基于蓄意攻击下的民用机场网络级联失效抗毁性分析

在机场网络中单个机场节点的失效往往会波及整个网络。本文运用复杂网络理论构建机场网络级联失效抗毁性评估模型,然后对不同的机场节点进行蓄意攻击,使失效节点负载重新分配,并通过网络的节点失效率来衡量网络的抗毁性。最后以中国华东地区的机场网络进行实例仿真,并对仿真结果进行总结分析,为提高机场网络的抗毁性提出了一些意见和措施。     

基于复杂网络的航空货运枢纽城市研究

采用复杂网络分析方法,通过对2004—2009年航空货运枢纽网络结构的实证研究,呈现我国航空货运的整体发展趋势,建立了核心-边缘模型,筛选出核心货运枢纽城市并论证了航空货运网络的无标度特性。进而采取蓄意攻击方式对网络抗毁性进行分析,分别移除航空货运系统中1个、3个枢纽城市,对货运系统的网络平均路径长度、凝聚力指数、节点度等统计指标进行对比,结果表明对枢纽城市的攻击,将严重影响整个航空货运网的连通性和集聚性。     

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机场作为重要的基础交通设施,对于地方商业发展和居民生活质量意义重大,航线网络的连通性水平决定了航空运输的服务水平.本文通过运用社会网络分析方法对中国国内航线网络进行分析,通过计算其密度、中心度（程度中心度;接近中心度;中介中心度）、切断点,分析国内机场国内航线的连通性水平;并对切断点进行扩展研究,计算节点删除对连通性水平的损失,并将损失分为直接损失和间接损失.研究结果表明,中国国内航线网络整体连通性水平较低,东西部连通性水平差异较大,同时西部地区也存在特色网络结构,整体网络对首都机场依赖性很强,抗毁能力弱.     

中国进口铁矿石海运网络抗毁性仿真

为研究中国进口铁矿石海运网络应对重大事件攻击下的抗毁性和不同保障措施的有效性,解决传统抗毁性评估测度未能考虑网络整体流量和节点负荷状态的问题,针对现实情景下大型船舶挂靠枢纽进口港后进行沿海中转的枢纽-转运网络特殊性,搭建了中国进口铁矿石海运网络抗毁性模型和评估指标。采用中国进口铁矿石相关港口和航运数据搭建初始网络,并针对不同枢纽进口港数量的网络进行各种攻击策略下的仿真分析。仿真结果表明,由于船舶航线可以进行调整后重新分配货载运输,网络具备一定自我修复能力,但在关键节点受冲击后网络抗毁性将发生突变。此外,提高过载能力可以有效增强网络抗毁性,但其边际增强效益在过载能力达到临界点后变化明显,且提升抗毁性的同时可能会加剧网络拥堵。因此需要加强对黑德兰港、日照 港等网络重要节点的保护,适时增加枢纽进口港和提升港口过载能力,保障新冠肺炎疫情等重大事件冲击下中国进口铁矿石海运网络的抗毁性,同时合理调配码头堆场、设备等资源防范和应对网络拥堵等情况。     

蓄意攻击下城市群客运交通网络级联抗毁性仿真

为研究城市群客运交通系统对蓄意破坏的抵抗能力,本文以复合交通网络模型研究城市群客运交通网络级联抗毁性.首先,构建城市群客运复合交通网络模型,并用实际客流加权.其次,采用改进的剩余容量分配策略,构建复合交通网络级联失效模型.再次,提出了网络效率和加权最大连通子图相对规模两个指标的网络抗毁性评估标准.最后,采用蓄意攻击策略,以呼包鄂城市群为实例进行仿真.结果表明：在蓄意攻击下,两次攻击即可使城市群客运交通网络抗毁性下降 90%左右;一定客运需求下,过载能力调节参数存在阈值,若站点建设力度超越该值则会造成不必要的浪费.     

基于粒子群优化算法的机场群航班优化配置研究

针对我国机场群发展不平衡、航线同质化程度高等问题,建立了以航班准点率、航空公司市场份额、旅客损失时间和航班功能定位指标最大化的航班时刻优化模型,将一级国际枢纽机场运行效果差的航班分配至周边机场.笔者在满足机场群内各机场起降容量限制、航班唯一性和航班连续性的条件下,设计改进的粒子群优化算法进行求解.以长三角机场群的航班时刻资源为例进行实例验证.研究表明:模型能够有效调整枢纽机场的低效航班至周边机场,使得机场群内各机场航班分布较为均衡,有效控制各时段航班架次的变化趋势,优化效果显著.     

多机场终端区进离场航班协同排序研究

为了缓解繁忙终端区日益严重的空域拥堵和航班延误现状,研究了多机场终端区进离场航班协同优化排序问题.通过深入分析多机场终端空域结构,以及进离场航班运行特征,综合考虑尾流间隔、移交间隔、放行间隔、多跑道不同运行模式下的运行间隔等约束限制,将多机场终端区视为一个系统,引入"外围航班流"概念,以最小化航班延误为优化目标,建立了多机场终端区进离场航班协同优化排序模型,并采用改进的模拟退火算法对所建模型求解.选取上海终端区为研究对象进行仿真验证,仿真结果表明:利用本文提出的优化方法航班总延误比先到先服务策略减少了37.85%,有效地提高了多机场终端区进离场航班的运行效率.     

战略投送视角下铁路网抗毁性研究

在战略投送视角下,分析了铁路运输在战略投送中的主导地位,明确了铁路网抗毁性的定义。基于复杂网络理论,运用介数和度识别铁路网中节点的重要度,利用matlab模拟铁路网遭受随机、介数优先和度优先三种攻击模式下的抗毁性。结果表明:在介数优先和度优先攻击下,东部战区铁路网表现出较差的抗毁性;在随机攻击下,表现出较强的鲁棒性。因此提高铁路网络抗毁性要进行合理的规划布局,避免产生介数和度值大的节点;对已存在的重要节点,要建设环线、迂回线等分流及备用线路,做好战备预案。     

危险品运输关联网络级联失效建模及耦合特性

为研究危险品运输关联网络级联失效机理及耦合特性,在提出一个包含物理网络、服务网络和关联边的危险品运输关联网络模型的基础上,通过构建危险品运输关联网络级联失效模型,利用基于节点度的级联失效平均规模作为网络抗毁性评估测度,基于此对比研究了危险品运输网络关联网络级联失效机理及耦合特性.仿真结果表明：危险品运输物理网络和服务网络间关联边的“传导”特性并不相同,相同失效节点数目下,物理网络的级联失效节点数总大于服务网络,通过改变网络模型参数可提升关联网络抗毁性,且提升服务网络的参数比提升物理网络见效更快.上述结论对危险品运输关联网络的风险识别和应急管理具有一定的理论指导意义.     

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。     

基于空间计量模型的机场网络溢出效应研究

机场对区域经济发展具有重要支撑作用,但从航线网络视角进行研究的文献还比较少.本文建立了空间面板计量模型,以中国大陆 45个主要枢纽机场为例定量研究了机场对区域经济的直接效应、网络溢出效应和总体效应.研究表明：机场客运量对区域经济具有显著正向网络溢出效应,客运量每提高 10%,其网络溢出效应达到 8.25%;货运量仅对本地城市 GDP具有正向影响,其溢出效应未能通过显著性检验.同时发现,机场客货量对航线网络中相连城市的溢出效应均大于其对本地经济的直接效应,忽视网络溢出效应会低估机场区域经济的总体贡献.研究成果对科学评价机场对经济发展的作用具有参考价值.     

基于空间计量模型的机场网络溢出效应研究

机场对区域经济发展具有重要支撑作用,但从航线网络视角进行研究的文献还比较少.本文建立了空间面板计量模型,以中国大陆 45个主要枢纽机场为例定量研究了机场对区域经济的直接效应、网络溢出效应和总体效应.研究表明：机场客运量对区域经济具有显著正向网络溢出效应,客运量每提高 10%,其网络溢出效应达到 8.25%;货运量仅对本地城市 GDP具有正向影响,其溢出效应未能通过显著性检验.同时发现,机场客货量对航线网络中相连城市的溢出效应均大于其对本地经济的直接效应,忽视网络溢出效应会低估机场区域经济的总体贡献.研究成果对科学评价机场对经济发展的作用具有参考价值.     

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.     

基于机场子区划分的机场网络交通拥挤传播预测

为了预测机场进离场交通的拥挤态势,本文从机场网络的角度进行研究.首先针对交通拥挤形成的动态过程,建立了基于出入流率的交通拥挤的定义及其度量;接着,引入多维标度法对机场之间的交通相关性进行定量分析,划分机场子区,以降低网络分析的复杂度及解空间维数;然后,构建了基于Elman神经网络实现机场子区内多个相关机场的交通拥挤传播预测方法;最后,基于美国机场的实际航班数据对机场网络拥挤传播预测方法进行验证.验证结果表明,预测结果的平均绝对百分比误差和平均绝对偏差较小,明显优于对比算法.     

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航班计划运行仿真是一个高效的、低成本的、高准确度的、动态的航班计划评估方法. 随着国内航空运输量的增加和航线网络的扩展,对航班计划的可行性和经济性提出了更高的要求. 本文以ServiceModel仿真软件为平台,构建了一个国内航班计划在航线网络层面运行的仿真模型. 仿真模型通过模拟航班在地面过站和天空飞行等运行过程（包括国内150个机场）,不但可以根据航班延误时间,缓冲时隙,轮挡时间,飞机利用率等参数评估任何一个国内航班计划,还可以在运行过程中为不正常航班恢复系统提供随机延误航班,并对恢复结果进行评估.     

航班延误统计指标体系及延误等级评估研究

针对我国现行航班统计方法存在的缺陷,基于对航班运行全过程以及在此过程中空管、航空公司、机场等单位工作职责的分析,构建了科学系统的航班延误统计指标体系,同时设计了航班延误等级综合评估的模型。上述统计指标体系及评估方法经国内某航空公司实际试用表明,与目前民航所使用的航班正常性统计标准比较,该方法能够更加真实、准确地跟踪航班整个运行阶段的延误状况,较好地反应了航班的实际运行情况,能有效地支持航空公司运行管理部门的延误控制和公司决策层的宏观管理。     

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.     

考虑延误传播的枢纽机场航班时刻优化方法

为解决枢纽机场的航班时刻优化问题，提出了一种考虑延误传播的航班时刻优化方法；根据延误传播因果关系强弱来表征延误传播代价，建立了以最小延误传播代价和最大公平性的双目标函数；为了降低航班时刻存在的先天性延误和保证进离港航班的衔接性，引入了进离港点通行能力、常态化航路流量控制以及航班波特征等约束条件，构建了更加符合枢纽机场运行特征的优化模型；基于求解多目标函数的约束法，设计了两阶段求解算法，将多目标函数求解问题转化为单目标函数求解问题；以上海浦东国际机场为案例，从资源利用率和运行效率两方面进行了试验验证。研究结果表明：优化前4%的时刻属于跑道超负荷运行时刻，优化后不存在跑道超负荷运行时刻；优化前PIKAS和LAMEN大约有5%的时刻、NXD大约有2%的时刻处于超负荷运行，优化后没有进离港点超负荷运行；优化前离港航班平均延误为23 min,有超过50%的时刻延误大于10 min,优化后平均延误为3 min,超过60%的时刻延误小于5 min;优化前进港航班延误为28 min,优化后85%的时刻延误小于5 min;优化前后航班正常率分别为82%、99%,优化后航班正常率提升了17%。可见，优化后...     

城市轨道交通站点失效修复策略

为提高城市轨道交通（urban rail transit，URT）系统应对突发事件的能力，研究了URT站点在自然灾害及人为破坏情况下的修复策略. 分别运用随机攻击及蓄意攻击模拟URT站点遭受自然灾害及人为破坏的情况，结合仿真思想提出失效URT网络的仿真修复策略，运用平均修复策略、偏好修复策略及仿真修复策略实现受损URT网络的修复，结合全网可达性及未受影响乘客占比，提出全网可达性损失和全网未受影响乘客占比损失两类系统弹性损失指标用于衡量修复策略的有效性. 结果表明:蓄意攻击情况下全网可达性及未受影响乘客占比分别下降了2.54%及64.82%，高于随机攻击的2.34%及55.28%，蓄意攻击对URT网络的损害更大；修复因随机攻击而失效URT网络时，仿真修复策略的两类弹性损失指标分别为0.009及0.182，优于平均修复策略的0.012及0.305和偏好修复策略的0.010及0.197，修复因蓄意攻击而失效URT网络时，仿真修复策略的两类弹性损失指标分别为0.009及0.258，优于平均修复策略的0.012及0.312和偏好修复策略的0.014及0.354，表明仿真修复策略更适用于完成受损URT网络的修复工作；修复全程中仿真修复策略曲线的平均斜率为0.146，大于平均修复策略的0.092及偏好修复策略的0.117，表明相比于常规修复策略，仿真修复策略能达到更高的修复效率；当维修资源受限时，采用仿真修复策略能够达到最优的修复效果.