航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性研究.pdf

1、基于民航業(yè)快速發(fā)展，空中交通導(dǎo)航監(jiān)視新技術(shù)以及大數(shù)據(jù)理論發(fā)展的基礎(chǔ)上，研究了航空交通運(yùn)輸系統(tǒng)的復(fù)雜性。本文全面綜述了國(guó)內(nèi)外航空交通系統(tǒng)領(lǐng)域的有關(guān)復(fù)雜性的研究，較詳細(xì)闡述了復(fù)雜性測(cè)度理論以及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論;從宏觀方面對(duì)空中交通終端區(qū)和進(jìn)近管制區(qū)的交通流的特征進(jìn)行了分析，提出合理的空中交通流復(fù)雜度的概念和計(jì)算方法，為扇區(qū)的開(kāi)放調(diào)整提供理論依據(jù);從微觀方面，通過(guò)信息熵理論和統(tǒng)計(jì)學(xué)等理論，建立了交通系統(tǒng)穩(wěn)健度評(píng)價(jià)體系，通過(guò)辨別與系統(tǒng)穩(wěn)健性相關(guān)的狀

2、態(tài)參數(shù)，對(duì)影響系統(tǒng)較大的航班進(jìn)行預(yù)警。利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和協(xié)同管制機(jī)制研究了空中交通沖突探測(cè)與解脫的自動(dòng)化管理，其關(guān)鍵問(wèn)題是為所選取的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型與空中交通的運(yùn)行機(jī)制的匹配問(wèn)題，反過(guò)來(lái)，通過(guò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的演化為空中的沖突探測(cè)與解脫提供新的解決思路。從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)科學(xué)的角度，對(duì)航空公司的航線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行了分析。具體的研究工作和結(jié)論包括以下五個(gè)方面:
　　1.為定量描述終端區(qū)空中交通流系統(tǒng)的復(fù)雜性，引入非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)的近似熵和聯(lián)合熵模型來(lái)計(jì)算

3、其復(fù)雜度，通過(guò)2個(gè)實(shí)測(cè)終端區(qū)空中交通流時(shí)間序列數(shù)據(jù)，對(duì)其近似熵和聯(lián)合熵進(jìn)行了計(jì)算分析。結(jié)果表明:終端區(qū)交通流是一種隨機(jī)性較強(qiáng)、帶有非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)模型能夠刻畫(huà)終端區(qū)空中交通流的復(fù)雜性，可對(duì)空中交通流實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜性測(cè)度計(jì)算。
　　2.管理空中交通復(fù)雜度是航空交通系統(tǒng)運(yùn)行控制的核心要素，對(duì)確?？罩薪煌ü苤瓢踩涂罩薪煌髁抗芾淼挠行н\(yùn)行，以及未來(lái)實(shí)施的動(dòng)態(tài)空域規(guī)劃等起著重要的作用。其關(guān)鍵是有能力對(duì)空中交通復(fù)雜度進(jìn)行測(cè)

4、度和預(yù)測(cè)，對(duì)某特定的空域，采取必要的措施來(lái)平衡該區(qū)域的系統(tǒng)復(fù)雜度。用定性、定量方法討論了扇區(qū)的復(fù)雜性，通過(guò)引入層次分析法確定交通復(fù)雜度函數(shù)的權(quán)重系數(shù)，通過(guò)實(shí)例，驗(yàn)證了該方法的合理性。
　　3.應(yīng)用復(fù)雜理論分析的方法，研究了空域的空中交通復(fù)雜度，提出了空中交通復(fù)雜度的計(jì)算方法以及穩(wěn)健度評(píng)價(jià)體系，并對(duì)影響空中交通系統(tǒng)復(fù)雜度較大的航班提出預(yù)警。討論了基于復(fù)雜性測(cè)度理論的空中交通復(fù)雜度分析和監(jiān)測(cè)預(yù)警，研究表明本文所提供的方法能夠從復(fù)雜，不

5、確定的數(shù)據(jù)中計(jì)算出系統(tǒng)復(fù)雜度的變化，通過(guò)穩(wěn)健性技術(shù)指標(biāo)，能夠辨別與系統(tǒng)穩(wěn)健性相關(guān)的狀態(tài)參數(shù)，指出對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)健度影響較大的航班，并對(duì)航班進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。
　　4.日益增加的空中交通的復(fù)雜性需要更適合的空中交通運(yùn)行模式來(lái)防止飛行事故，確保飛行安全，協(xié)同管制機(jī)制是解決空中交通沖突探測(cè)與解脫基本組成部分。本文通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特征，基于空中交通的管制模式分析的基礎(chǔ)上，為下一代空中交通空中交通沖突探測(cè)與解脫的自動(dòng)化管理提出理論解決基礎(chǔ)。通過(guò)分析

6、發(fā)現(xiàn)，空中交通沖突探測(cè)與解脫的解決，協(xié)同機(jī)制需要平衡預(yù)期航班之間沖突，飛機(jī)間通信需求以及航線(xiàn)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性。在此基礎(chǔ)上，為上述協(xié)同機(jī)制設(shè)計(jì)研究方案，將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究的方法用于空中交通管制理論的研究，并能夠深入系統(tǒng)分析空中交通指揮模式的演化及對(duì)其影響的評(píng)價(jià)。
　　5.從宏觀分析的角度，運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)某航空公司航線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)證分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)特征和度分布進(jìn)行了計(jì)算，證明了該網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)小世界網(wǎng)絡(luò)和無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)。利用度、緊密度、點(diǎn)介數(shù)