To minimize the weather delay cost, many researchers developed the cost optimization models based on deterministic and stochastic constraint scenarios. Unlike the previous methodologies, Yoon (2010) and Yoon et al. (2012) proposed a geometric model based on the stochastic weather information, it is termed as Geometric Recourse Model (GRM). In the GRM, the optimal solution minimizing the expected total flight cost is considered as a linear flight path under the weather uncertainty. However, since the operational trajectory is formed by the curvilinear path in reality, it is obvious that the ideal method for minimizing the weather risk is to consider the route choice as the curvilinear flight path rather than the linear route from the perspective of practical applications. But it is not tractable to model the curvilinear route choice since the incredibly complex settings are needed to be considered. Instead, this research, as the cornerstone of the curvilinear optimization model, is to take into consideration a piecewise linear route in order to enhance the operational feasibility under the weather uncertainty based on the GRM.
This research studies a variation of the Geometric Recourse Model (GRM) with curvilinear route option, where curved path is approximated with piecewise routes. The modified GRM by considering route change before an aircraft reaches weather region is proposed, it is termed as Piecewise-Geometric Recourse Model (P-GRM). In the P-GRM, a turning point that represents a decision point to reroute towards the storm tip to mitigate risks in the presence of storm is introduced.
As the result of the study, the P-GRM shows that the problem for an unplanned rerouting under the persistence scenario is reduced, particularly when the turning point is far away from the origin. It suggests that there is a plausible possibility to further improve the GRM in terms of the persistence risk.
날씨의 영향으로 인해 발생 하는 항공기 지연을 최소화 하기 위해, 많은 연구자들이 결정론적 및 확률론적 제약 조건을 기반으로 비용 최소화 모델을 제안했다. 유사한 맥락으로, 윤(2010)과 윤 외 2명(2012)은 확률론적 날씨 정보를 기반으로 기하학적 리코스 모델을 제안했다. 기하학적 리코스 모델은 날씨 불확실성하의 총 운항 기대 비용을 최소화 하는 최적의 경로를 직선 경로로 고려한다. 하지만 실질적인 운항 환경을 고려해 보았을 때, 날씨에 대한 리스크를 경감하기 위한 이상적인 운영 방법은 직선 경로가 아닌 곡선 경로이다. 그러나, 항공기의 곡선 경로 모델링은 모델의 복잡도를 높이고, 해당 모델을 구현 하는 것은 현실적으로 많은 어려움이 따른다.
본 연구에서는 곡선 경로를 고려한 기하학적 리코스 모델의 변형된 모델을 구현하고자, 곡선 경로를 두 개의 직선 경로로 근사 하는 변형된 기하학적 리코스 모델을 개발했고, 이를 구분적 선형 기하학적 리코스 모델이라 명명했다. 구분적 선형 기하학적 리코스 모델은 날씨가 지속될 가능성에 대비 하기 위해, 구분적 선형 경로 선택을 취할 수 있도록 터닝 포인트를 도입했다.
연구 결과, 구분적 선형 기하학적 리코스 모델은 날씨가 지속될 가능성에 의해 계획되지 않은 경로 변경을 발생하여 운항비용 증가시키는 부정적 영향을 경감할 수 있는 가능성을 보여주었다. 특히, 터닝 포인트가 출발지에서 멀어질수록 그 효과가 커지는 것을 발견할 수 있었다. 이에 따라, 날씨가 지속될 리스크 측면에서 고려해 봤을 때, 기존의 기하학적 리코스 모델을 개선할 수 있는 여지가 충분히 있는 것으로 판단할 수 있었다.
본 연구를 통하여 제안된 구분적 선형 기하학적 리코스 모델은 곡선 경로 최적화 모델 구현의 선행 연구로써, 추가적인 관련 연구들을 통해서 발전될 필요성을 확인했다. 구분적 선형 기하학적 리코스 모델을 더욱 발전시킨다면, 향후 운용될 차세대 운항관리 시스템에 유용하게 사용되어, 날씨의 영향으로 인해 발생 하는 항공기 지연을 크게 경감할 수 있을 것이다.
