Airline network revenue management : integrated optimization of hub location and capacity allocation
Gestion des revenus dans un réseau de compagnies aériennes : optimisation intégrée de la localisation de plateforme et du dimensionnement de capacité
Abstract
As one of critical problems in aviation industry, airline network revenue management has received significant attention in recent decades. However, many issues still need to be addressed. This thesis investigates four new airline network revenue management problems. Firstly, a network capacity allocation problem with competitive alliances is studied. In this problem, horizontal and vertical competitions and deterministic demand are considered. The aim is to maximize the global alliance revenue by determining the (seat) capacities in flights for each fare class of each airline. The problem is formulated into a mixed integer programming and is solved by a commercial solver CPLEX. Secondly, an integrated p-hub median location and (seat) capacity allocation problem is investigated to maximize the combined average-case and worst-case profits of an airline. For this problem, an uncapacitated hub is considered and uncertain demand is represented by a finite set of scenarios. The studied problem is formulated based on a two-stage stochastic programming framework. Then a Genetic Algorithm (GA) is proposed to solve the problem for each scenario. Computational results show that the proposed method outperforms those in the literature only considering average-case profit. The third studied problem is a generalization of the second one in which the capacity of hub to be located is limited and disruptions which can impact airline hub capacity, such as adverse weather, are considered. Two formulations of the problem are proposed based on : (1) a scenario-based two-stage stochastic programming, and (2) a weight-based hybrid two-stage stochastic programming-robust optimization framework. Then a Sample Average Approximation (SAA) method and a GA are applied to solve them, respectively. Computational results show that the SAA is more effective than the GA. The fourth problem is also an extension of the second one where an airline is subjected to a CO2 emission limit. The problem is modeled into a scenario-based two-stage stochastic programming. And a SAA method is proposed to solve it.
La gestion des revenus d’un réseau de compagnies aériennes, un des problèmes le plus critiques dans le secteur du transport aérien, a reçu une attention significative depuis ces dernière décennies. Cependant, de nombreuses problématiques doivent encore être traitées. Cette thèse étudie quatre nouveaux problèmes de la gestion des revenus dans un réseau de compagnies aériennes. D'abord, un problème de dimensionnement de capacité du réseau avec alliances concurrentes est étudié. Dans ce problème, les concurrences horizontales et verticales sont considérées et la demande est supposée déterministe. L’objectif est de maximiser les revenus globaux de l’alliance en déterminant la capacité (en nombre de places) dans les vols pour chaque classe tarifaire de chaque compagnie. Le problème est formulé en programmation linéaire en nombres entiers et résolu à l’aide du solveur CPLEX. Deuxièmement, un problème intégrant la localisation de p-hub médian et le dimensionnement des capacités (places) est étudié pour maximiser une combinaison du bénéfice moyen et du bénéfice au pire cas. Pour ce problème, un seul hub à capacité illimitée est considéré. De plus, les incertitudes sur la demande sont représentées à l’aide d’un ensemble fini des scénarios. Le problème est formulé en programmation stochastique à deux étapes. Ensuite, un algorithme génétique (GA) est proposé pour résoudre le problème pour chaque scénario. Les résultats numériques montrent que la méthode est meilleure que celles dans la littérature qui considèrent uniquement le bénéfice moyen. Le troisième problème étudié est une extension naturelle du deuxième dans lequel la capacité de hub à localiser est limitée et les perturbations qui peuvent impacter la capacité du hub, telles que des conditions météorologiques, sont prises en compte. Deux formulations du problème sont proposées : (1) une programmation stochastique à deux étapes sur la base des scénarios, et (2) optimisation hybride de programmation stochastique à deux étapes à l’aide de pondération. Ensuite, l’approximation moyenne par échantillonnage (SAA) et le GA sont appliqués pour résoudre le problème, respectivement. Les résultats numériques montrent que la SAA est plus performante que le GA. Le quatrième problème est aussi une extension du deuxième problème où la compagnie aérienne doit respecter le niveau d'émissions de CO2 imposé. Le problème est modélisé en programmation stochastique à deux étapes sur la base des scénarios. De plus, une méthode SAA est proposée pour sa résolution.