, with particular attention to the distinction between exact methods and heuristic methods. The second part focuses on proposing the mathematical model of a new exact method, through the definition of decision variables, the objective function and constraints, and its software implementation, this allowed numerous simulations to be carried out using IBM ILOG CPLEX Optimization Studio, in order to draw evaluations and conclusions. Additionally, a possible heuristic method was devised as an alternative to the proposed exact mathematical model, in scenarios characterized by high complexity, to reduce computational burden, allowing for finding a sub-optimal solution in a short time, extending the applicability of the algorithm to a greater number of scenarios. The choice of topic is motivated by the increasing volume of air traffic and its broad applications in the field of transportation, making it necessary to reduce costs and pollution. This can be achieved through the reduction of delays and the optimization of airport resources by solving the optimization problem in question.