高密度航路网络交通拥挤风险管控方法研究

The construction of large regional airport group forms a high-density route network, to become the new focus leading to traffic congestion, flight intensified conflicts,sevirious flight delays increasing. Subject to the traffic congestion problem caused by a high-density route network, this study aims to establish a systematic, scientific theoretical foundation and methodology from a new perspective of risk management, in order to accurately grasp the evolution of the routes network traffic congestion, to realize an objective assessment of the role of the degree of traffic congestion risk and accurate implementation of risk management and control strategies. First, the aircraft group behavior characteristics are extracted based on simulation analysis method, and a route network traffic flow propagation model are established based on the aggregated flow theory, in order to extract high-density routes network traffic flow propagation and reveal heavy traffic self-organization evolution mechanism.Then, the microscopic risk factors and their coupling mechanism of the single airspace unit traffic flow mode are analyzed utilizing pattern recognition methods, the global risk elements of the route network are extracted, and a the risk losses evaluation method is built, in order to quantify the potential dangers of heavy traffic. Finally, a collaborative multi-agent traffic flow optimization model for high-risk route system is established, meanwhile utilizing traffic flow order parameter control method, the cost control, risk control and time control of traffic congestion will be realized, in order to provide a theoretical method reference to solve the congestion problems of large regional airport group route network in our country and enhancing the performance capabilities of air traffic management.

大区域机场群建设形成高密度航路网络，成为引发交通拥挤、飞行矛盾加剧、航班延误增加的新焦点。本课题以高密度航路网络交通拥挤问题为研究对象，从风险管理全新角度出发，为准确把握航路网络交通拥挤的演变规律、客观评价交通拥挤风险的作用程度、精确实施风险管控策略构建较为系统、科学的理论基础与方法体系。首先基于仿真分析方法刻画航空器群体行为特征，基于聚合流理论建立航路网络交通流传播模型，提取高密度航路网络交通流传播规律，揭示交通拥挤自组织演化机理。然后利用模式识别方法分析单一空域单元交通流模式下的微观风险要素及其耦合作用机理，提取航路网络全局风险触发要素，建立风险损失评价方法，量化交通拥挤的潜在危害性。最后针对高风险航路系统建立多主体交通流协同优化模型，利用交通流序参量控制方法，实现交通拥挤风险的成本控制、安全控制和时间控制，为解决我国大区域机场群航路网络拥挤问题、提升运行保障能力提供理论与方法参考。

大区域机场群建设形成高密度航路网络，成为引发交通拥挤、飞行矛盾加剧、航班延误增加的新焦点。本课题以高密度航路网络交通拥挤问题为研究对象，首先从其交通拥挤演化机理进行分析,得到拥挤传播的时间特性：周期震荡和震荡衰减，以及拥挤传播的空间特性：拥挤传播的树形结构，以此为基础建立高密度航路网络中的机场拥挤传播模型和空域拥挤传播模型，并在模型的基础上分析重要参数对拥挤传播的影响，详细分析了分形维数与航班延误的关系，也即不同到达间隔期望下的分维与延误、不同航班机型比例下的分维曲线与延误和不同到达间隔期望下的分维与流容比等之间的关系，从而为探究高密度航路网络的拥挤原因，剖析拥挤风险提供了更多的理论基础；接着基于交通拥挤演化机理，建立高密度航路网络中的航路扇区概率性交通需求预测模型以及空域扇区概率需求预测模型，并且基于阻塞流理论，建立高密度航路网络中的机场终端区极限容量评估模型，从而揭示航路系统交通拥挤与运行风险之间的致因性规律，为准确掌握高密度航路网络的潜在运行风险提供理论基础与方法支持，为准确把握航路网络交通拥挤的演变规律、客观评价交通拥挤风险的作用程度、精确实施风险管控策略构建较为系统、科学的理论基础与方法体系；最后基于交通拥挤风险评价理论，综合分析航路网络交通拥挤风险类型，建立空域拥挤风险管理决策模型，并提供高密度航路网络中的空域拥挤风险评价以及管控方法。结合空中交通运行管理实际中的安全性、经济性和高效性等要求，综合考虑尾流间隔、跑道间隔、时间窗、进离场容量等约束限制，建立了多机场终端区进离场交通流协同排序模型，有效降低高密度航路网络中的航班延误总时间，为提出科学的高密度航路网络交通拥挤风险管控策略、解决我国大区域机场群航路网络拥挤问题和提升运行保障能力提供理论依据与方法参考。