Asignación de controladores de tráfico aéreo basado en recocido simulado multicomienzo y expresiones regulares

Tello Caballo, Faustino (2019). Asignación de controladores de tráfico aéreo basado en recocido simulado multicomienzo y expresiones regulares. Thesis (Doctoral), E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.65232.

Description

Title: Asignación de controladores de tráfico aéreo basado en recocido simulado multicomienzo y expresiones regulares
Author/s:
  • Tello Caballo, Faustino
Contributor/s:
  • Mateos Caballero, Alfonso
  • Jiménez Martín, Antonio
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: December 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S. de Ingenieros Informáticos (UPM)
Department: Inteligencia Artificial
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La presente Tesis Doctoral se ha centrado en la resolución mediante el uso de metaheurísticas de un problema de optimización complejo en el ámbito de la gestión del tráfico aéreo en aeropuertos, la asignación de controladores aéreos a puestos de control para asegurar una correcta gestión del tráfico aéreo. Dicho problema se trata de un problema de optimización complejo combinatorio del tipo de asignación en el que debemos tener en cuenta los turnos de trabajo de los controladores, sus condiciones laborales (muchas de ellas establecidas mediante Real Decreto) y sus habilitaciones para poder gestionar distintos tipos de sectores y la sectorización establecida, y en el que deben considerarse múltiples objetivos. Se han considerado tres variantes del problema. En la primera, se desea minimizar el número de controladores necesarios para cubrir cierta sectorización. En la segunda, el número de controladores está fijado y se considera un enfoque multiobjetivo en el que se establecen ciertas metas sobre las condiciones de trabajo de los controladores (restricciones no estrictas), donde se tiene en cuenta que la carga de trabajo sea homogénea entre los controladores, que el número de cambios de posiciones en Sctlct sea el menor posible y que la estructura de la solución sea lo más parecida a las plantillas que actualmente son utilizadas (confeccionadas de forma manual). Estas dos variantes se corresponden con la resolución del problema en la fase pretáctica, la cual se ejecuta entre uno y seis días previos al día de operación a resolver. En la tercera variante del problema se considera la fase táctica, en sala. En este caso, se supone que se está ejecutando un horario determinado y que surge un imprevisto, como la baja de un controlador o la llegada de un elevado flujo de vuelos desviado de otro aeropuerto (por ejemplo, por problemas climatológicos). En este caso, la solución propuesta tendrá que recalcular la mejor solución posible (puede que en algunos casos no quede más remedio que violar algunas de las condiciones de trabajo de los controladores, quedando una solución infactible) en un tiempo muy reducido, estableciéndose un orden de prioridad en la violación de las restricciones. Para resolver las tres variantes del problema se han utilizado una metodología consistente en varias fases, en la que se utiliza una heurística para obtener una solución inicial y el uso alternativo de dos metaheurísticas, el recocido simulado y la búsqueda en entornos variables, para la búsqueda de soluciones factibles y/o soluciones óptimas, en función de la variante del problema. En los tres casos, se ha analizado el comportamiento de las metaheurísticas utilizadas en base a la calidad de las soluciones obtenidas y el tiempo de ejecución asociado a cada uno de ellos. Para el desarrollo de la presente Tesis Doctoral se ha colaborado a través de la firma de varios convenios de colaboración con CRIDA (Centro de Referencia de Investigación, Desarrollo e Innovación ATM), que ha aportado el conocimiento experto sobre el problema. ----------ABSTRACT---------- This PhD. thesis deals with the resolution of a complex optimization problem in the field of air traffic management in airports by means of metaheuristics, the assignment of air traffic controller operators (ATCo) to control positions to ensure a proper air traffic management. This is a complex combinatorial optimization problem of the scheduling type in which we must take into account the ATCos work shifts, their labour conditions (many of them established by a Spanish Royal Decree) and their qualification to manage different sector types, and the established sectorization, and in which we must consider multiple conflicting objectives. Three variants of the problem have been considered. In the first, the aim consists of minimizing the number of ATCos needed to cover a given sectorization. In the second, the number of ATCos is fixed and a multi-objective approach is considered in which certain goals are established on the ATCo's labour conditions (non-mandatory restrictions), considering that the workload is homogeneous among the ATCos, that the number of position changes in the control center is as small as possible and that the structure of the solution is as similar as possible to the hand-made template-based solutions that are currently being used. These two variants correspond to the resolution of the problem in the pre-tactical phase, which takes place between one and six days before the day of operation to be solved. In the third variant of the problem, the tactical phase is considered in the control center. In this case, it is assumed that a certain schedule is being executed and an unforeseen event arises, such as the loss of an ATCo or the arrival of a high flow of flights diverted from another airport (for example, due to weather problems). In this case, we will have to recalculate the proposed solution to the best possible solution (in some cases there may be no choice but to violate some of the ATCo's labour conditions, leading to an infeasible solution) in a short time, establishing an order of priority in the constraint violations. To solve the three variants of the problem, a methodology consisting of several phases has been proposed and developed. A heuristic is used to derive an initial solution and the alternative use of two metaheuristics (simulated annealing and variable neighbourhood search) for the search of feasible solutions and/or optimal solutions is considered, depending on the variant of the problem. In the three cases, the behaviour of the metaheuristics used has been analysed on the basis of the quality of the solutions reached and the execution time associated to each of them. During the development of the PhD. thesis we have collaborated by means of several collaboration agreements with CRIDA (Reference Center for Research, Development and Innovation ATM, Spain), which has provided expert knowledge on the problem.

Funding Projects

TypeCodeAcronymLeaderTitle
Government of SpainMTM2017-86875-C3-3-RUnspecifiedUnspecifiedToma de decisiones multicriterio y modelos de interdependencia para la gestión de riesgos. Seguridad en ATM
Government of SpainMTM2014-56949-C3-2-RUnspecifiedUnspecifiedUnspecified

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Item ID: 65232
DC Identifier: http://oa.upm.es/65232/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:65232
DOI: 10.20868/UPM.thesis.65232
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 05 Nov 2020 07:52
Last Modified: 05 Nov 2020 07:52
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