航線管控情況下航空網(wǎng)絡(luò)可靠性的提升策略研究

馬梁云超 梁鑫 季州旭 錢辰浩

摘 要：通過(guò)仿真模擬我們得出，在航線管制后航空網(wǎng)絡(luò)在定向干擾下，當(dāng)79%的城市處于孤立狀態(tài)后我國(guó)航空網(wǎng)絡(luò)將會(huì)癱瘓。這個(gè)數(shù)據(jù)在當(dāng)今運(yùn)輸業(yè)需求量巨大的情況下，顯然是不盡人意的。所以我們針對(duì)航線進(jìn)行了一定的優(yōu)化，試圖優(yōu)化我國(guó)的航空網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：航空網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;定向干擾;仿真分析

1中國(guó)航空網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

在定向干擾情況下，按照中國(guó)通航城市度排名，從高到低依次刪除節(jié)點(diǎn)進(jìn)行仿真，當(dāng)l值下降為0，f=0.79;f>0.79后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)便處于癱瘓狀態(tài)。按照中國(guó)通航城市介數(shù)排名，從高到低依次刪除節(jié)點(diǎn)進(jìn)行仿真，當(dāng)f=0.69時(shí)， l值下降為0，網(wǎng)絡(luò)中隨即不存在任何連接;f>0.69后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)便處于癱瘓狀態(tài)。

2中國(guó)航空網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略

（1）建立多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)的建設(shè)是為了應(yīng)對(duì)節(jié)點(diǎn)遭受定向干擾后采取的事后補(bǔ)救措施。一旦樞紐機(jī)場(chǎng)遭受定向干擾，對(duì)于中國(guó)航空網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的危害不言而喻。建立二線機(jī)場(chǎng)，當(dāng)航空網(wǎng)絡(luò)中主要通航城市遭受定向干擾后，可以將一部分原核心樞紐機(jī)場(chǎng)的流量分給臨時(shí)二線樞紐機(jī)場(chǎng)，以緩解樞紐機(jī)場(chǎng)的壓力，降低網(wǎng)絡(luò)癱瘓的可能。不僅如此，建立多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)，在中國(guó)航空網(wǎng)絡(luò)持續(xù)發(fā)展擴(kuò)大的同時(shí)，也增加了核心機(jī)場(chǎng)的航線航班數(shù)量，能夠大幅提高機(jī)場(chǎng)吞吐量，帶動(dòng)周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（2）加強(qiáng)核心機(jī)場(chǎng)與潛在核心機(jī)場(chǎng)的連接。通過(guò)加強(qiáng)核心機(jī)場(chǎng)與潛在機(jī)場(chǎng)連接的方式，能在一定程度上幫助核心機(jī)場(chǎng)分流，減輕核心機(jī)場(chǎng)的吞吐壓力、分擔(dān)核心機(jī)場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也能使?jié)撛诤诵臋C(jī)場(chǎng)在網(wǎng)絡(luò)中的影響力得到提升，并且有效幫助建立多機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)。

3航空網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化具體措施

（1）核心機(jī)場(chǎng)增加點(diǎn)對(duì)點(diǎn)航線

在中國(guó)現(xiàn)有的航線網(wǎng)絡(luò)中有很多節(jié)點(diǎn)需要到專門的對(duì)口機(jī)場(chǎng)才能乘坐到前往目標(biāo)城市的航班，而這也會(huì)導(dǎo)致當(dāng)節(jié)點(diǎn)受到干擾時(shí)航空網(wǎng)絡(luò)更快的癱瘓，所以我們?cè)黾恿撕诵臋C(jī)場(chǎng)到此類節(jié)點(diǎn)的航班一周一次。

（2）次核心機(jī)場(chǎng)分擔(dān)核心機(jī)場(chǎng)的航線壓力

航線網(wǎng)絡(luò)崩潰較快的主要原因之一便是：核心節(jié)點(diǎn)的孤立。當(dāng)核心節(jié)點(diǎn)孤立后航空網(wǎng)絡(luò)連通性大幅下降，而次核心節(jié)點(diǎn)在未來(lái)有很大潛力可以發(fā)展成為核心節(jié)點(diǎn)，所以我們?cè)黾恿撕诵墓?jié)點(diǎn)周邊次核心節(jié)點(diǎn)的航線及航班數(shù)：同目的地節(jié)點(diǎn)航班數(shù)增加5%-15%，增加少數(shù)前往熱門節(jié)點(diǎn)的航線。

（3）增加潛在次核心機(jī)場(chǎng)于其他節(jié)點(diǎn)的連接

潛在核心機(jī)場(chǎng)如烏魯木齊、昆明、成都和西安等城市，在遭遇干擾時(shí)，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的影響不大，但對(duì)其區(qū)域網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)影響極大。所以適當(dāng)?shù)奶嵘凉撛诤诵臋C(jī)場(chǎng)與其區(qū)域內(nèi)其余節(jié)點(diǎn)的連接，也可以很大程度上增強(qiáng)航空網(wǎng)絡(luò)可靠性。

4定向型干擾對(duì)優(yōu)化后航空網(wǎng)絡(luò)可靠性影響的仿真分析

（1）按照度排序?qū)娇站W(wǎng)絡(luò)的影響仿真分析

① 在定向干擾型-按照度標(biāo)準(zhǔn)的仿真系統(tǒng)中，l值先急劇增加，后快速降為0，變化幅度大，f=0.81;f>0.81后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)便處于癱瘓狀態(tài)。相較于2020年，f=0.79;f>0.79后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)便處于癱瘓狀態(tài)有一定提升。說(shuō)明優(yōu)化方案有效。

② 在定向干擾系統(tǒng)中，s值下降快速，當(dāng)f=0.56時(shí)，s值趨于0，相較于2020年，當(dāng)f=0.72時(shí)，s值趨于0，說(shuō)明中國(guó)航空網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案無(wú)效果。

（2）按照介數(shù)排序?qū)娇站W(wǎng)絡(luò)的影響仿真分析

①在定向干擾型-按照介數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的仿真系統(tǒng)中，l值先增加，后降為0，，當(dāng)f=0.70時(shí)， l值下降為0，網(wǎng)絡(luò)中隨即不存在任何連接;f>0.70后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)便處于癱瘓狀態(tài)。相較于2020年，當(dāng)f=0.69時(shí)， l值下降為0，網(wǎng)絡(luò)中隨即不存在任何連接;f>0.69后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)便處于癱瘓狀態(tài)。有一定的上升，說(shuō)明優(yōu)化方案有效。

②在定向干擾型-按照介數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的仿真系統(tǒng)中，s值快速下降，當(dāng)f=0.69時(shí)，s值趨于0，相較于2020年當(dāng)f=0.47時(shí)，s值趨于0，有一定提升。說(shuō)明優(yōu)化方案有很大成效。

仿真結(jié)果顯示在我們的優(yōu)化方案下航空網(wǎng)絡(luò)可靠性有了一定的提升，最好的情況下可以使航空網(wǎng)絡(luò)在81%節(jié)點(diǎn)孤立后才癱瘓，說(shuō)明我們的優(yōu)化方案大致思路是正確的。但我們給出的優(yōu)化方案的并沒(méi)有很大程度上的改善航空網(wǎng)絡(luò)可靠性，說(shuō)明優(yōu)化方案有待改進(jìn)。

5中國(guó)航空網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案改進(jìn)

在提高核心節(jié)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，以及增加周邊次核心節(jié)點(diǎn)的航班、航線量后，優(yōu)化數(shù)據(jù)仍不明顯。針對(duì)此現(xiàn)象我們考慮到，首先是當(dāng)航空網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)到一定程度后再次提升將會(huì)是很困難的事情，所以提升幅度會(huì)大幅降低。第二，在核心節(jié)點(diǎn)與次核心節(jié)點(diǎn)充分發(fā)揮其作用后，中國(guó)航空網(wǎng)絡(luò)可靠性的提升仍如此微小，說(shuō)明中國(guó)航空網(wǎng)絡(luò)需要建設(shè)更多的潛在核心節(jié)點(diǎn)來(lái)承擔(dān)區(qū)域的運(yùn)輸任務(wù)，且在未來(lái)能真正發(fā)展為次核心節(jié)點(diǎn)或是核心節(jié)點(diǎn)。我們將在接下來(lái)的研究中進(jìn)一步探索。

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通訊作者※ ：梁鑫※ 簡(jiǎn)介，1973年5月，女，漢，山東肥城，副教授 研究方向：企業(yè)管理，交通運(yùn)輸