基于复杂网络的航班运行风险传播分析

为研究航班运行风险传播机理，基于民航航班运行程序，采集航班运行数据及航空公司、机场、机组、机务、空管等工作表现做为研究样本；采用经验建网法、时间序列相空间重构法和Spearman 相关系数3 种方法，构建面向航班运行风险传播问题的复杂网络，经过计算证实，使用Spearman 相关系数建网效果最佳；对应民航常用控制方法，引入重要度r 、改进感染率β′和改进恢复率γ′概念，提出适用于航班运行的改进SIR 模型，最后对风险网络传播进行动力学分析. 计算结果表明：重要度r =0.4 时，感染节点密度曲线峰值下降10%，达到峰值时间推迟5%；改进恢复率γ′=0.9 时，感染节点峰值降低6%. 证实加入重要度，改进恢复率可有效抑制风险网络传播；说明识别风险网络中对关键节点加以控制，提高风险节点恢复比率和速度，可有效提高航班安全保障能力.     

基于改进SBELM的耦合故障诊断方法

为了对主减速器的耦合故障进行识别,通过对振动信号经过集成经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)所获得的高频分量采用自适应阈值降噪和对低频分量采用区间阈值降噪,有效去除了信号噪声,创建了配对多标签分类策略(paired multi-label classification,PMLC).基于PMLC和稀疏贝叶斯极限学习机(sparse Bayesian extreme learning machine, SBELM)用单故障样本构造概率分类器集,再采用网格搜索方法生成最优决策阈值,将分类器集的概率输出转换为耦合故障模式,提出了基于自适应区间阈值降噪和SBELM的耦合故障诊断方法,并用主减速器的实际样本集验证了该方法的性能.研究结果表明:该方法的诊断精确度达到96.1%,比基于PNN(probability neural networks)和SVM(support vector machine)的诊断方法提高了5%;该方法的训练时间和执行时间为131.4和61.3 ms,比基于SVM的诊断方法减少了70%.      

短期交通流序列混沌识别及预测精度分析

判断序列是否具有混沌特性是基于混沌理论预测的前提,而序列的混沌特性是由长程相关性和长记忆性的矛盾构成.利用Hurst指数识别高速公路短期交通流时间序列的长程相关性和长记忆性,并通过计算序列的互信息,分析短期交通流混沌序列的可预测程度及预测精度.     

基于运行数据的航班运行关键风险因素推断

为降低由于运行控制人员个体差异导致的航班运行风险,提升航空公司运行 控制能力,通过对航班运行程序的系统分析,结合运行数据,从飞行机组、机场、天气、航 路和航空器等运行角度筛选风险因素,建立航班运行控制风险评估指标体系;利用基于 事故树的贝叶斯网络分析方法,以历年不安全事件报告为样本,正向推理预测得到不安 全事件发生概率;综合3 种重要度分析结果,辨识关键致险因素.结果表明,机长和副驾驶 技术水平、机组间搭配、与空管人员配合等5 项关键风险因素概率值超过了40%,严重影 响航班运行安全.风险推断结果与实际运行情况相符.     

混沌统计量的预测研究

提出了一种基于混沌吸引子的统计量序列预测技术．对于一个经诊断为混沌的统计量序列,应用神经网络建立模型,短期预测混沌序列．实验证明：Lyapunov指数越大,预测效果越差;神经网络的预测结果优于AR模型的预测结果．混沌序列是完全可以预测的．     

基于EEMD和小波包的机车轴箱轴承故障诊断方法

提出了一种基于聚合经验模态分解(ensemble empirieal mode decomposition,EEMD)和小波包的机车轴箱轴承故障诊断方法.首先对轴承振动信号进行小波包分解,分别对小波包分解得到的小波包系数进行阈值去噪处理,将降噪后剩余的小波包系数进行信号重构.然后再对重构后的信号进行EEMD,计算EEMD分解得到的IMF分量和原信号的互相关系数,最后对满足相关条件的IMF分量进行故障诊断分析.为了验证该方法的正确性,搭建了轴承试验平台,通过对轴承实测数据进行故障诊断分析,实验证明该组合诊断方法能克服单一信号处理方法的局限性并能初步诊断出轴承发生的故障.     

短时公交客流小波预测方法研究

短期客流表现出不同于中长期客流的特性,本文在研究短期客流序列特性的基础上建立预测方法．采用离散傅里叶变换研究短时公交客流序列的频域特性;基于混沌理论,通过计算Lyapunov指数判断短时客流序列的混沌特性;最终建立短期客流序列的小渡预测方法．研究结果表明短时公交客流序列信号包含高频成份与低频成份,低频成份构成信号主体,高频成份导致信号波动,且短时公交客流序列具有混沌特性,这些特性导致单一方法短时客流预测精度较低;小渡预测方法通过信号分解重构在保留全部客流信息的基础上有效降低了客流信号的波动性,实例分析证明该方法可以有效提高客流预测精度．     

基于Adaptive Lasso与RF的航班运行风险预测改进研究

为了解决航班运行风险高维数组运算过于复杂的问题,同时为防止模型过度拟合影响预测精度,基于中国民航局发布的风险评估体系,以某航450组真实航班数据为标准样本,首先使用自适应套索算法（Adaptive Lasso）进行降维,从63项风险自变量中筛选出15项独立变量;然后,使用随机森林算法(Random Forest,RF)进行防过拟合处理,结果显示当使用重要度排序前12项变量拟合时,结果误差达到最小值,即得到最终预测指标;最后,构建Adaptive Lasso和RF的二阶段混合模型,同时选取主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)、径向基函数(Radial Basis Function,RBF)网络、支持向量机(Support Vector Machine,SVM)3种对比方法,使用十折交叉验证精度.结果表明：Adaptive Lasso方法在筛选掉48项指标后,结果精度未见下降;经RF处理后4种方法评估精度均大于未处理前;Adaptive Lasso-RF混合模型的预测准确率和稳定性均优于PCA、RBF神经网络和SVM等方法.综上说明混合模型实现了有效降维和防过拟合,可大幅提升预测精度,用于解决航班风险预测问题可行并有效.     

城市道路短期交通流时间序列特性分析

以关联维数作为混沌判据,采用改进的替代数据法对采样周期为3 min的实测交通流时间序列进行了混沌判别,表明该时间序列的短期交通流中存在混沌现象。由于所采用的时间尺度更接近实际交通控制的最大周期,使得基于混沌理论的短期预测结果更适于实施交通控制和诱导。     

混沌时间序列局域零阶预测法性能比较

利用计算机仿真比较了均值、距离加权和指数加权3种混沌局域零阶预测方法的预测精度、抗噪声及多步预测性能．在无噪声或噪声干扰较小时，距离加权预测法的性能最好；当噪声干扰较大时，指数加权预测法预测性能最优．指数加权与均值预测法几乎具有相同的多步预测能力，距离加权预测法的短期预测性能最佳．对于标准的离散混沌时间序列，3种预测方法多步预测误差达到一定值后，不再随预测步长的增加而增加；对于由连续系统抽样得到的混沌时间序列，多步预测误差呈现一定周期性变化．     

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针对航班延误难以预测的问题,采用支持向量机回归方法建立航班到港延误预测模型。首先,采用相空间重构理论计算到港延误的延迟时间、嵌入维数和最大Lyapunov指数,发现到港延误时间序列存在混沌特性;将航班到港延误时间序列进行相空间重构,并结合执飞该航班的航空器在上游机场的离港延误构建模型的输入向量;其次,将粒子群算法、差分进化算法和遗传算法进行比较,用于选择最优的模型参数,实验表明,差分进化算法能够以较高概率获得最优的预测模型;最后,比较该模型、单一因素预测模型和相关向量机预测模型的航班延误预测性能。结果表明,该模型的预测性能明显优于另外两种模型,能够有效预测航班延误。     

采用支持向量机回归的航班延误预测研究

针对航班延误难以预测的问题,采用支持向量机回归方法建立航班到港延误预测模型.首先,采用相空间重构理论计算到港延误的延迟时间、嵌入维数和最大 Lyapunov 指数,发现到港延误时间序列存在混沌特性;将航班到港延误时间序列进行相空间重构,并结合执飞该航班的航空器在上游机场的离港延误构建模型的输入向量;其次,将粒子群算法、差分进化算法和遗传算法进行比较,用于选择最优的模型参数,实验表明,差分进化算法能够以较高概率获得最优的预测模型;最后,比较该模型、单一因素预测模型和相关向量机预测模型的航班延误预测性能.结果表明,该模型的预测性能明显优于另外两种模型,能够有效预测航班延误.     

航班后效晚点传播时间的混沌现象及其定量分析

由于一些不确定的因素致使航班进入停机位晚点,而在两相邻航班中前行航班的晚点会不同程度的传播给后行航班计划进入停机位时间. 为了研究航班晚点传播时间的规律,本文提出了航班后效晚点传播时间的计算方法,并利用航班进入停机位晚点时间的分布规律,对航班进行随机延误得到航班后效晚点传播时间的时间序列;然后为了能使时间序列蕴藏的信息得以充分体现,采用Takens嵌入定理对相空间进行重构得到一系列相点,从而通过这些相点可以定量计算判别混沌现象的参数即关联维数和Lyapunov指数;最后通过G-P算法与小数据量法分别计算此混沌参数,验证了航班后效晚点传播时间的时间序列具有混沌效应.     

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由于一些不确定的因素致使航班进入停机位晚点,而在两相邻航班中前行航班的晚点会不同程度的传播给后行航班计划进入停机位时间. 为了研究航班晚点传播时间的规律,本文提出了航班后效晚点传播时间的计算方法,并利用航班进入停机位晚点时间的分布规律,对航班进行随机延误得到航班后效晚点传播时间的时间序列;然后为了能使时间序列蕴藏的信息得以充分体现,采用Takens嵌入定理对相空间进行重构得到一系列相点,从而通过这些相点可以定量计算判别混沌现象的参数即关联维数和Lyapunov指数;最后通过G-P算法与小数据量法分别计算此混沌参数,验证了航班后效晚点传播时间的时间序列具有混沌效应.     

基于改进加权一阶局域法的空中交通流量预测模型

空中交通流量精准预测是实施空中交通控制和管理的重要前提.针对空中交通流量时间序列的内在混沌动力特性,研究了基于改进加权一阶局域法的混沌交通流量时间序列预测模型.首先,提出了一种临近相点演化加权的改进一阶局域预测法,并通过在预测过程中构建误差序列进行预测结果修正;其次,利用关联维数出现饱和现象验证了4组不同统计时间间隔的实测空中交通流量时间序列均存在混沌特性;最后,在对空中交通流量时间序列进行相空间重构的基础上,利用改进加权一阶局域预测方法进行了流量预测结果的对比实验.结果表明,4组空中交通流量时间序列预测精度均有提高,时间尺度为10 min的流量预测效果最好,预测相对误差减小了29.7%.      

基于需求不确定性的机场拥挤风险预测模型与方法

为了获得机场交通需求的概率分布及其变化规律,量化机场交通需求预测的不确定性,从需求不确定性角度分析了航空器进离港时刻对机场交通需求预测的影响,基于多个时段交通需求相互转化的不确定性,建立了多时段机场进离港交通需求概率分布模型.在此基础上,将进离港交通需求与进离港容量曲线相匹配,建立了机场拥挤风险预测模型,给出了具体求解过程与方法.亚特兰大机场实际航班运行数据的验证结果表明,机场概率需求预测值比确定型需求预测值更接近实际进离港交通需求值;与确定型拥塞预测方法的准确度60.0%相比,本文模型将拥挤预测提高到80%;用旧金山机场实际航班数据验证了本文方法的有效性,准确性达到87.5%,为机场拥挤管理提供了依据.      

基于组合预测模型的轮轨力连续测试

为了精确判断车辆的运行状态,提出了一种轮轨力连续测试方法.根据轮轨相互作用的特点,采用阈值判断法从测试数据中提取轮轨力的有效信息.针对轮轨力测试系统的时变性和不确定性,将动态测试序列作为灰色过程处理,提出用灰色理论对轮轨力进行连续测试.为了提高预测精度,结合遗传算法和神经网络对传统的GM(1,1)模型进行改进.建立了10个预测模型分别进行预测,然后将精度较高的预测值输入串联灰色神经网络进行二次预测,以提高预测精度与稳定性.将这10个预测模型应用到轮轨力连续测试中,结果表明:灰色系统、遗传算法与神经网络三者的组合模型具有较高的精度,平均相对误差不超过2%,满足轮轨力连续测试的要求,并且能够降低传感器失效对测试结果的影响.