基于复杂网络的空中交通拥堵形成机理与疏导控制方法研究

Aiming at the problem of many flights delay caused by air traffic congestion, this project will study the inner formation mechanism and evolution rule of air traffic congestion based on complex network theory, and then will propose effective evanesce control methods. The main reaesrch contains: 1.Establish the complex network model of air traffic,which can reflect the temporal and spatial characteristics of air traffic, and study its correlation features; 2.Propose identification methods of air traffic congestion, and establish the evaluation index system of congestion based on traffic capacity; 3.Study the formation mechanism of traffic congestion caused by periodic congestion under normal circumstances and sporadic congestion under emergent events, and reveal the inner relationship among network structure, flight flow and traffic congestion; 4.Study the collaborative evanesce control methods of traffic congestion, establish the method of multi-flights rerouting and alternate in flying ,and the strategies of multi-airports GDP and push control in planning. The research of this project will format comprehensive and scientific cognition of air traffic congestion. It will provide a new way and new thinking for solving congestion, which will take good advantage of reducing flight delay and push forward the further devalopment of traffic flow management and airspace planning theory. This research will also provide scientific evifence and technical support for the stable and high effective operation of air traffic system.

针对当前由于空中交通拥堵造成大量航班经常延误问题，本项目以复杂网络理论为基础，深入研究空中交通拥堵形成的内在机理和演变规律，提出缓解拥堵的有效疏导控制方法。主要研究内容包括：1.空中交通复杂网络建模及特性研究，建立能够反映空中交通时空特征的复杂网络模型；2.空中交通拥堵识别方法，提出建立基于通行能力的拥堵评价指标体系；3.空中交通拥堵形成机理研究，分为正常情况下周期性拥堵和突发事件下偶发性拥堵两种情况，揭示网络结构、航班流量和拥堵之间的内在联系；4. 空中交通拥堵协同疏导控制方法，建立飞行中多航班协同改航、备降等疏导方法，以及计划中航班多机场地面等待、推出控制等控制策略。本项目的研究，将对空中交通拥堵产生机理形成全面的、科学的认知，将为解决拥堵提供新途径和新思路，有助于减少航班延误率，推动流量管理和空域规划理论进一步发展，为空中交通系统高效稳定运行提供必要的科学理论依据和关键技术保证。

空中交通拥堵经常造成大量航班延误，给旅客、航空公司和社会带来巨大的经济损失，同时也会产生严重的安全隐患。针对空中交通拥堵问题的复杂性、紧急性和不可试验性，本项目以复杂网络理论为基础，深入研究了空中交通拥堵形成的内在机理和演变规律，提出了缓解拥堵的有效疏导控制方法。主要研究内容包括：1.空中交通复杂网络建模及特性研究，建立能够反映空中交通时空特征的复杂网络模型；2.空中交通拥堵识别方法，提出建立基于通行能力的拥堵评价指标体系；3.空中交通拥堵形成机理研究，揭示网络结构、航班流量和拥堵之间的耦合联系；4.空中交通拥堵协同疏导控制方法，建立多航班尾随间隔管理、协同放行等疏导方法，以及多机场地面等待、推出控制等流量管理策略。.在项目执行期间内，为剖析空中交通运行特性、减少航班延误，从网络模型、拥堵机理、流量管理方法等方面开展了一系列深入理论研究工作，并按照既定计划按时完成申请书所要求的各项任务，取得学术论文、发明专利和人才培养等多项研究成果，具体包括：发表学术研究论文27篇，其中在重要学术期刊发表23篇，国内外学术会议发表4篇，已发表论文被EI和SCI检索收录的有8篇；申请发明专利7项。 .项目注重理论研究与实际应用相结合，关于空中交通网络脆弱性指标和故障传播机理研究成果应用于国家重点研发计划课题“高风险航迹追踪识别与风险预警技术”；项目组提出的影响力节点识别、拥堵识别与传播机理，应用于全国航班运行效率评估与分析，支持中国民用航空局发布相关报告。本项目的研究，为解决空中交通拥堵提供新途径和新思路，有助于减少航班延误率，推动流量管理和空域规划理论进一步发展。