第1章 干扰管理概述
1.1 干扰管理基本概念
干扰管理是客观世界存在的不确定性使人们经常处于变化莫测的环境中，各种随机事件对人机系统产生不同程度的影响和干扰，使事先制订好的计划可能变得不可行，使系统变得不正常。干扰事件发生后，需要及时处理干扰事件对系统的影响，以尽量小的扰动尽快恢复系统的正常运行，这就是干扰管理致力研究解决的问题。
干扰管理需要针对各种实际问题和干扰事件的性质建立相应的优化模型和有效的求解算法，快速、及时地给出处理干扰事件的*优调整计划。该调整计划不是针对干扰事件发生后的状态完全彻底地重新进行建模和优化，而是以此状态为基础快速生成对系统扰动*小的调整方案，虽然也考虑节省费用，但往往不是费用*省的方案。
1.2 干扰管理基本理论
干扰管理的模型包含网络图模型、数学模型两大类。
网络图模型是一种描述网络各组成要素之间关系的模型。网络图模型可以通过点、线（有向或无向）很直观地将各要素间的关系形象地表示出来，可以增强问题的可识别性。其中比较经典的是时空网络模型，可以用来表示模型随着时间变化的动态过程，清晰地反映出执行过程前后模型的变化。该模型通过点、线的优化也可以降低问题的求解难度，在航班干扰领域应用广泛。
数学模型可以针对不同的条件建立满足需要的模型。其包含一般形式的目标规划模型和*短路模型。一般形式的目标规划模型通过设置多个衡量标准，可以通过设置一个期望来找出与目标差距*小的解。*短路模型是对路径的合理选取使得这条路径上权重的*后结果符合题目的要求，在《图论》里，*经典的就是Dijkstra算法。数学模型的优点是参数容纳性高、可以灵活地更改拟定的目标，甚至允许改变原始的约束来求得部分解决方案，通过不同约束的*优解比较，选择我们*想要的那个解决方案（Yu and Qi，2004）。但是，其缺点是求解复杂。
1.3 干扰管理发展历程
关于干扰的研究早在20世纪70~80年代就已经开始了，但是直到20世纪90年代，干扰管理这一概念才被正式提出。Gang Yu在干扰管理的研究与应用上是一位集大成者，对干扰管理思想的形成做出了巨大的贡献，他首先将干扰管理应用在航空领域。1993年美国的一场暴风雪使得美国东南部积雪严重，Newark 机场被迫关停两天，由于没有采取有效的应对干扰的措施，Continental航空公司损失惨重。Gang Yu之后专门为Continental航空公司制作了一款应对干扰的软件系统，很好地应对了之后的干扰事件，节省了大量成本。
之后，干扰管理在航空业的成功运用也促进了干扰管理思想在其他领域的应用，如物流配送、供应链管理、机器调度等。干扰管理思想逐渐形成。目前较为认可的干扰管理的定义是Gang Yu提出来的制订*优或次优计划、识别干扰事件、形成有效的使系统扰动*小的干扰管理新方案的三层意思的理解。而且，目前开始严格区分干扰管理和应急管理。
虽然干扰管理在学术界没有明确的定义，但是随着干扰管理思想的形成发展及应用领域的逐渐扩展，干扰管理的理论方法逐渐成熟（胡祥培等，2007）。
1.4 干扰管理应用领域
干扰管理目前已经在很多领域得到应用， 主要包括航空客运、物流配送、供应链管理、流水作业及项目管理、离散生产问题等（胡祥培等，2007）。
航空客运的干扰管理从20世纪80年代中期开始，主要从飞机路径恢复、机组路径恢复、飞机机组一体化恢复三个方面对飞机和机组等资源的恢复进行研究，逐渐取得了丰硕的研究成果。之后，21世纪初期开始有文献考虑旅客行程恢复的航班干扰管理研究，但是单独针对旅客行程恢复的研究较少，*优化理论方法的成熟及计算机技术的快速发展促使包括旅客在内的多种资源一体化恢复研究逐渐成为热点。研究内容主要分为两类：飞机旅客一体化恢复，以及飞机、机组和旅客三种资源的一体化恢复。
物流配送目前有即时配送、车辆调度等方面的应用。即时配送主要运用干扰管理的思想，在配送过程中对路径选择、时间控制有了较全面的思考。物流配送在交通运输业多考虑交通拥堵、车辆抛锚、车辆延迟、事件驱动、客户增加新需求等，通过规划新路径、调配车辆等将延迟费用、服务延迟时间降到*低，以期在客户容忍度内使成本*小化和服务客户数量*大化。
供应链管理与干扰管理相结合的研究包括需求干扰下供应计划影响成本*小化问题，以及供应链风险管理中*优订货点、*优订货量问题。
流水作业方面主要有相关的机器调度问题。机器发生故障或定期维修等扰动事件导致机器在某段时间内不能加工工件，会造成工作计划不能完成。有学者将扰动费用加入新计划的目标范围内，建立与原计划扰动费用偏差*小的模型，有先干扰管理和后干扰管理之分。在流水作业上也包含工件加工一半是否转移到其他机器继续完成，还是继续等待机器恢复正常的两种选择，这跟航班受干扰后是改签还是等待有相似之处，只不过流水作业是从工厂的角度来看问题，而不是从被加工、被服务的工件角度。
在项目管理领域，有资源限制、时间限制的问题，也有工作人员自身时间不同带来的干扰问题。研究学者根据这些问题研究了有优先权的项目调度模型、有限资源限制的干扰管理整数规划模型，将工作效率提高、干扰恢复成本降低。
离散生产问题是指在N个离散时间周期下，在允许库存积压时通过生产成本函数与库存成本函数来求得某一时间段的总成本*小化，是运筹学里面经典的动态规划问题，同时也可以看作网络流模型（Gang and Qi，2004）。
1.5 本 章 小 结
本章首先介绍干扰管理的基本概念及基本理论。基本理论是以目前应用较多模型的角度介绍的与模型方法相关的理论。其次，本章从思想的形成、应用及应用的扩展来介绍干扰管理的发展历程。借鉴Yu和Qi（2004）等的经典专著与现有的相关研究总结出当前干扰管理的应用领域，并且简单对航空客运、物流配送、供应链管理、流水作业、项目管理、离散生产问题六个应用领域的研究做了简单归纳总结。
第2章 民航干扰管理概述
2.1 民航干扰管理基本概念
尽管干扰管理目前不只适用于航空业，但我们必须承认，干扰管理的定义始于民航。据Yu和Qi（2004），民航干扰管理是指干扰管理在民航公司生产运营中的应用。民航干扰管理通常由航空公司运行控制中心（airline operation control centre，AOCC）实施。发生干扰时，航空公司需要先评估干扰程度，然后修改其飞行计划（flight plan，FPL）和相关资源的时间表。
在Yu和Qi（2004）中，民航干扰管理的恢复资源主要包括飞机和机组人员。Clausen等（2010）表明，自Lettovsky（1997）、Bratu和Barnhart（2006）以来，旅客的行程也已包括在恢复资源中。因此，航空公司的中断管理目前涉及恢复飞机、机组和旅客的行程。
2.2 民航干扰管理主要模型
在民航干扰管理应用中，大部分数学模型与航班计划问题的模型类似，都是基于网络的思想描述在飞机执行或者机组行程中的航班串。主要的网络形式有三种，即连接网络、时空网络及时段网络，为了形象地说明这三种网络，我们在表2-1中给出两条飞机路径的样本（胡玉真，2014）。
表2-1 航班计划的样本数据
连接网络是以节点代表航班的网络表达形式，一个航班具有出港机场、进港机场、出港时间、进港时间等属性。本章中连接网络记为CN=(V， A)，其中V=V1∪V2∪V3，A=A1∪A2∪A3，几种集合的含义如下所示。
s∈V1：起始机场，表示恢复时间窗开始前，可能会有飞机停在机场s。
i∈V2：航班点，表示航班i。
t∈V3：终点机场，表示恢复时间窗结束后，可能会有飞机停在机场t。
(s， i)∈A1：首班弧，表示在恢复时间窗开始时，可能有飞机从机场s起飞执行首个航班i；其中s∈V1， i∈V2。
(i， j)∈A2：航班连接弧，表示在飞机执行完航班i后，经过*小过站时间，可能会执行航班j；其中i， j∈V2。
(i， t)∈A3：末班弧，表示在恢复时间窗结束时，可能有飞机执行完航班i后，停在机场t；其中i∈V2， t∈V3。
图2-1是由表2-1中的数据得到的连接网络，网络中的每一条路径代表一条可能的飞机路径。但是这个网络的缺陷是，没有表示航班的延误状况，航班之间的连接是基于航班的计划出港时间和计划进港时间的。而且，如果航班的数量很大，则网络中路径的个数会呈指数级增加。如果想要表示航班的延误情况，就需要把每条路径都分开来考虑，某个弧所处的路径不同，则表示的航班的延误时间也不同。
图2-1 连接网络的示例（飞机1所代表的路径PEK-11-12-13-NGB）
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