An integrated solution for the optimization of the departures, surface and arrivals management at Milano Linate airport

In recent decades the global air traffic has reached considerable levels and performance so that, nowadays, thousands of flights and millions of passengers are handled every day, safely and efficiently. It is expected, however, that their numbers will grow in the near future even twice, so preventive actions must be taken today to ensure a sustainable development of aviation. Focusing on airports, departing and arriving aeroplanes have to be scheduled and routed through the taxiways and at the runways in a smooth and safe traffic flow, a complex task that normally is obtained seeking to achieve the best result in each single problem. One of the most interesting challenge is to consider the Departure, Surface and Arrival Management Problems as a unique integrated problem, considering the specific tasks of the stakeholders that operate around the aircraft (Airport Operator, Ground Handlers, Air Traffic Controllers, Aircraft Operators) and trying to improve the global efficiency of the airport system. Taking inspiration from the Single European Sky ATM Research (SESAR) Solutions, then, in this thesis are presented the design and the validation of an optimization algorithm having the purpose of implementing an integrated Departure - Surface - Arrival Manager at Linate airport (Milan, Italy). With specific tools of the Operational Research, the integrated problem DMANSMAN- AMAN has been heuristically decomposed in three linked sub-problems in order to have real-time computations and adhere as much as possible to the operative procedures and constraints, and to the objectives of the airport stakeholders. Obtained results show that the algorithm can significantly contribute to the reduction of delay, of taxi time and of fuel consumption of the aircraft operating at Linate, contributing to reach a more sustainable and performing aviation.

Negli ultimi decenni il traffico aereo mondiale ha raggiunto livelli e prestazioni considerevoli tanto che, al giorno d’oggi, migliaia di voli e milioni di passeggeri sono gestiti, ogni giorno, in maniera sicura ed efficiente. Si prevede, però, che nel prossimo futuro il loro numero aumenti anche del doppio, pertanto delle azioni preventive devono essere prese già oggi al fine di garantire uno sviluppo sostenibile dell’aviazione. Guardando nello specifico agli aeroporti, gli aerei in partenza ed arrivo devono essere schedulati ed instradati lungo le vie di rullaggio e sulle piste in un flusso di traffico scorrevole e sicuro, un compito complesso che normalmente è ottenuto cercando di raggiungere il miglior risultato possibile per ogni singolo problema. Una delle sfide più interessanti è considerare la gestione delle partenze, degli arrivi e della movimentazione al suolo in un unico problema integrato, considerando i compiti specifici di tutti i soggetti interessati nella gestione del velivolo (gestore aeroportuale, aziende di assistenza a terra, controllori del traffico aereo e compagnie aeree) e cercando di migliorare l’efficienza globale del sistema aeroportuale. Traendo ispirazione dagli studi di SESAR, quindi, in questa tesi vengono presentati il progetto e la validazione di un algoritmo avente lo scopo di ottimizzare la gestione integrata delle partenze, degli arrivi e della movimentazione di superficie dei velivoli all’aeroporto di Milano Linate (Italia). Utilizzando gli strumenti della Ricerca Operativa, il problema è suddiviso euristicamente in tre sotto-problemi interconnessi tra loro, in modo da ottenere i risultati in tempo reale e rispettare il più possibile le procedure aeroportuali, oltre che soddisfare gli obiettivi delle parti interessate. I risultati ottenuti dimostrano che l’algoritmo può contribuire in modo significativo a ridurre il ritardo, il tempo di rullaggio ed il consumo di combustibile dei velivoli operanti a Linate, contribuendo a raggiungere un’aviazione più sostenibile e performante.