對航空交通系統的交通復雜性的分析

[摘 要]民航在快速發展建設中，航空交通系統的交通也開始越加復雜。在這種情況下，對航空交通系統的交通復雜性進行分析，可以為民航交通運輸系統完善提供一定依據。

[關鍵詞]航空交通系統；空中交通復雜性；航線網絡

中圖分類號：V37；V355 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）30-0080-01

前言：為了能夠推動民航業快速發展建設，就需要對航空交通系統的交通復雜性進行了解，梳理不同航空交通系統之間的關聯，尋找空中運行環境和管理人員工作之間的平衡點，為航空交通系統穩定運行提供相關理論保證。除此之外，在對航空交通系統的交通復雜性分析之后，可以為空中交通系統航班設計提供有關計算方法，保證航班設置科學合理。

1、終端區交通流復雜度測度分析

空中交通網絡所出現的擁堵主要位于機場及終端區位置上，造成這種情況的主要原因為空域容量約束，其中終端區是受到容量約束最為嚴重的一個地區。

1.1 近似熵、聯合熵模型及其檢驗

1.1.1 時間序列的近似熵模型算法

時間序列的近似熵模型算法實際上就是在一維時間序列內，開展多維空間重新組合，維數從n在增加到n+1情況下，出現新型時間序列可能性。在對時間序列的近似熵模型計算過程中，首先對時間序列長度，所需要構建的空間維度確定，然后對不同矢量之間距離確定，最終按照時間序列定義，對時間序列的近似熵模型進行計算。

1.1.2 檢驗模型的參考序列

模型在檢測過程中應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，進而完成模型檢驗操作，保證分析研究有效性。并且在近似熵和聯合熵模型基礎條件之上，對航空交通系統復雜性范圍進行劃分，所劃分的范圍就是最終空中交通流系統測度結果所參考的標準，這樣不同航空交通系統的交通復雜性對比也更加容易。

1.1.3 檢驗計算結果

按照上文檢驗計算流程，在對近似熵和聯合熵計算完畢之后，發現時間序列長度基本上控制在500左右。近似熵最大數值和白噪聲序列時間相似，并且近似熵最大數值要遠遠超過混沌系統數值。借助對比方式，可以看見不同時間序列的近似熵值，可以直觀表現出航空交通系統真實、復雜程度。

1.2 交通流數據采集

本文在對航空交通系統的交通復雜性分析所應用到的數據，全部都來源于西部地區某機場。交通流描述主要指標有四個，分別為車頭間距、流量、速度及密度。在這四個指標中，其中最容易采集的數據為車頭間距。機場作為民航重要樞紐，飛機需要在專門跑道上完成起飛及降落操作，縮短飛機在跑道上的時間，這種情況下必須對飛機在起飛及降落上的時間差進行計算，進而客觀體現出終端區復雜情況。

借助終端區原始時間序列的近似熵和聯合熵計算結果可以發現，終端區在航空交通系統的交通復雜性在周期序列和隨機序列之間，這也就表明終端區在航空交通系統內呈現混沌特點。航空交通系統在不同時間段當中，時間序列的聯合熵計算結果存在較大偏差，這也就表明在對不同時間段上聯合熵計算完畢之后，可以客觀體現出航空交通系統的交通復雜性。

2、基于空中交通復雜度分析

2.1 航空交通復雜度

航空交通系統管理關鍵元素就是航空交通復雜度。航空交通復雜度和航空交通系統高效穩定運行之間有著緊密關聯，同時也可以為空域規劃管理提供有關數據依據。借助航空交通復雜度，提前預測航空交通所能夠承受的復雜性，進而在針對空域上，借助針對性管理措施，將該空域航空交通系統的交通復雜性控制在合理范圍內[1]。

2.2 空域航路容量

伴隨著航空交通數量不斷增加，為了防止航空出現高峰情況，航空交通管理中心制定了大量管理措施，進而保證每一個時間段交通流相對均勻?？沼蚝铰啡萘渴艿捷^多因素影響，其中最為關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?？沼蚬芾韺嶋H上就是借助動態手段，規范不同時間段內交通流，最大程度提升空域利用率。工作人員的工作載荷實際上屬于主觀因素，可以集中體現出航空交通復雜度?？沼蛞翘幱诿芏冗\行狀態下，在對航空交通復雜度預測完畢之后，航空交通流在戰略還是戰術等方面管理都會更加容易。除此之外，航空交通復雜度在預測完畢之后，對航空自動化輔助系統發展具有促進作用。如圖二所示，在飛機數量相同情況下，不同飛機飛行方向存在差別，空域所呈現出來的復雜度也存在顯著差別。

2.3 應用航空交通復雜度，合理規劃空域

空域在重新規劃之后，可以保證空域在每一個時間段上復雜度均勻。在借助度量衡量某空域復雜度的時候，對比周圍空域復雜度，可以判斷該空域管制人員出現錯誤判斷的可能性。該判斷數值對于航空服務管理人員而言十分重要，可以作為安全分析數據，對空域易出現事故點重點考慮。

3、基于復雜網絡的航線網絡可靠性分析

3.1 實證數據收集與處理

本文在對航線網絡可靠性分析研究過程中，所應用到的數據為某航空公司航班分布情況，并且以機場作為節點，兩個機場作為航班網絡中的線條，構建航線網絡示意圖。

3.2 航空公司航線網絡結構

社會網絡數據在分析處理過程中，主要應用UCINET軟件。該軟件可以對網絡中心性及凝聚性進行分析，部分情況下還可以在二維標度分析上應用，進而本文分析也應用UCINET軟件分析。

UCINET軟件在對航空公司航班數據整合之后，發現網絡節點數量為198個，邊數為1347條，整個航線網絡十分復雜。為了能夠表現出不同航線之間所存在的層次關聯，進而構建了航線骨干網絡，借助加權網絡形式，航線骨干網絡節點數變為103個，變數變為435條。按照航線分布實際情況來說，本文所分析的航空公司航線網絡層次鮮明，屬于典型復合式航線網絡形式。

3.3 網絡可靠性分析

在對航線網絡可靠性分析過程中，必須選擇合理形式攻擊網絡，現階段主要應用惡意攻擊及隨機攻擊方式攻擊網絡。按照上述分析表示，某航空公司航線網絡并不存在標度，非常容易遭受到攻擊，但是依舊可以穩定運行，也就是對攻擊具有較強應對彈性。

航線網絡內節點在移除若干之后，路徑長度在發生顯著改變情況下，平均路徑將會出現顯著變化，在介數優先策略轉變之下，航線平均路徑長度從逐漸上升狀態又緩慢下降。主要受到網絡劃分的多個子系統所影響，并且不同子系統之間并未連接[2]。

結論

民航業在快速發展過程中，監視技術及導航技術快速發展，進而航空交通系統的交通復雜性也顯著提升。本文對于航空交通系統的交通復雜性進行了全面分析，對復雜度及復雜網絡有關理論進行了重點闡述，在航空交通系統進行了量度分析，并且以某航空公司作為研究對象，對航空交通系統的交通復雜性進行實證研究，通過規范化處理航線網絡，希望可以為航空交通系統發展提供一定幫助。

參考文獻

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

[2] 陳旭光，馮宇.對內蒙古公路交通綜合運行分析系統建設的思考[J].內蒙古公路與運輸，2013，（02）：65-67.

作者簡介

饒月耀（1998.09--）性別：男，籍貫：四川成都人，學歷：本科，畢業于：中國民航飛行學院，現有職稱：助理工程師，研究方向：空中交通運輸。endprint