Optimisation de la gestion des avions dans un aéroport : affectation aux points de stationnement, routage au sol et ordonnancement à la piste.

Optimization of airport operations : stand allocation, ground routing and runway sequencing

• Auteur / Autrice : Julien Guepet
• Direction : Jean-Philippe Gayon, Olivier Briant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et Informatique
• Date : Soutenance le 03/12/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Amadeus s.a.s. (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble) - Laboratoire des sciences pour la conception, l'optimisation et la production
• Jury : Président / Présidente : Christophe Rapine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rodrigo Acuña-Agost
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Artigues, Dominique Feillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation linéaire

Optimisation mathématique

Aéroports

Mots clés libres

Aéroport

Gestion des opérations

Programmation linéaire en nombres entiers

Affectation aux points de staitonnement

Routage au sol

Ordonnancement à la piste

Airport

Operations management

Mixed integer programming

Stand allocation

Ground routing

Runway sequencing

Résumé

Le cadre de cette thèse est l'optimisation des opérations aéroportuaires. Nous nous intéressons à trois problèmes de gestion des avions dans un aéroport : l'affectation aux points de stationnement, le routage au sol entre les pistes et les points de stationnement, et l'ordonnancement des décollages et des atterrissages.Ce travail a été réalisée en collaboration étroite avec la société Amadeus. Nos approches ont été testées et validées avec des données réelles provenant d'aéroports européens.Nous proposons une formulation en Programme Linéaire en Nombres Entiers (PLNE) du problème d'affectation aux points de stationnement. Nous montrons que trouver une affectation réalisable est un problème NP-Complet et nous proposons diverses améliorations visant à réduire le temps de résolution de notre modèle. Nous obtenons ainsi des solutions de meilleure qualité que celles de la littérature, tout en conservant un temps de calcul raisonnable.Le problème de routage au sol est modélisé en adaptant un PLNE de la littérature. Nous montrons que les indicateurs de l'industrie sont en contradiction avec l'objectif de réduction du temps de roulage, et donc des émissions de pollutions. Nous proposons de nouveaux indicateurs basés sur l'heure de décollage, et non sur l'heure de départ du point de stationnement.Enfin, nous nous intéressons à l'intégration de l'ordonnancement à la piste avec le routage au sol. Nous montrons qu'une meilleure intégration permet de réduire le temps de roulage et d'améliorer la gestion de la piste. Nous proposons une heuristique séquentielle basée sur une modélisation en PLNE innovante du problème d'ordonnancement à la piste. Nous montrons que cette heuristique fournit des solutions de bonne qualité en temps raisonnable, contrairement à l'approche exacte de la littérature.

In this thesis, we address the optimization of aircraft ground operations at airports, focusing on three main optimization problems: the stand allocation, the ground routing between stands and runways, and the sequencing of take-offs and landings.These works result from a close collaboration with Amadeus. Our approaches have been tested and validated with real data from European airports.The stand allocation problem is formulated as a Mixed Integer Program (MIP). We show that finding an allocation plan respecting operational requirements is NP-Complete and we strengthen our model in several directions. We obtain better solutions than the literature withing reasonable computation times for an industrial application.The ground routing problem is modeled by a MIP formulation adapted from the literature. We show that the main indicators of the industry are in contradiction with the objective of reducing taxi times and therefore air pollution. We propose new indicators based on take-off times instead of push back times.Lastly, we focus on the integration of the runway sequencing with the ground routing. We highlight that a better integration allows to reduce taxi times while improving the management of the runway. We propose a sequential heuristic based on an innovative MIP formulation of the runway sequencing problem. This heuristic is shown to provide high quality solutions in reasonable computation times, unlike the exact approach from the literature.