Google與漢莎航空合作，借優(yōu)化機(jī)隊(duì)調(diào)度降低碳排

在過去一年中，Google與漢莎航空集團(tuán)合作，以解決機(jī)尾分配（Tail Assignment）優(yōu)化問題，Google開發(fā)了一個(gè)機(jī)尾分配求解器，幫漢莎航空集團(tuán)旗下的子公司瑞士國際航空，優(yōu)化機(jī)隊(duì)調(diào)度，而Google預(yù)期這將明顯減少該航空公司的碳排。所謂的機(jī)尾分配問題，是指派特定飛行器，飛行特定航班的問題，而每臺飛行器是以機(jī)尾編號為作為識別，因此稱為機(jī)尾分配。

世界各地的航空公司都正以各種策略，探索滿足國際民用航空組織（ICAO）所制定二氧化碳排放政策的方法，這方面更是歐洲的執(zhí)行重點(diǎn)，尤其是航空業(yè)占運(yùn)輸業(yè)排放量的13.9%，主要的推行動力來自歐盟《歐洲綠色政綱》，該政綱要求2051年前，交通運(yùn)輸碳排量要減少90%。

而漢莎航空集團(tuán)則更進(jìn)一步設(shè)置目標(biāo)，承諾要在2030年將碳排放量，降低到2019年的50%，并且在2050年時(shí)達(dá)到凈零排放。航空公司可以降低碳排放的其中一種手段，便是優(yōu)化飛機(jī)調(diào)度，也就是以最小化總運(yùn)營成本來分配飛機(jī)。

燃料占總運(yùn)營成本的一大部分，當(dāng)運(yùn)營飛機(jī)需要更多的燃料，就意味著需要更高的運(yùn)營成本，而這也會產(chǎn)生更多排放到大氣中的二氧化碳，超過4,100公里的典型長途飛行，約會產(chǎn)生一噸的碳排放量。

Google提到，用于飛行兩地的燃料量差異很大，例如較大的飛機(jī)需要更多的燃料，而較新的飛機(jī)因?yàn)槭褂眯录夹g(shù)，往往更省油，而且燃料本身的重量也很重要，飛機(jī)在飛行初期油箱滿負(fù)荷，燃油效率較低，在經(jīng)過一段時(shí)間后燃油量減少，效率才會恢復(fù)正常。

另外，機(jī)隊(duì)調(diào)度一大重要因素是飛機(jī)上的乘客數(shù)量，由于預(yù)訂數(shù)量的變化，可能需要改變飛機(jī)的大小。其他影響燃料消耗的因素，還包括風(fēng)向和發(fā)動機(jī)年齡，或是不同的機(jī)身設(shè)計(jì)等。

Google利用網(wǎng)絡(luò)流（Network flow）來解決這個(gè)機(jī)尾分配優(yōu)化的問題，網(wǎng)絡(luò)流本身是一個(gè)有向圖，其特征是擁有一組節(jié)點(diǎn)（Node）和一組?。ˋrc），并且可以對節(jié)點(diǎn)進(jìn)出的流量設(shè)置限制。網(wǎng)絡(luò)流通常被用來模擬道路系統(tǒng)的交通量、管中液體或是電路中的電流等事物。

Google研究人員決定使用網(wǎng)絡(luò)流，是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)流的物體（Commodity）、弧和節(jié)點(diǎn)，與機(jī)尾分配中的飛行器、航段和機(jī)場有簡單的對應(yīng)關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)中的弧對應(yīng)航班時(shí)刻的每個(gè)航段，每臺飛行器是沿著網(wǎng)絡(luò)流動的物體，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)飛行器與航段的配對都有其關(guān)聯(lián)的分配成本，而模型的目標(biāo)是選擇有效的飛行器與航段配對，來最小化分配成本。

除了標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)流量限制之外，Google所設(shè)計(jì)的模型，還考慮了航空公司特定的限制，來針對漢莎航空量身訂做解決方案，像是考量飛機(jī)周轉(zhuǎn)時(shí)間、餐飲裝載等這類因航空公司不同的因素，而且當(dāng)航線有更多的度假旅客，就需要考量這些旅客，可能需要比商務(wù)旅客更長的登機(jī)和下機(jī)時(shí)間。

另一個(gè)限制是，每架飛機(jī)都必需要在指定的機(jī)場維修中心，進(jìn)行夜間檢查，以接受規(guī)定的維修或是清潔工作，每家航空公司也都有各自的維護(hù)計(jì)劃，諸如飛機(jī)每隔幾晚就要進(jìn)行一次例行性維護(hù)檢查，而這也能幫助飛機(jī)保持燃油效率。

在瑞士國際航空開始使用求解優(yōu)化機(jī)隊(duì)調(diào)度后，該航空公司有望每年節(jié)省瑞士法郎350萬元，相當(dāng)于新臺幣一千萬元，并減少6,500噸的二氧化碳排放。Google預(yù)估，當(dāng)這個(gè)運(yùn)算模型擴(kuò)展到漢莎航空集團(tuán)其他航空公司，且客流量恢復(fù)到新冠肺炎疫情之前的水準(zhǔn)時(shí)，節(jié)省的成本將會以倍數(shù)增長。

這項(xiàng)研究接下來的工作，還需要收集更大的可用資料集，并將機(jī)組人員和乘客也考量進(jìn)去優(yōu)化系統(tǒng)中，來改善乘客和機(jī)組人員的航班時(shí)刻表?，F(xiàn)在Google提供開源軟件OR-Tools，使其他用戶也能夠以網(wǎng)絡(luò)流來構(gòu)建類似的解決方案。