A decomposition matheuristic for aircraft landing optimization at busy airports

During the COVID-19 pandemic, the aviation industry experienced significant disruptions and changes, with a drastic reduction in passenger flights. However, with the gradual easing of restrictions and a return to some level of normalcy, a progressive increase in flights and congestion at airports, especially during landing phases, is expected. The SESAR project, promoted by the European Union, aims to develop and implement innovative solutions to optimize air traffic, including landing management. By adopting new technologies and optimizing operational processes, the goal is to improve the efficiency and safety of the air traffic management system. Operations Research, as a scientific discipline dealing with the optimization of complex decision-making processes, provides a range of tools and methodologies that can be used to address challenges related to landings in the context of air traffic. The utilization of mathematical models, simulations, and optimization algorithms can help identify effective strategies and policies for landing management, considering factors such as airport capacity, flight planning, and resource management. This thesis aims to analyze the SESAR projects and the implementation of Operations Research in order to provide an overview of the major developments in the field of air traffic, with a particular focus on landings. Specifically, the objective is to implement a new algorithm based on the principles of Operations Research that can optimize arrivals at heavily congested airports, minimizing the accumulated delays for each aircraft in the shortest possible time. The obtained results can also provide support to all stakeholders involved in airport management, particularly air traffic controllers, to ensure an efficient, safe, and sustainable air traffic management system.

Durante la pandemia COVID-19, il settore del traffico aereo ha subito interruzioni e cambiamenti significativi, con una drastica diminuzione dei voli passeggeri. Tuttavia, con l’allentamento graduale delle restrizioni e il ritorno a una certa normalità, ci si aspetta un aumento progressivo dei voli e un incremento della congestione negli aeroporti, soprattutto durante le fasi di atterraggio. Il progetto SESAR, promosso dall’Unione Europea, si propone di sviluppare e implementare soluzioni innovative per ottimizzare il traffico aereo, compresa la gestione degli atterraggi. Attraverso l’adozione di nuove tecnologie e l’ottimizzazione dei processi operativi, l’obiettivo è migliorare l’efficienza e la sicurezza del sistema di gestione del traffico aereo. La Ricerca Operativa, come disciplina scientifica che si occupa dell’ottimizzazione dei processi decisionali complessi, fornisce una serie di strumenti e metodologie che possono essere utilizzati per affrontare le sfide connesse agli atterraggi nel contesto del traffico aereo. Questa tesi si propone di analizzare i progetti SESAR e l’implementazione della Ricerca Operativa al fine di fornire una panoramica dei principali sviluppi nel campo del traffico aereo, con un’attenzione particolare agli atterraggi. In particolare quello che si vuole ottenere è l’implementazione di un nuovo algoritmo, basato sui principi della Ricerca Operativa, che sia in grado di ottimizzare gli arrivi in aeroporti molto trafficati, minimizzando la quantità di ritardi accumulati per ogni aereo nel minor tempo possibile. Con i risultati ottenuti inoltre è possibile fornire supporto a tutti i soggetti interessati nella gestione aeroportuale, in particolare ai controllori del traffico aereo, al fine di garantire un sistema di gestione del traffico aereo efficiente, sicuro e sostenibile.