對(duì)航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性的分析

[摘 要]民航在快速發(fā)展建設(shè)中，航空交通系統(tǒng)的交通也開(kāi)始越加復(fù)雜。在這種情況下，對(duì)航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性進(jìn)行分析，可以為民航交通運(yùn)輸系統(tǒng)完善提供一定依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]航空交通系統(tǒng)；空中交通復(fù)雜性；航線網(wǎng)絡(luò)

中圖分類(lèi)號(hào)：V37；V355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）30-0080-01

前言：為了能夠推動(dòng)民航業(yè)快速發(fā)展建設(shè)，就需要對(duì)航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性進(jìn)行了解，梳理不同航空交通系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)，尋找空中運(yùn)行環(huán)境和管理人員工作之間的平衡點(diǎn)，為航空交通系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供相關(guān)理論保證。除此之外，在對(duì)航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性分析之后，可以為空中交通系統(tǒng)航班設(shè)計(jì)提供有關(guān)計(jì)算方法，保證航班設(shè)置科學(xué)合理。

1、終端區(qū)交通流復(fù)雜度測(cè)度分析

空中交通網(wǎng)絡(luò)所出現(xiàn)的擁堵主要位于機(jī)場(chǎng)及終端區(qū)位置上，造成這種情況的主要原因?yàn)榭沼蛉萘考s束，其中終端區(qū)是受到容量約束最為嚴(yán)重的一個(gè)地區(qū)。

1.1 近似熵、聯(lián)合熵模型及其檢驗(yàn)

1.1.1 時(shí)間序列的近似熵模型算法

時(shí)間序列的近似熵模型算法實(shí)際上就是在一維時(shí)間序列內(nèi)，開(kāi)展多維空間重新組合，維數(shù)從n在增加到n+1情況下，出現(xiàn)新型時(shí)間序列可能性。在對(duì)時(shí)間序列的近似熵模型計(jì)算過(guò)程中，首先對(duì)時(shí)間序列長(zhǎng)度，所需要構(gòu)建的空間維度確定，然后對(duì)不同矢量之間距離確定，最終按照時(shí)間序列定義，對(duì)時(shí)間序列的近似熵模型進(jìn)行計(jì)算。

1.1.2 檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膮⒖夹蛄?/p>

模型在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)用到的參考序列主要分為兩種，分別為混沌方程及白噪聲序列，進(jìn)而完成模型檢驗(yàn)操作，保證分析研究有效性。并且在近似熵和聯(lián)合熵模型基礎(chǔ)條件之上，對(duì)航空交通系統(tǒng)復(fù)雜性范圍進(jìn)行劃分，所劃分的范圍就是最終空中交通流系統(tǒng)測(cè)度結(jié)果所參考的標(biāo)準(zhǔn)，這樣不同航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性對(duì)比也更加容易。

1.1.3 檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果

按照上文檢驗(yàn)計(jì)算流程，在對(duì)近似熵和聯(lián)合熵計(jì)算完畢之后，發(fā)現(xiàn)時(shí)間序列長(zhǎng)度基本上控制在500左右。近似熵最大數(shù)值和白噪聲序列時(shí)間相似，并且近似熵最大數(shù)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)混沌系統(tǒng)數(shù)值。借助對(duì)比方式，可以看見(jiàn)不同時(shí)間序列的近似熵值，可以直觀表現(xiàn)出航空交通系統(tǒng)真實(shí)、復(fù)雜程度。

1.2 交通流數(shù)據(jù)采集

本文在對(duì)航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性分析所應(yīng)用到的數(shù)據(jù)，全部都來(lái)源于西部地區(qū)某機(jī)場(chǎng)。交通流描述主要指標(biāo)有四個(gè)，分別為車(chē)頭間距、流量、速度及密度。在這四個(gè)指標(biāo)中，其中最容易采集的數(shù)據(jù)為車(chē)頭間距。機(jī)場(chǎng)作為民航重要樞紐，飛機(jī)需要在專(zhuān)門(mén)跑道上完成起飛及降落操作，縮短飛機(jī)在跑道上的時(shí)間，這種情況下必須對(duì)飛機(jī)在起飛及降落上的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而客觀體現(xiàn)出終端區(qū)復(fù)雜情況。

借助終端區(qū)原始時(shí)間序列的近似熵和聯(lián)合熵計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，終端區(qū)在航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性在周期序列和隨機(jī)序列之間，這也就表明終端區(qū)在航空交通系統(tǒng)內(nèi)呈現(xiàn)混沌特點(diǎn)。航空交通系統(tǒng)在不同時(shí)間段當(dāng)中，時(shí)間序列的聯(lián)合熵計(jì)算結(jié)果存在較大偏差，這也就表明在對(duì)不同時(shí)間段上聯(lián)合熵計(jì)算完畢之后，可以客觀體現(xiàn)出航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性。

2、基于空中交通復(fù)雜度分析

2.1 航空交通復(fù)雜度

航空交通系統(tǒng)管理關(guān)鍵元素就是航空交通復(fù)雜度。航空交通復(fù)雜度和航空交通系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行之間有著緊密關(guān)聯(lián)，同時(shí)也可以為空域規(guī)劃管理提供有關(guān)數(shù)據(jù)依據(jù)。借助航空交通復(fù)雜度，提前預(yù)測(cè)航空交通所能夠承受的復(fù)雜性，進(jìn)而在針對(duì)空域上，借助針對(duì)性管理措施，將該空域航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性控制在合理范圍內(nèi)[1]。

2.2 空域航路容量

伴隨著航空交通數(shù)量不斷增加，為了防止航空出現(xiàn)高峰情況，航空交通管理中心制定了大量管理措施，進(jìn)而保證每一個(gè)時(shí)間段交通流相對(duì)均勻。空域航路容量受到較多因素影響，其中最為關(guān)鍵因素就是工作人員的工作載荷。工作人員的工作載荷也受到多種因素約束，例如航空交通序列等?？沼蚬芾韺?shí)際上就是借助動(dòng)態(tài)手段，規(guī)范不同時(shí)間段內(nèi)交通流，最大程度提升空域利用率。工作人員的工作載荷實(shí)際上屬于主觀因素，可以集中體現(xiàn)出航空交通復(fù)雜度?？沼蛞翘幱诿芏冗\(yùn)行狀態(tài)下，在對(duì)航空交通復(fù)雜度預(yù)測(cè)完畢之后，航空交通流在戰(zhàn)略還是戰(zhàn)術(shù)等方面管理都會(huì)更加容易。除此之外，航空交通復(fù)雜度在預(yù)測(cè)完畢之后，對(duì)航空自動(dòng)化輔助系統(tǒng)發(fā)展具有促進(jìn)作用。如圖二所示，在飛機(jī)數(shù)量相同情況下，不同飛機(jī)飛行方向存在差別，空域所呈現(xiàn)出來(lái)的復(fù)雜度也存在顯著差別。

2.3 應(yīng)用航空交通復(fù)雜度，合理規(guī)劃空域

空域在重新規(guī)劃之后，可以保證空域在每一個(gè)時(shí)間段上復(fù)雜度均勻。在借助度量衡量某空域復(fù)雜度的時(shí)候，對(duì)比周?chē)沼驈?fù)雜度，可以判斷該空域管制人員出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷的可能性。該判斷數(shù)值對(duì)于航空服務(wù)管理人員而言十分重要，可以作為安全分析數(shù)據(jù)，對(duì)空域易出現(xiàn)事故點(diǎn)重點(diǎn)考慮。

3、基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的航線網(wǎng)絡(luò)可靠性分析

3.1 實(shí)證數(shù)據(jù)收集與處理

本文在對(duì)航線網(wǎng)絡(luò)可靠性分析研究過(guò)程中，所應(yīng)用到的數(shù)據(jù)為某航空公司航班分布情況，并且以機(jī)場(chǎng)作為節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)機(jī)場(chǎng)作為航班網(wǎng)絡(luò)中的線條，構(gòu)建航線網(wǎng)絡(luò)示意圖。

3.2 航空公司航線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在分析處理過(guò)程中，主要應(yīng)用UCINET軟件。該軟件可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中心性及凝聚性進(jìn)行分析，部分情況下還可以在二維標(biāo)度分析上應(yīng)用，進(jìn)而本文分析也應(yīng)用UCINET軟件分析。

UCINET軟件在對(duì)航空公司航班數(shù)據(jù)整合之后，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量為198個(gè)，邊數(shù)為1347條，整個(gè)航線網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜。為了能夠表現(xiàn)出不同航線之間所存在的層次關(guān)聯(lián)，進(jìn)而構(gòu)建了航線骨干網(wǎng)絡(luò)，借助加權(quán)網(wǎng)絡(luò)形式，航線骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)變?yōu)?03個(gè)，變數(shù)變?yōu)?35條。按照航線分布實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，本文所分析的航空公司航線網(wǎng)絡(luò)層次鮮明，屬于典型復(fù)合式航線網(wǎng)絡(luò)形式。

3.3 網(wǎng)絡(luò)可靠性分析

在對(duì)航線網(wǎng)絡(luò)可靠性分析過(guò)程中，必須選擇合理形式攻擊網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)階段主要應(yīng)用惡意攻擊及隨機(jī)攻擊方式攻擊網(wǎng)絡(luò)。按照上述分析表示，某航空公司航線網(wǎng)絡(luò)并不存在標(biāo)度，非常容易遭受到攻擊，但是依舊可以穩(wěn)定運(yùn)行，也就是對(duì)攻擊具有較強(qiáng)應(yīng)對(duì)彈性。

航線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)在移除若干之后，路徑長(zhǎng)度在發(fā)生顯著改變情況下，平均路徑將會(huì)出現(xiàn)顯著變化，在介數(shù)優(yōu)先策略轉(zhuǎn)變之下，航線平均路徑長(zhǎng)度從逐漸上升狀態(tài)又緩慢下降。主要受到網(wǎng)絡(luò)劃分的多個(gè)子系統(tǒng)所影響，并且不同子系統(tǒng)之間并未連接[2]。

結(jié)論

民航業(yè)在快速發(fā)展過(guò)程中，監(jiān)視技術(shù)及導(dǎo)航技術(shù)快速發(fā)展，進(jìn)而航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性也顯著提升。本文對(duì)于航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性進(jìn)行了全面分析，對(duì)復(fù)雜度及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)有關(guān)理論進(jìn)行了重點(diǎn)闡述，在航空交通系統(tǒng)進(jìn)行了量度分析，并且以某航空公司作為研究對(duì)象，對(duì)航空交通系統(tǒng)的交通復(fù)雜性進(jìn)行實(shí)證研究，通過(guò)規(guī)范化處理航線網(wǎng)絡(luò)，希望可以為航空交通系統(tǒng)發(fā)展提供一定幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] 王紅勇，溫瑞英，趙嶷飛.空中交通復(fù)雜性與管制員通話負(fù)荷的相關(guān)性研究[J].中國(guó)科技論文，2015，（07）：755-759.

[2] 陳旭光，馮宇.對(duì)內(nèi)蒙古公路交通綜合運(yùn)行分析系統(tǒng)建設(shè)的思考[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2013，（02）：65-67.

作者簡(jiǎn)介

饒?jiān)乱?998.09--）性別：男，籍貫：四川成都人，學(xué)歷：本科，畢業(yè)于：中國(guó)民航飛行學(xué)院，現(xiàn)有職稱(chēng)：助理工程師，研究方向：空中交通運(yùn)輸。endprint