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基于交通分配的航路网络生成

2020-12-08阅读(172)

基于交通分配的航路网络生成

论文摘要

高速发展的航空运输业在未来的几十年内依旧会快速增长,在有限的机场资源空域通行能力的条件下,不断扩大的交通运输需求将会导致航空器延误、航路拥堵、甚至于航班取消。航路网络作为民航客运和货运的载体,是实现空中交通运输的载体,其结构直接影响交通运输的实际运行情况,而在航路网络上的交通运输情况又是检验航路网络结构的重要依据。因此,基于交通分配的航路网络生成便成了当前空中交通领域空域规划技术中一个迫切研究的课题。论文阐述了航路网络生成、交通分配和双层规划方面的研究现状,介绍了复杂网络基础理论和双层规划的相关理论。论文创新性将交通流需求引入航路网络生成,不仅引入机场之间的需求作为航路网络生成的依据,而且将交通量在航路网络中的分布情况引入航路网络生成。通过双层规划模型从航路网络系统规划者角度和航路网络系统使用者角度出发将静态航路网络结构生成和动态航路网络运行联系起来,以航路网络生成子模型和航路网络优化子模型建立了双层规划的上层模型,以交通分配模型建立了下层模型。在航路网络生成子模型求解方面,论文将同时考察航路网络结构和交通分布情况的加权的邻居集信息分配指标WNSIA引入航路网络生成中,证明了加权的邻居集信息分配指标WNSIA具有更高的准确性,并利用其预测航路网络航路点对的相似性指数。利用改进网络拓扑生成器生成航路网络拓扑结构,并用基于偏好的最优路径搜索算法在航路网络拓扑结构中搜索路径生成初始航路网络。在航路网络优化子模型求解方面,论文从航路网络运行成本、飞行冲突系数和动态非直线系数多个目标函数方面优化初始航路网络,并采用NSGA-III算法求解,向下层模型传递航路网络结构。下层模型运用K最短路径搜索算法在航路网络中搜索路径,完成交通分配,并向上层模型传递交通分布和改变后的航路网络结构。论文基于Python平台NetworkX复杂网络分析库进行中国大陆航路网络生成研究,通过自己开发的航路网络规划工具软件进行仿真验证,采用地理信息系统平台ArcGIS进行图像信息显示。采用中国大陆空域北京和上海飞行情报区57个机场、383个航路点、635条航段、226条航线组成的航路网络和187975架次机场对交通流量进行案例仿真。航路网络生成后航路点453个,航段521条,航路网络优化后,航路点平均移动距离31.104公里,交通分配后,航路点329个,航段507条。使用复杂网络评价指标分析了航路网络结构的变化,发现航路网络逐渐简化,节点连通性变大,密集程度提高,网络抗毁性提高,网络可达性提高。最后通过与现有航路网络对比对航路网络结构和交通分配结果进行了评价,交通分配运行成本下降22.920%,飞行冲突系数下降19.723%,动态非直线系数下降7.423%。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 注释表
  • 缩略词
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景及意义
  •   1.2 研究现状
  •     1.2.1 航路网络生成
  •     1.2.2 交通分配
  •     1.2.3 双层规划
  •   1.3 论文结构安排
  • 第二章 基于交通分配的航路网络生成基础理论
  •   2.1 复杂网络
  •     2.1.1 网络图的表示方法
  •     2.1.2 复杂网络相关指标
  •     2.1.3 航路网络的复杂性
  •   2.2 链路预测相关理论
  •     2.2.1 问题描述和评价方法
  •     2.2.2 链路预测相关指标
  •   2.3 交通分配
  •     2.3.1 交通流特性
  •     2.3.2 交通分配功能
  •     2.3.3 交通分配方法
  •   2.4 双层规划相关理论
  •     2.4.1 双层规划问题介绍
  •     2.4.2 交通网络设计中的双层规划模型
  •     2.4.3 航路网络设计中的双层规划模型
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 基于交通分配的航路网络模型
  •   3.1 基于交通分配的航路网络模型基本思路
  •   3.2 通行能力模型的建立
  •     3.2.1 航段通行能力
  •     3.2.2 航路点通行能力
  •   3.3 航路网络模型建立
  •     3.3.1 航路网络生成模型的建立
  •     3.3.2 航路网络优化模型的建立
  •     3.3.3 交通分配模型的建立
  •   3.4 基于交通分配的航路网络生成双层规划模型
  •   3.5 模型评价
  •   3.6 本章小结
  • 第四章 航路网络模型求解
  •   4.1 基于加权邻居集信息分配的链路预测技术
  •     4.1.1 链路预测的广义信息理论模型
  •     4.1.2 邻居集信息分配指数（NSIA）
  •     4.1.3 加权邻居集信息分配指数（WNSIA）
  •   4.2 改进网络拓扑生成器
  •   4.3 基于偏好的最优路径搜索算法
  •   4.4 NSGA-III算法
  •   4.5 路径搜索算法
  •     4.5.1 Dijkstra算法
  •     4.5.2 K最短路径搜索算法
  •   4.6 基于交通分配的航路网络生成算法流程
  •   4.7 本章小结
  • 第五章 基于交通分配的航路网络生成仿真验证
  •   5.1 中国航路网络结构分析
  •   5.2 基于交通分配的中国航路网络生成
  •     5.2.1 建立模型
  •     5.2.2 优化模型求解
  •   5.3 基于交通分配的航路网络生成评价
  •   5.4 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 总结
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 在学期间发表学术论文及参加科研项目情况
  • 附录

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 韩昀轩

    导师: 王世锦

    关键词: 航路网络,复杂网络,链路预测,交通分配,双层规划

    来源: 南京航空航天大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 数学,航空航天科学与工程

    单位: 南京航空航天大学

    分类号: V35;O157.5

    DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000891

    总页数: 77

    文件大小: 2457K

    下载量: 60

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