基于级联失效的管制扇区网络韧性评估

为减轻管制空域因遭受极端天气、设备故障等特殊事件而出现的大面积失效对航班的影响,研究了不同事件中,不同恢复策略对管制空域韧性的改变。通过复杂网络理论对管制空域进行建模,结合级联失效理论的负载容量模型与公共交通领域的韧性评价指标,提出一种适用于评价扇区网络的级联失效恢复过程。依据节点的特征参数设定扳机节点并触发级联失效过程,对扇区网络分别以度优先和介数优先2种策略进行恢复模拟。以西南地区的管制扇区为研究对象展开仿真试验,结果显示:在面对中心扇区失效时,度优先恢复策略下的容量损失更小,效率损失更低;繁忙扇区失效时,2种恢复策略各有优劣。扇区网络采取度优先的恢复策略有更好的韧性。

空域扇区网络结构特性分析及韧性评估

为保障扇区内航空器运行安全,提高扇区网络在外界干扰下的韧性,从而有效减轻航班延误和空域拥堵。首先,依据中国空域扇区划分规则,运用复杂网络理论构建中国空域扇区网络模型;然后,定义网络基本特征参数,对中国空域扇区网络结构特性进行分析,提出扇区网络韧性的概念,并采用一种定量评估方法对其进行度量;最后,对比分析不同恢复策略下的韧性指标,以此制定空域扇区网络在外界干扰下的最佳恢复策略,提高网络韧性。结果表明:中国空域扇区网络具有较大的平均最短路径长度和较小的聚类系数,度分布服从双段幂律分布,介数和强度服从指数分布。介数是影响空域扇区网络韧性最大的指标,采用介数恢复策略可显著提高外界干扰下空域扇区网络的韧性。

基于复杂网络理论的空域扇区网络特性及抗毁性分析

随着民航运输快速发展与空域资源稀缺这一矛盾日益加剧,空中交通拥堵现象日益严重。提高空域扇区的运行效率是解决航班延误的有效方法。本文采用抗毁性特征指标对空域扇区按照重要性排序,确定对网络的抗毁性影响最大的值,系统层面分析扇区网络特性及抗毁性。

空中交通CPS结构特性及韧性评估

针对空中交通体系结构复杂、耦合性强、脆弱性高的特点,为缓解因受扰导致的级联失效现象,对其结构韧性进行研究。建立了空中交通信息物理系统(CPS)模型,提出同层度与层间度、同层介数与层间介数等指标,分析级联失效过程;提出空中交通CPS韧性的概念,并采用定量评估方法对受损能力和恢复能力进行度量;对比不同扰动-恢复策略下的空中交通CPS表现,制定最佳恢复策略,提高受扰时的韧性。以华东地区空中交通CPS为例进行分析,结果表明:空中交通CPS网络度分布服从幂率分布,介数服从指数分布;在基于介数度值扰动下,采用介数恢复策略可以有效提高受扰时空中交通CPS的韧性。

基于军民融合的全局飞行流量协同优化方法

随着飞行活动需求的持续快速增长和空域资源使用矛盾的日益凸显,全局飞行流量协同优化已成为减少飞行延误、降低飞行危险、确保空域运行安全的一个重要手段。空中交通管理作为军民融合发展的重点领域,迫切需要对军民航飞行流量实施统一、高效、兼顾各自特点的协同优化。在实际研究中,全局飞行流量协同优化问题具有大规模、多目标、难分解等特点,是一类复杂的工程优化问题。本文贯彻军民融合发展思想,设计了一种基于军民航异质化飞行活动管制要求、考虑差异化调配方法与代价、兼顾军民航管制员各自工作特点、有效解决扇区网络运行安全性和经济性问题的全局飞行流量多目标协同优化模型——CMI模型;为解决种群在进化过程中"不平衡不充分"的问题,提出了一种动态自适应多目标遗传算法(DA-MOGA),并针对性设计了基于聚集距离和种群多样性的交叉变异概率动态调整机制。利用中国扇区网络实际数据,对本文提出的模型和算法进行了验证,算法结果优于2种经典的多目标进化算法。