基于有限穿越可视图的进场航班流量波动特性研究

研究空中交通流量的波动特性是设计高效流量管理措施和控制策略的基础，掌握空中交通流量波动特性有利于空域资源配置与流量运行需求之间的均衡匹配。在3种时间粒度上，针对进场航班流量时间序列，一方面从复杂网络整体维度出发，采用有限穿越可视图对时间序列进行建网，利用k-core算法探究航班流量波动特性；另一方面从复杂网络局部维度出发，引入序模体方法，构造有限穿越可视图序模体，利用多元序模体类型转换规律来刻画流量的动态转移模式，进而掌握航班流量波动动态演化规律，为波动模式的预测提供了有效工具。研究结果表明：在有限穿越可视图方法映射得到的网络中，节点所属核阶数可以有效刻画流量波动强度，且与波动强度成正相关关系，即节点所属核阶数越大，波动强度越大，天津机场进场航班流量数据的强波动时 段为16:50-17:30；序模体越长，波动特性刻画能力越强，但鉴于受到空中交通混沌特性影响，序模体过长对于流量预测意义不大，推荐使用5节点序模体；波动模式状态转移图在有效刻画流量波动动态演化的同时，也可以计算波动模式的转移概率，3种时间粒度下转移概率分别为12.315%、 13.131%和10.638%，为波动模式的预测提供了有效工具。     

以航路和机场管制区为节点的飞行流量管理

空中交通流量管理是为解决空中交通拥挤而进行的系统规划管理。以机场、航路管制区作为飞行流量限制节点，建立基于地面等待的流量管理整数规划模型，模型全面描述了各种制约因素影响，实例证明此模型对解决空中交通拥护问题是有效的。     

空域和流量协同管理建模与仿真

提出了空域和流量协同管理概念,综合利用地面等待、动态航路、条件航路等多种管理手段,建立了以最小运行成本为目标的数学模型,同时在模型中引入了动态航路、条件航路的开放成本,以更好地体现流量与容量之间相互协同优化关系,最后通过实例对模型进行了验证。计算结果表明:利用空域和流量协同运行管理模型制定的优化策略后,总的航班运行成本比优化前减少了8 205美元,成本波动幅度大大减小,因此,该协同管理策略可缩短航班延误时间,降低航空公司的成本。     

航路网络系统结构稳定性研究

航路网络系统的结构稳定性直接影响空中交通流量管理实施的有效性。本文考虑空中交通流与道路交通流的共性,借鉴堵塞流理论对航路网络系统进行稳定性分析,并提出了衡量系统稳定性的指标和提高航路网络结构稳定性的措施。通过对典型的航路网络结构进行仿真计算,验证了提高稳定性措施的正确性和可行性,说明了航路稳定性研究能为空中交通流量管理提供技术和决策支持。     

多尺度流量网络规划与网络控制算法研究

第一，随着网络技术和网络应用的不断发展，网络的流量特性发生了根本性的变化。传统的网络流量是短相关的，而现代网络流量具有普遍的自相似性长相关性外，还具有更复杂的多尺度等特性。网络流量的这些新特性与传统Markov流量模型的基本假设截然不同，     

网络流量测量的模型与算法研究

为了防止单纯的升级网络,提升网络性能,对网络流量的预测和量度进行研究显得尤为重要。论文利用长相关特性的时序分析法构建FAR IMA模型,并利用此模型对网络流量的测量算法进行研究。通过构建满足流量特性的流量模型,提出了一个基于小波技术和时间序列分析的混合流量预测模型,并利用此模型的流程测量算法对真实网络流量数据的短期行为趋势进行了分析和预测。实验结果表明此预测模型可以较为全面地描述和标识流量的各种特性,对网络流量行为进行有效而准确的跟踪和测量。     

基于Agent的空中交通流量管理系统结构研究

空中交通流量管理系统(ATFM)对于适应飞行量的不断增长、减少延误、充分利用空域和地面资源,具有战略性意义.多Agent具有实时性高、可扩充性好、自治能力强的特点,符合空中交通流量管理系统的要求.本文充分考虑到空中交通流量管理系统三级结构的特点,把那些具有自主性和智能性、并对系统有重要影响的实体用Agent来实现,基于Agent技术构建了空中交通流量管理系统的框架,详细阐述了系统工作方式及各分Agent系统的结构;将多Agent应用到空中交通流量管理系统,可有效提高系统的动态环境适应性和自治性,降低系统设计与实现的复杂性,为建设流量管理系统提供了新的思维模式.     

平行跑道运行模式对终端区交通流特性的影响研究

为提升终端区空中交通运行效率,研究平行跑道运行模式对终端区交通流特性的影响.根据终端区空域结构特点、跑道运行规则,建立了终端区进场动态排序策略、进离场协调策略和航空器跟驰行为模型;选取国内某终端区标准进离场程序SID-STAR和双平行跑道构型,基于NetLogo仿真平台实现了终端区交通流运行仿真,对比分析了独立运行、相关运行和隔离运行典型跑道运行模式下终端区交通流特性参数的变化规律.结果表明:独立运行模式下终端区交通流运行效率较高但流量波动性较大,隔离运行模式下运行效率最低但最稳定;独立运行模式下终端区交通流的拥堵消散最快且延误最小,相关运行模式次之,隔离运行模式下终端区交通流的拥堵消散最慢且延误最大.     

动态航迹推测方法

应用大圆航迹和等角航迹原理,融合雷达、电报等动态数据,研究了动态航迹推测算法,以及该算法在航空器飞行轨迹预测、航空器过航路点时间预测和空中交通流量动态统计预测等方面的应用。利用广州机场的实际航班数据,将动态航迹推测算法与经验时间累加法进行了对比研究,发现动态航迹推测算法符合航空器运行规则,其误差在±0 5 min之内,能及时修正航空器的飞行轨迹,反应灵敏。结果表明动态航迹推测方法能更好地预测未来短时期内空域使用情况,是一种为空中交通战术流量管理提供准确数据的有效方法。     

基于运行特性的港湾式公交站延误时间研究

基于车辆运行特性，从时空和微观的角度，运用概率论、运动学原理和 M/Ek /1(N) 排队模型，对港湾式公交站车辆的延误问题进行研究.将公交在港湾站台的延误按阶段分类并定性分析延误的主要影响因素，分析公交车辆进出站台及在站台内外运行过程和机理，构建公交进站延误时间、停靠延误时间及出站延误时间模型，推导单泊位和多泊位站台的公交延误模型.采集长沙市雨花区4个站点的公交运行数据，绘制延误变化趋势，并将计算值与实测延误时间进行比较，分析影响因素.结果表明，公交在港湾式站台的延误随公交到达率增大呈指数增长，随上下车乘客数增多呈对数函数增长，随相邻车道流量增大呈递增的抛物线增长.     

基于跑道运行类别的航班优化排序方法

现有空中交通基础设施难以满足日益增长的空中交通运输需求,多跑道作为机场的瓶颈区域是造成机场拥挤和航班延误的重要原因。针对跑道起降特性以及实际运行机型引入多跑道运行类别的概念,以最小化航班延误成本为优化目标,根据问题的数学描述,建立了适用于相关运行模式下多种跑道构型的多跑道机场航班优化排序模型。结合动态规划及启发式算法基本理论,采用基于改进动态规划方法的滚动时间窗启发式算法对问题进行求解。实例验证分析了跑道运行类别、安全间隔、时间窗大小对航班延误的影响,并通过更为普遍的跑道系统进行实例验证,进一步分析了滚动时间窗启发式算法的计算性能,验证了建模思想对容量评估效果的影响以及所提模型和方法的有效性和可行性。     

一种航路扇区概率性交通需求预测方法

空中交通拥堵逐渐从终端区向高空航路网络蔓延,准确预测航路扇区交通需 求概率性变化成为科学实施拥堵管理的重要前提,而国外已有方法较难适用我国空管实 际数据条件.为解决该问题,本文基于空管现有航空器过点时间数据,设计了基于预测误 差分布特性的统计方法,提出了航路扇区概率性交通需求预测方法.结合中南地区典型运 行数据,提取并验证了各扇区过点时间的预测误差分布规律,获得了各扇区交通需求值 及其概率分布,发现所得概率性交通需求预测结果较之传统确定性交通需求预测方法更 准确,适合为我国高空航路拥堵管理研究提供需求预测依据.     

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空中交通容量评估是有效实施空中交通流量管理策略的基本依据和关键技术,对保障飞行安全和航班延误起着至关重要的作用。随着空域流量的增加,管制员工作负荷日益增大,已成为限制空域容量的主要因素之一。本文从理论和实际应用两个方面研究了基于管制员工作负荷的容量评估问题。文章首先给出管制员工作负荷的定义,讨论了管制员工作负荷产生的原因,并以此为基础建立了基于航路流量统计的管制员工作负荷模型;然后通过新的模型研究了扇区容量评估方法;最后以兰州区域的实际扇区为背景,使用建立的模型,采用回归分析方法,分别计算了在成熟管制员和新手情况下兰州区域的扇区容量。计算结果符合实际运行情况,验证了所提模型和方法的可行性。     

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%.      

基于车道建模的区域应急疏散路径规划

为有效解决应急疏散路线中存在的延误问题,以总体疏散费用最小为目标,以消除冲突点,减少交织点,并且以流量守恒、流量非负、节点和弧段的通行能力限制等为约束条件,提出了基于车道层面的路网模型。利用Lingo软件,分别对应用基于车道层面的疏散扩展网络流模型以及应用基于路段层面的节点-弧网络模型进行求解,并以4个交叉口网络为例进行了对比分析。计算结果表明:与应用基于路段层面的节点-弧网络模型相比,应用基于车道层面的扩展网络流模型节约了4 h.veh-1的出行费用,出行成本降低了25%,该模型在使疏散费用最小化的同时,减少了交织情况产生的延误,具有较高的疏散效率。     

一种新的机场地面容量评估模型

空中交通流量剧增，机场容量与空中交通需求的矛盾日益凸出，针对机场地面滑行网络，提出滑行飞机流优化算法，确定飞机经过指定滑行路径上各点的最优时间，避免航班冲突，减少航班延误，将该算法用于机场地面容量评估模型中的飞机流产生模块，结合计算机图形仿真技术开发了机场地面容量评估系统，利用成都双流国际机场的实际航班数据进行仿真计算，得到的容量评估结果验证了该评估模型的可行性和优越性。     

基于关键路段流量限制的动态交通分配研究

针对高峰期路网各路段流量分布的不均匀性以及出行时间延误大的现象,将关键路段引入到动态交通流量的分配中,考虑关键路段对路网上流量分布的影响,在进行动态交通配流的过程中对关键路段上的流量进行控制。本文以系统总出行时间最小为目标,建立基于关键路段流量限制的动态交通分配模型,根据高峰时段路网上流量的特性与不同路段的不同特性,将关键路段的流量限制在合理的范围内,把超出其容量的流量合理转移到其他路段上,进行流量的协同分配,保证路网的正常运行,提高路网效率,从而缓解高峰期拥堵现象。最后设计了相应的遗传算法对模型进行求解,得到了各路段上流量的合理分布。     

城市轨道交通系统动态风险模态分析建模

城市轨道交通突发事件给系统运营和居民出行带来不利影响。为了分析导致突发事件的 关键风险因素和突发事件给运营造成的滞后时间长度，本文提出基于复杂网络的有向权重动态 风险模型。为了分析模型的拓扑特性，首先引入动态风险模态的概念，将每一时刻突发事件的风 险因素、滞后时间长度和事件等级有机组合为动态风险模态，以从不同角度整体反映这一时刻城 市轨道交通系统的风险状态。其次，提出相关性-时间敏感系数，分析在一定的滞后时间区间内， 前序风险因素与后序事件等级的显著关系，进而表征不同风险模态的相关性。最后，将动态风险 模态及其演化过程映射为基于复杂网络的动态风险模型，根据复杂网络模型的特性进行节点强 度分析，提取动态风险模态的关键信息，用以指导轨道交通风险管理工作。     

考虑周期性波动因素的中长期空中交通流量预测

为准确把握空域单元交通流量的变化趋势和周期性波动规律,综合考虑气候、季节、交通需求等因素,通过分析中长期历史流量数据,在线性增长模型的基础上,建立了考虑周期性波动因素的空中交通流量动态线性改进模型,采用贝叶斯状态估计和预测方法对模型进行求解,提出了一种根据空域单元流量时序数据预测中长期流量及其变化趋势的预测方法.利用国内典型空域单元实际流量数据,对比分析了上述两种模型的预测性能.实例研究表明:与线性增长模型的预测结果相比,本文模型的流量预测结果更符合我国的实际情况,反映了流量周期性波动特点,年流量预测结果的平均绝对误差从3.14%下降到了1.71%,预测误差的标准差从2.01%下降到了0.02%.      

基于对偶分解算法的空中交通流量管理研究

从国家空域系统角度出发,考虑因突发扰动导致部分空域容量受限的情况,以国家空域系统内所有航空器总延误最小为目标函数,建立一种基于多物流网络的空中交通流量管理模型,并采用对偶分解算法对模型求解.通过实例仿真验证此方法的实用性和有效性.