航空交通系統(tǒng)的交通復雜性研究.pdf

1、基于民航業(yè)快速發(fā)展，空中交通導航監(jiān)視新技術以及大數(shù)據(jù)理論發(fā)展的基礎上，研究了航空交通運輸系統(tǒng)的復雜性。本文全面綜述了國內外航空交通系統(tǒng)領域的有關復雜性的研究，較詳細闡述了復雜性測度理論以及復雜網(wǎng)絡理論;從宏觀方面對空中交通終端區(qū)和進近管制區(qū)的交通流的特征進行了分析，提出合理的空中交通流復雜度的概念和計算方法，為扇區(qū)的開放調整提供理論依據(jù);從微觀方面，通過信息熵理論和統(tǒng)計學等理論，建立了交通系統(tǒng)穩(wěn)健度評價體系，通過辨別與系統(tǒng)穩(wěn)健性相關的狀

2、態(tài)參數(shù)，對影響系統(tǒng)較大的航班進行預警。利用復雜網(wǎng)絡理論和協(xié)同管制機制研究了空中交通沖突探測與解脫的自動化管理，其關鍵問題是為所選取的復雜網(wǎng)絡模型與空中交通的運行機制的匹配問題，反過來，通過復雜網(wǎng)絡的演化為空中的沖突探測與解脫提供新的解決思路。從網(wǎng)絡系統(tǒng)科學的角度，對航空公司的航線網(wǎng)絡的可靠性進行了分析。具體的研究工作和結論包括以下五個方面:
　　1.為定量描述終端區(qū)空中交通流系統(tǒng)的復雜性，引入非線性動力學的近似熵和聯(lián)合熵模型來計算

3、其復雜度，通過2個實測終端區(qū)空中交通流時間序列數(shù)據(jù)，對其近似熵和聯(lián)合熵進行了計算分析。結果表明:終端區(qū)交通流是一種隨機性較強、帶有非線性結構的系統(tǒng)，非線性動力學模型能夠刻畫終端區(qū)空中交通流的復雜性，可對空中交通流實測數(shù)據(jù)進行復雜性測度計算。
　　2.管理空中交通復雜度是航空交通系統(tǒng)運行控制的核心要素，對確保空中交通管制安全和空中交通流量管理的有效運行，以及未來實施的動態(tài)空域規(guī)劃等起著重要的作用。其關鍵是有能力對空中交通復雜度進行測

4、度和預測，對某特定的空域，采取必要的措施來平衡該區(qū)域的系統(tǒng)復雜度。用定性、定量方法討論了扇區(qū)的復雜性，通過引入層次分析法確定交通復雜度函數(shù)的權重系數(shù)，通過實例，驗證了該方法的合理性。
　　3.應用復雜理論分析的方法，研究了空域的空中交通復雜度，提出了空中交通復雜度的計算方法以及穩(wěn)健度評價體系，并對影響空中交通系統(tǒng)復雜度較大的航班提出預警。討論了基于復雜性測度理論的空中交通復雜度分析和監(jiān)測預警，研究表明本文所提供的方法能夠從復雜，不

5、確定的數(shù)據(jù)中計算出系統(tǒng)復雜度的變化，通過穩(wěn)健性技術指標，能夠辨別與系統(tǒng)穩(wěn)健性相關的狀態(tài)參數(shù)，指出對系統(tǒng)穩(wěn)健度影響較大的航班，并對航班進行監(jiān)測預警。
　　4.日益增加的空中交通的復雜性需要更適合的空中交通運行模式來防止飛行事故，確保飛行安全，協(xié)同管制機制是解決空中交通沖突探測與解脫基本組成部分。本文通過分析網(wǎng)絡結構的特征，基于空中交通的管制模式分析的基礎上，為下一代空中交通空中交通沖突探測與解脫的自動化管理提出理論解決基礎。通過分析

6、發(fā)現(xiàn)，空中交通沖突探測與解脫的解決，協(xié)同機制需要平衡預期航班之間沖突，飛機間通信需求以及航線結構的穩(wěn)健性。在此基礎上，為上述協(xié)同機制設計研究方案，將網(wǎng)絡結構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其影響的評價。
　　5.從宏觀分析的角度，運用復雜網(wǎng)絡理論對某航空公司航線網(wǎng)絡結構進行實證分析，對網(wǎng)絡的統(tǒng)計特征和度分布進行了計算，證明了該網(wǎng)絡是一個小世界網(wǎng)絡和無標度網(wǎng)絡。利用度、緊密度、點介數(shù)