System of systems approach to air transportation design

Aircraft sizing, route network design, demand estimation and allocation of aircraft to routes are different facets of the air transportation optimization problem that can be viewed as individual ‘systems', since they can be conducted independently. There is a large body of literature that investigates each of these as a stand-alone problem. In this regard, the air transportation design optimization problem can be viewed as an optimal system-of-systems (SoS) design problem. The resulting mixed variable programming problem may not be solvable using an all-in-one (AiO) approach because its size and complexity grow rapidly with increasing number of network nodes. A decomposition-based nested formulation and the Mesh Adaptive Direct Search (MADS) optimization algorithm are presented to solve the optimal SoS design problem. The two-stage expansion of a regional Canadian airline's network to enable national operations is considered as a demonstrating example.La taille des avions, les réseaux d'itinéraire, l'estimation de la demande et l'affectation des avions aux itinéraires sont différentes facettes d'un problème d'optimisation de transport aérien, pouvant être considérés comme des systèmes individuels puisqu'ils peuvent être résolus indépendamment. Un nombre important de travaux étudie chacune de ces facettes comme un problème isolé. Dans cette optique, le problème présenté peut être vu comme l'optimisation d'un système de systèmes. Le problème couplé en résultant n'est pas solvable en utilisant une approche tout-en-un, car sa taille et sa complexité augmente rapidement avec le nombre de noeuds du réseau. Une formulation par décomposition, et l'optimisation par un algorithme de recherche directe par maillage adaptatif (Mesh Adaptive Direct Search, MADS) sont présentées pour le résoudre. L'expansion en deux étapes d'un réseau aérien régional canadien vers un réseau national est considérée à titre d'exemple