近年來,快速增長(zhǎng)的空域資源需求與增速緩慢的航路網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致空域資源供需間的差距擴(kuò)大,造成日益嚴(yán)重的空中交通擁擠和航班延誤。航路網(wǎng)絡(luò)增長(zhǎng)的資源性困難,使得航路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化成為一種提升空域使用效率和容量,緩解航班擁擠和延誤的有效方法和重要的研究問題。本文針對(duì)航路網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)航路交叉點(diǎn),從航路基本相交結(jié)構(gòu)入手,系統(tǒng)研究了航路交叉角度、交叉航段長(zhǎng)度等結(jié)構(gòu)要素對(duì)空中交通流影響的內(nèi)部機(jī)理,揭示了交通流運(yùn)行參量與航路結(jié)構(gòu)要素間的相互演變關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,從數(shù)理統(tǒng)計(jì)的角度,分析了航班飛行時(shí)間和航班油耗與航路基本相交結(jié)構(gòu)的關(guān)系,基于交叉航路交通量的非線性分布特征,建立了帶偏好的航路交叉點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型,并設(shè)計(jì)了相關(guān)的求解算法,最后通過仿真驗(yàn)證了模型的有效性。根據(jù)航路網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)要素的研究,基于改進(jìn)的人工勢(shì)場(chǎng)模型,建立了一種多航路點(diǎn)結(jié)構(gòu)及位置布局優(yōu)化模型,并提出了航路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性優(yōu)化框架,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同空域構(gòu)型(交叉航段數(shù)量、有無空域限制等)的優(yōu)化。最后,設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提模型和框架的普適性及在解決實(shí)際航路網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題中的有效性。本文的研究有助于從空域資源供給側(cè)提升空中交通運(yùn)行的質(zhì)量,通過調(diào)整權(quán)重系數(shù),可以有效協(xié)調(diào)不同空域用戶對(duì)航班飛行時(shí)間和油耗的需求;提出的航路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化框架,在空域結(jié)構(gòu)適用性、基于交通流量?jī)?yōu)化特性等方面的表現(xiàn)突出,且對(duì)其他方式的交通路網(wǎng)建模與優(yōu)化同樣具有啟發(fā)意義。
【學(xué)位單位】：中國(guó)民航大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V355
【部分圖文】：

分布雜亂規(guī)律不清晰，采用聚類分析方法研究大王莊交通量分布規(guī)律[52]，得到結(jié)果如圖2-3(b)。（a） 原始飛行航跡 （b） 航跡聚類結(jié)果圖 2-3 大王莊交叉點(diǎn)歷史航跡分析對(duì)比原始飛行航跡和聚類結(jié)果，航空器實(shí)際運(yùn)行與計(jì)劃航路偏差較大，測(cè)算得 358條航跡數(shù)據(jù)中 18%偏離預(yù)定航路。經(jīng)分析，偏航原因主要為：（1）實(shí)際飛行可能遇到同

至 ARNN8 和 ARNN9 終止，以及與之相對(duì)應(yīng)的 4 條反向航路。CWP1_1航路節(jié)點(diǎn)航路航路交叉點(diǎn)ARNN3_1 ARNN5_1ARNN8_1ARNN6_1ARNN2_1 ARNN4_1ARNN9_1ARNN7_1CWP2_1圖 3-14 初始仿真實(shí)驗(yàn)空域結(jié)構(gòu)圖 3-15 為仿真實(shí)施過程航班流在實(shí)驗(yàn)空域運(yùn)行的情況。為了保證每組仿真實(shí)驗(yàn)航班飛行距離相等，改變 CWP1 和 CWP2 之間距離時(shí)，同時(shí)平移 CWP1，ARNN2 和 ARNN三個(gè)點(diǎn)。這樣，每組仿真實(shí)驗(yàn)空域構(gòu)型和航班飛行路徑相等。通過只改變兩個(gè)交叉點(diǎn)之間的距離，來分析其改變對(duì)空域內(nèi)航班運(yùn)行時(shí)間和油耗的影響。

圖 5-4 仿真空域結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)構(gòu)信息之后，采用本文提出的航路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)立優(yōu)化模型并實(shí)施計(jì)算和優(yōu)化。得到優(yōu)化后3.43.53.63.73.83.944.14.2Y標(biāo)坐Sector 1Sector 2Sector 3Sector 4Sector 5現(xiàn)行航路優(yōu)化后航路三區(qū) 制當(dāng)前航路節(jié)點(diǎn)交叉點(diǎn)移動(dòng) 跡

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