本文是一篇物流博士論文，本文研究了各影響因素對選擇行為的影響，其中貨運航空公司選擇承運的概率并非僅依托航空公司自身業務的效用分析，需要兼顧其他航空公司對貨運航空公司選擇概率的影響，當貨運航空公司的貨運量大于三分之一飛機載重時，選擇承運的概率與研究分析的理論概率最接近，準確性為94.7%。

第1章 緒論

1.1 研究背景 當前，由于經濟發展水平、產業結構的變化，影響著航空貨運需求的增加。近年來我國航空運輸業發展迅速，行業發展保持了穩中有進的良好態勢[1-3]，已發展至世界第二位。雖然我國的航空貨運市場規模與美國的相比存在較大差距，但是差距也在逐年縮小，2019年我國民航完成貨郵運輸量753.2萬噸，是同期美國貨運量的60%。而且在疫情影響下，我國的航空貨運業務也快速發展[4]。2011-2020年的航空貨運量及增長率情況如圖1-1所示。另一方面，我國航線數量和機場擁有量逐年增長[5]，截止2019年底共有定期航班航線5521條，238個機場。此外根據空客預測的2032年全球貨運市場情況[6]，表示中國是推動航空貨運業增長貢獻最大的國家，航空貨運市場份額將從2012年的15%上升到2032年的22%。因此，我國的航空貨運市場需求潛力巨大。

目前雖然航空貨運主體以腹艙客機載貨為主[7]，其中客機腹艙運輸約占航空貨運總量的70%，而全貨機載貨的比例為30%。但是疫情影響下貨機資源的緊缺，物資運輸需求量大，“客改貨”、航空公司混改[8]等方式在這個特殊時期，給全貨機的發展與使用帶來重大機遇。截至2019年底，我國擁有航空飛機共3818架，其中貨運飛機174架，占比4.56%，而全球貨運飛機2200架，我國貨運飛機占全球的比重為7.9%。

1.2 研究目標與研究意義

1.2.1 研究目標

本論文的研究目標是分析航線聯營的內涵及特點，構建航線聯營下的貨運航空公司選擇行為體系，建立航線聯營下貨運航空公司樞紐點選址模型、基于轉運的航線路徑優化模型、基于多基地的航線路徑優化模型，設計改進的遺傳算法，解決貨運航空公司的網絡優化問題。

1. 構建以損失效應前景理論、博弈論為基礎的航線聯營下貨運航空公司選擇行為體系，分析貨運航空公司的選擇行為效用，確定航線聯營下貨運航空公司的選擇概率函數，形成解決貨運航空公司聯盟選擇的可行性方法。

2. 以多屬性決策下的樞紐點備選點、航線聯營下貨運航空公司的選擇概率函數為基礎，建立基于備選點的航線聯營下非嚴格雙容量限制下的多重分配樞紐選址模型（Hub Location Problem of Non-strict Double Capacitated and Multi Assignment，NSDCMAHLP），以S貨運航空公司的樞紐選址方案為案例驗證模型的可行性，形成解決貨運航空公司樞紐選址相關問題的有效方法。

3. 以航線聯營下貨運航空公司的選擇概率函數為基礎，構建航線聯營下基于轉運的航線路徑優化模型（Aircraft Fleet Route Problem based on Transshipment and Airline Alliance，T-AAAFRP）、基于多基地的航線路徑優化模型（Aircraft Fleet Route Problem based on Multiple Bases and Airline Alliance，MBAAAFRP），設計基于基因工程剪切過程的改進遺傳算法，為航線路徑優化理論研究奠定理論基礎。

本文的研究以期充實航空物流網絡優化理論體系，為貨運航空公司物流網絡中的樞紐選址及路徑優化相關問題提供理論與方法支撐，為民航貨運業高質量發展發揮一定的參考作用。

第2章 航線聯營下貨運航空公司選擇行為分析

2.1 問題描述

本章解決的問題是航線聯營貨運航空公司的運輸選擇行為分析。通過基于損失效應前景理論和動態演化博弈理論，分析博弈雙方穩定性，最終確定航線聯營選擇概率。具體可描述為博弈方1為客運航空公司或貨運航空公司，可以依托客機腹艙或全貨機承擔航空運輸運力；博弈方2為研究對象S貨運航空公司，依托全貨機提供航空運輸運力。由于博弈雙方在進行運輸行為選擇時，存在都不承運航空貨運需求，無法完成航空運輸業務而造成的損失的情境下，而且大多學者研究結果表明航空運輸決策者對損失比對獲得更敏感，因此利用損失效應前景理論刻畫未完成運輸而需要承擔的成本損失。同時博弈方1選擇承運時，可能獲得的收益為自身業務收益以及博弈方2選擇托運時的收益，但是當博弈方1選擇托運時，可能獲得的收益為自身業務托運時的收益以及未完成運輸而需要承擔的成本損失，反之，對于博弈方2同樣成立，博弈雙方的運輸選擇行為下的收益問題如表2-1所示。其中博弈方1、博弈方2的運輸量1 2D,D、運輸成本CT、飛機固定成本PC、成本與收益系數t，成本分擔系數?,?，確定在航線聯營主體間不同航段的航線運營選擇概率。

2.2 航線聯營選擇過程

航線聯營是合作雙方在聯營航線上將采用統一定價，再按各參運公司投入的運載量和機型，確定其收入比例，主要體現在共享營收、分擔成本。航線聯營選擇過程包括三個步驟，第一步是針對貨運航空公司的航線聯營的選擇，給出可供貨運航空公司選擇的模式，可以是聯營承運，也可以是聯營托運；第二步是根據貨運航空公司決策者的偏好，確定聯營下承運與托運兩種選擇方式的效用；

1.航線聯營選擇模式

對貨運航空公司而言，可以選擇聯營承運與聯營托運兩種形式。聯營承運是指貨運航空公司在已確定選擇聯營時，對某一航段選擇由自己完成運輸，承運選擇下的貨運航空公司不僅承擔自己公司的航空運輸業務，也可以承擔市場上其他有需求的航空公司的航空業務。聯營托運是指貨運航空公司在已確定選擇聯營時，對某一航段選擇由其他的航空公司運輸，托運選擇下的該貨運航空公司需要根據自身公司的業務、航空網絡結構來選擇合作方。

2. 聯營效用計算

在計算聯營效用時，需明確航空公司決策者偏好及偏好影響下的效用。效用理論是領導者進行決策選擇時采用的一種方法，因此也可采用效用理論描述航空公司單一領導者決策行為[203]。

(1) 決策者偏好

由于決策過程需要人的參與，而人的偏好對決策的影響較大，因此研究基于決策者的偏好下的效用，有助于全面、準確的掌握聯營的作用機理。在現實中，決策者并非總是做出符合自身效用最大化的決策，在無法獲得完全信息以及本身并不具有完美判斷能力的情況下，他們更傾向于做出自認為正確且滿意的決策，同時大量研究表明航空運輸決策者對損失比對獲得更敏感。

(2) 計算偏好影響下的聯營效用

當航空公司選擇聯營承運時，所需承擔飛機運營過程中的成本，得到的收益包括自身業務所得收益及其他航司提供的費用，若當航空公司選擇聯營托運時，所需承擔的成本包括給合作方支付的費用。換一句話說，航空公司承運時，可以降低自身業務運輸過程中的單位成本。

第3章 貨運航空公司樞紐點選址 ...................................... 46

3.1 問題描述 ..................................... 46

3.2 備選點選址 .............................. 46

第4章 基于轉運的航線路徑優化 ................................. 69

4.1 問題描述 .......................................... 69

4.2 模型假設 ................................... 70

第5章 基于多基地的航線路徑優化 ....................................... 88

5.1 問題描述 ............................................. 88

5.2 模型假設 ................................. 89

第5章 基于多基地的航線路徑優化

5.1 問題描述

航線路徑優化是貨運航空公司提高網絡利用率、降低成本的重要途徑。當貨運航空公司業務發展初期，此時航線網絡相對簡單，為了給顧客帶來更好的服務感受，從而通過客戶滿意度的提高達到擴大市場規模的目標。因此本章將研究“點對點”網絡結構下的航線路徑優化問題，從而降低航空公司運營成本、提高客戶服務水平。首先基于第二章選擇行為研究基礎，引入航線聯營選擇概率函數，構建成本最小化、服務需求量最大化的雙層規劃優化模型。設計改進的NSGA-Ⅱ算法求解模型，并以S貨運航空公司的案例進行仿真實驗與分析，確定最優的基地的數量及位置、飛機航線路徑等。

目前大多學者對于飛機航線路徑優化問題的研究，主要通過建立飛機航線調配或調度模型求解，研究目的主要是成本最小化、飛機使用均衡性及緩解擁堵。研究多集中在成本最優角度，對服務水平的刻畫較少以及航線聯營下航空公司的路徑選擇研究較少，因此本章將以降低成本、提高服務需求量為目標，研究航線聯營下的航線路徑優化問題，同時考慮空中容量限制問題。因此本章解決航線聯營下多基地的航線路徑優化問題，可定義為“點對點”網絡結構下的貨運航空公司航線路徑優化問題，航線聯營下貨運航空公司多基地的航線路徑優化問題示意圖如圖5-1所示。

結論與展望

本章主要概括論文的主要研究工作，展望未來可能的研究方向，歸納論文的主要創新點。

1.論文工作總結

隨著我國航空運輸業的迅速發展，國家為強化航空樞紐地位，出臺諸多航空貨運相關政策，加快貨運航空公司樞紐機場的建設。此外，近年來隨著航空公司間競爭的加劇，航空公司收益降低，為尋求新的收益增長點，航空公司間通過航線聯營，擴大航線網絡，降低運作成本及企業間的價格競爭。因此本文以降本增效為目標，分析了航線聯營模式的特點，構建了航線聯營下的貨運航空公司選擇行為體系，建立了航線聯營下貨運航空公司樞紐點選址模型、基于轉運的航線路徑優化模型、基于多基地的航線路徑優化模型，設計了改進的遺傳算法，解決貨運航空公司的網絡優化問題。具體開展的研究工作包括以下四個方面。

(1) 航線聯營下貨運航空公司選擇行為分析

貨運航空公司選擇航線聯營下承運或托運的行為是一個復雜的決策過程，為科學刻畫貨運航空公司的選擇行為規律，首先通過引入損失效應前景理論描述無人承運下的成本損失問題，考慮航空公司的收入、承運或托運影響下的成本，基于博弈論分析博弈雙方的收益，形成得益矩陣，并通過動態演化博弈分析決策過程，分析了選擇行為的演化方向及穩定均衡性。然后基于得益矩陣確定基于損失效應前景理論的航線聯營選擇概率均衡函數，理論與數值仿真證明了選擇概率均衡概率的唯一性及與其他參數的關系。

研究了各影響因素對選擇行為的影響，其中貨運航空公司選擇承運的概率并非僅依托航空公司自身業務的效用分析，需要兼顧其他航空公司對貨運航空公司選擇概率的影響，當貨運航空公司的貨運量大于三分之一飛機載重時，選擇承運的概率與研究分析的理論概率最接近，準確性為94.7%。因此可以大概率理解為當貨運航空公司的貨運量大于三分之一飛機載重時，可以選擇承運。當貨運量小于三分之一飛機載重時，需要綜合考慮其他航空公司的業務量，確定合適的選擇行為。貨運航空公司的貨物運輸距離越短時，選擇承運的概率越大。當貨運航空公司的貨物運輸距離在三千公里時，選擇承運的概率與研究分析的理論概率最接近，準確性為93.7%。

參考文獻（略）