1.1 Giới thiệu

Cấu trúc mạng đường bay của hãng hàng không thể hiện cách hãng phục vụ các cặp thành phố khác nhau và cũng như cách các chuyến bay được lên lịch góp phần tạo ra các hành trình thu hút khách hàng.

Có ba kiểu mạng đường bay chính thường được sử dụng:

- Mạng Trục- nan hoa

- Mạng điểm nối điểm

- Mạng kết hợp

Một thành phố trong mạng đường bay của hãng hàng không có thể là một thành phố vệ tinh, một trung tâm trung chuyển hoặc một thành phố trọng điểm. Một thành phố vệ tinh được hãng hàng không cung ứng số lượng nhỏ các chuyến bay hàng ngày. Nó có thể lớn hoặc nhỏ về dân số và qui mô kinh tế và có thể được phục vụ thông qua một sân bay cỡ lớn hoặc nhỏ.

Trung tâm trung chuyển của một hãng hàng không thường là một thành phố lớn, nơi cung ứng một số lượng lớn các chuyến bay của hãng hàng không. Nó có một sân bay lớn để hỗ trợ hoạt động của một số lượng lớn các chuyến bay. Sân bay lớn này được hãng hàng không chọn làm căn cứ để cung cấp dịch vụ cho các đường bay khác nhau. Thuật ngữ nan hoa (spoke) đôi khi được sử dụng để chỉ tuyến đường kết nối trung tâm với thành phố vệ tinh. Đối với các quốc gia có diện tích lớn, một hãng hàng không có thể chọn nhiều thành phố làm trung tâm để tạo thành một hãng hàng không có nhiều điểm trung chuyển. Các chuyến bay cũng được lên lịch kết nối các cặp trung chuyển với nhau. Điểm trung chuyển của một hãng hàng không này có thể là điểm trung chuyển của một hãng hàng không cạnh tranh khác và ngược lại. Logic chính đằng sau cấu trúc mạng trục- nan hoa là hãng hàng không có thể phục vụ hành khách bằng các chuyến bay thẳng giữa trục và mọi thành phố vệ tinh. Ngoài ra, nó có thể phục vụ giữa hai thành phố vệ tinh bất kỳ với một lần trung chuyển bằng cách kết nối hành khách tại điểm trung chuyển. Do đó, hành khách trên các chuyến bay là bao gồm kah1ch cục bộ (local) và ka1hch nối chuyến (conneting). Lưu lượng cục bộ đại diện cho hành khách đi từ / đến điểm trung chuyển, trong khi lưu lượng nối chuyến đại diện cho hành khách sử dụng sân bay trung chuyển để nối chuyến đến điểm đích. Tỷ lệ giữa lưu lượng cục bộ và nối chuyến trên mỗi chuyến bay có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào vị trí sân bay trung tâm, nhu cầu thị trường, lịch bay, giá vé, mức độ cạnh tranh và tình trạng còn chỗ.

Lấy ví dụ về mạng trung tâm và mạng chấu với một trung tâm, hãy xem xét mạng lưới hàng không giả định tại thị trường nội địa Hoa Kỳ như trong Hình 1.1

Hãng hàng không này có một trung tâm tại Sân bay Quốc tế Hartsfield – Jackson Atlanta (ATL). Hãng cung cấp dịch vụ bay thẳng từ ATL đến 10 điểm đến bao gồm Sân bay Quốc tế O'Hare (ORD), Sân bay Quốc tế Boston Logan (BOS), Sân bay Quốc tế Denver (DEN), Sân bay Detroit Metropolitan (DTW), Sân bay Quốc tế Philadelphia (PHL), Sân bay Quốc tế Jacksonville (JAX), Sân bay Quốc tế Orlando (MCO), Sân bay Quốc tế Fort Lauderdale – Hollywood (FLL), Sân bay Quốc tế Tampa (TPA) và Sân bay Quốc tế Miami (MIA). Hãng vận chuyển cục bộ các thành phố từ / đến ATL và phục vụ nhu cầu giữa hai thành phố vệ tinh thông qua sân bay trung chuyển ATL của mình.

Trong mạng đường bay điểm nối điểm, hãng hàng không kết nối các thành phố bằng các chuyến bay thẳng. Do đó, các hãng hàng không này tập trung chủ yếu vào việc thực hiện các chuyến bay thẳng cục bộ (tức là không nối chuyến), đi lại giữa điểm xuất phát và điểm đến của chuyến bay. Lên lịch bay giữa hai thành phố bất kỳ sẽ chỉ khả thi nếu có đủ nhu cầu cục bộ để đáp ứng các chuyến bay thẳng (Alderighi et al. 2005, 2007; Marti et al. 2015). Hình 1.2 đưa ra một ví dụ về một hãng hàng không giả định với cấu trúc mạng điểm - điểm.

Cuối cùng, cấu trúc mạng hỗn hợp bao gồm một số đặc điểm của mạng trục- nan hoa và mạng điểm - điểm. Các hãng hàng không áp dụng cấu trúc mạng này có thể chọn một số thành phố để làm trung chuyển, nơi hành khách có thể kết nối thông qua chúng. Họ cũng có thể lên lịch dịch vụ bay thẳng giữa các thành phố bằng các chuyến bay thẳng. Theo cấu trúc như vậy, có một số chuyến bay cục bộ và cũng có một số chuyến bay kết hợp cục bộ và nối chuyến.

1.2 Bờ thời gian (Time Bank)

Bờ thời gian là một tính năng cốt lõi của cấu trúc mạng hub-spoke hàng không (Dobson và Lederer 1993; Abdelghany và Abdelghany 2012). Nó được sử dụng để căn chỉnh các chuyến bay theo lịch tại một sân bay trung chuyển để tối đa hóa lưu lượng kết nối. Quá trình thiết kế bờ thời gian tại một trung tâm bắt đầu bằng cách nghiên cứu mô hình nhu cầu các cặp thành phố được kết nối qua trung tâm đó. Ví dụ, hãy xem xét mạng hub ‐ spoke giả định được đưa ra trong Hình 1.3.

Giả sử rằng có nhu cầu đáng kể từ MIA đến ORD, hãng hàng không có thể lên lịch cho chuyến bay của mình từ MIA đến ATL để đến trước khi chuyến bay khởi hành từ ATL đến ORD. Khoảng thời gian từ khi chuyến bay MIA ‐ ATL đến và chuyến bay ATL ‐ ORD khởi hành phải đủ để hành khách nối chuyến giữa hai chuyến bay. Các hãng hàng không lập kế hoạch lịch trình chuyến bay sao cho khoảng thời gian từ khi chuyến bay MIA ‐ ATL đến và chuyến bay ATL ‐ ORD khởi hành được hành khách chấp nhận. Nó không nên quá ngắn để có đủ thời gian cho hành khách nối chuyến giữa hai chuyến bay. Ngoài ra, không nên quá lâu, vì hành khách không thích đợi lâu để nối chuyến.

Ví dụ: trong trường hợp có nhu cầu đáng kể từ JAX, MCO và TPA tới ORD, các chuyến bay đến JAX ‐ ATL, MCO ‐ ATL và TPA ‐ ATL có thể được lên lịch theo cách tương tự. Các chuyến bay này cho phép hành khách kết nối với chuyến bay ATL ‐ ORD với thời gian kết nối thuận tiện tại ATL.

Hình 1.5 cho thấy lịch trình đề xuất trong số năm chuyến bay đến ATL từ JAX, MCO, MIA, TPA và FLL. Hành khách từ các chuyến bay đến này có thể nối chuyến với chuyến bay ATL-ORD. Vì năm chuyến bay đến ATL đến cùng một thời điểm, cần có đủ nguồn lực để xử lý đồng thời năm chuyến bay này. Hơn nữa, nếu có nhu cầu đáng kể từ MIA đến DTW, một chuyến bay đi ATL ‐ DTW có thể được lên lịch để cho phép kết nối từ MIA đến DTW thông qua ATL. Chuyến bay ATL ‐ DTW sẽ được lên lịch để kết nối thuận tiện cho hành khách nối chuyến từ MIA đến ATL sang chuyến bay đi ATL ‐ ORD. Theo đó, chuyến bay ATL ‐ DTW được lên lịch gần với chuyến bay đi ATL ‐ ORD, như trong Hình

Trong ví dụ này, việc thêm chuyến bay ATL ‐ DTW nhằm phục vụ năm cặp thành phố, đó là MIA ‐ DTW, TPA ‐ DTW, JAX ‐ DTW, MCO ‐ DTW và FLL ‐ DTW, ngoài thị trường cục bộ ATL ‐ DTW.

Các chuyến bay đi khác có thể được bổ sung một cách nhanh chóng tại điểm trung chuyển để tối đa hóa kết nối của hành khách từ các chuyến bay đến.

Ví dụ, trong Hình 2.7, ba chuyến bay từ ATL đi là ATL ‐ BOS, ATL ‐ DEN và ATL ‐ PHL được bổ sung, gần với thời gian khởi hành của các chuyến bay ATL ‐ ORD và ATL ‐ DTW. Hình 2.7 cho thấy một ví dụ đơn giản về bờ thời gian tại ATL, bao gồm năm chuyến bay đến và năm chuyến bay đi. Nó bao gồm 10 hành trình bay thẳng và 25 hành trình nối chuyến phục vụ tổng cộng 35 cặp thành phố. 35 cặp thành phố ‐ này được đưa ra trong Bảng 2.1

1.3 Lợi thế của đường bay trục nan hoa

Độ bao phủ mạng đường bay tốt hơn

Một ưu điểm chính của việc kết hợp bờ thời gian trong cấu trúc mạng trục nan hoa là phạm vi bao phủ của nhiều cặp thành phố nhưng sử dụng số lượng chuyến bay tối thiểu (Burghouwt 2007; Derudder et al. 2007). Theo hình 2.7, với cấu trúc điểm nối điểm, hãng phải cung cấp 25 chuyến bay phục vụ 25 cặp thành phố giống nhau, điều này đòi hỏi nguồn lực khai thác đáng kể.

• Đa dạng lựa chọn cho hành khách

Các hãng hàng không bay theo mô hình trục nan hoa nói chung thường có nhiều khả năng duy trì sự cạnh tranh hơn do nhu cầu của các chuyến bay của họ đa dạng hơn. Mặt khác, các hãng hàng không điểm nối điểm cần tìm cách làm cho các chuyến bay của họ ít bị ảnh hưởng bởi đối thủ cạnh tranh. Họ thường cung cấp giá vé rẻ (ví dụ: các hãng hàng không chi phí thấp) để gây khó khăn cho các hãng hàng không khác khi cạnh tranh để tham gia thị trường.

• Lợi thế về năng lực chi phối tại điểm trung chuyển

Khả năng chi phối này mang lại lợi thế cạnh tranh cho hãng hàng không trên các cặp thành phố được phục vụ qua trung tâm (Toh và Higgins 1985; Borenstein 1989; Brueckner et al. 1992; Lee và Luengo ‐ Prado 2005). Tại trung tâm, hãng hàng không sẽ linh hoạt hơn để ứng phó với cạnh tranh bằng cách thay đổi công suất, thêm / bớt tần suất chuyến bay và điều chỉnh giá. Khả năng chi phối và linh hoạt trong việc điều chỉnh lịch bay khiến các hãng hàng không khác khó cạnh tranh tại thành phố trung tâm.

• Lợi thế kinh tế theo qui mô tại thành phố trung tâm.

Thuật ngữ kinh tế theo quy mô đề cập đến khả năng giảm chi phí sản xuất trên một đơn vị khi khối lượng sản xuất tăng lên. Người ta có thể coi hãng hàng không như một xưởng sản xuất chuyến bay. Do đó, do các hãng hàng không đang sản xuất nhiều chuyến bay hơn tại trung tâm nên chi phí khai thác chuyến bay trung bình dự kiến ​​sẽ giảm. Các nguồn lực cần thiết để vận hành chuyến bay bao gồm máy bay, phi công, tiếp viên, nhân viên dịch vụ khách hàng, nhân viên ở cổng, nhân viên xử lý hành lý và hàng hóa, nhân viên mặt đất, phục vụ ăn uống, vệ sinh máy bay, thợ máy và nhiên liệu. Các nguồn lực này có thể được lên lịch và cũng có thể được chuyển đổi giữa các công việc khi cần thiết để tạo ra kế hoạch hoạt động hiệu quả với chi phí tối thiểu. Khi một hãng hàng không có số lượng chuyến bay nhỏ tại bất kỳ nhà ga nào, các tài nguyên này có thể không được sử dụng hết. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, hãng hàng không phụ thuộc vào một công ty bên thứ ba để hỗ trợ các chức năng vận hành khác nhau, điều này làm tăng chi phí vận hành tổng thể của hãng (Caves et al. 1984; Horner và O’Kelly 2001).

1.4 Hạn chế của Mạng trục nan hoa

1.4.1 Tắc nghẽn tại trung tâm

Lên lịch cho nhiều chuyến bay đến và khởi hành từ sân bay trong một khoảng thời gian ngắn thường dẫn đến tắc nghẽn tại sân bay (Slack 1999; Elhedhli và Hu 2005; Daniel và Harback 2008). Sự tắc nghẽn này là tác động đến tất cả các cấp độ khai thác bao gồm dịch vụ nhà ga, phục vụ mặt đất và khai thác bay. Ví dụ: tại nhà ga, số lượng lớn hành khách làm thủ tục và nối chuyến đồng thời cần sự tập trung của dịch vụ khách hàng. Những hành khách này có liên quan đến số lượng lớn hành lý phải được xử lý. Ngoài ra, các hoạt động mặt đất hiệu quả là cần thiết để xử lý các máy bay đến đồng thời và chuẩn bị cho các máy bay này khởi hành trong khoảng thời gian ngắn. Một số dịch vụ mặt đất được thực hiện đồng thời bao gồm hỗ trợ đỗ máy bay, dọn dẹp, tiếp nhiên liệu, xếp dỡ hàng hóa / hành lý và phục vụ suất ăn. Hơn nữa, các tuyến đường taxi bận rộn, đường băng và vùng trời tắc nghẽn xung quanh sân bay.

Sự tắc nghẽn này tại trung tâm thường được tính đến trong kế hoạch thời gian bay bằng cách tăng thời gian cần thiết để taxi vào và taxi ra tại trung tâm. Ngoài ra, thời gian bay trên không của máy bay được kéo dài để giải quyết cho các trường hợp chậm trễ trên không phận xung quanh trung tâm. Việc tính toán kéo dài thời gian taxi vào, taxi ra và thời gian bay tại trung tâm thường dẫn đến công suất máy bay kém. Mỗi chuyến bay trong lịch hãng hàng không phải đến sân bay trung chuyển hoặc từ đó rời đi. Do đó bị áp lực sẽ bị tắc nghẽn, dẫn đến việc sử dụng kém tài nguyên. Các hãng hàng không điểm nối điểm thường tránh bay đến các trung tâm đông đúc. Khi bay đến các thành phố lớn, hãng thường nhắm đến các sân bay thứ cấp ít tắc nghẽn hơn thay vì các sân bay bận rộn chính.

1.4.2 Lịch bay dễ bị gãy đổ do gián đoạn tại trung tâm

Điều kiện thời tiết bất lợi tại trung tâm thường gây ra gián đoạn đáng kể cho lịch trình của các hãng hàng không trục nan hoa (Abdelghany et al. 2004b). Khi trung tâm phải chịu các điều kiện thời tiết bất lợi, cơ quan hàng không thường ban hành các chương trình kiểm soát chuyến bay đến (ví dụ: chương trình trì hoãn mặt đất). Các chương trình kiểm soát này thường gây ra sự chậm trễ và hủy bỏ cho các chuyến bay đến. Vì các chuyến bay đi phụ thuộc vào nguồn lực của các chuyến bay đến nên các chuyến bay đi cũng bị gián đoạn. Do đó ảnh hưởng trực tiếp đến hầu hết các nối chuyến. Tác động của sự gián đoạn này lan truyền đến các điểm đến khác gây ra hiệu ứng quả cầu tuyết.

1.4.3 Thời gian nằm đất của các nguồn lực bị kéo dài

Hãy xem xét các chuyến bay đến và đi tại sân bay ATL được trình bày trong Hình 2.15a.

Giả sử rằng máy bay của chuyến bay từ MCO đến ATL được lên lịch để khai thác cho chuyến bay đi ATL ‐ ORD. Khi đến ATL, nó dành thời gian mặt đất tối thiểu để quay đầu máy bay bao gồm xếp dỡ hành khách và hành lý, vệ sinh máy bay, tiếp nhiên liệu, phục vụ ăn uống, xếp dỡ hàng hóa, phi hành đoàn chuẩn bị và kiểm tra an toàn máy bay. Tuy nhiên, xem xét thời gian đến dự kiến ​​của chuyến bay từ MIA đến ATL, thì hành trình kết nối MIA và ORD không còn khả thi nữa. Do đó, nhu cầu giữa MIA và ORD chuyển sang các hãng hàng không khác, dẫn đến khả năng mất doanh thu. Để khắc phục sự cố này, hãng hàng không có thể quyết định điều chỉnh lịch trình của chuyến bay ATL ‐ ORD bằng cách đẩy giờ khởi hành muộn hơn trong ngày. Thay đổi này tạo ra một hành trình kết nối giữa MIA và ORD bằng một điểm dừng tại ATL, như trong Hình 2.15b. Tuy nhiên, kết quả lịch trình này gây thời gian nằm đất không cần thiết đối với máy bay dự kiến ​​khai thác các chuyến bay MCO- ATL và ATL ‐ ORD. Mặc dù hãng hàng không có thể có thêm doanh thu bằng cách thu được lưu lượng kết nối giữa MIA và ORD, nhưng thời gian máy bay nằm đất kéo dài ​​sẽ làm tăng chi phí khai thác tổng thể. Do đó, hãng hàng không nên xác định lịch trình bay tối ưu có cân nhắc đến sự cân bằng giữa doanh thu tăng thêm từ việc kết nối các hành trình và tổn thất do thời các guồn lực phải nằm đất kéo dài (ví dụ: máy bay) (Wu và Caves 2000).