文摘

一个多层网络模型和分析方法提出了空中交通网络。这些网络被视为复杂系统与机场之间的相互作用、空域、程序,和空气流量(atf)。一个架构airport-airspace网络和飞行轨迹网络开发代表关键物理和操作特征。多层交通流网络和一个相关的交通拥堵传播网络也制定代表ATF连接和拥堵传播动力学,分别。此外,一系列的分析指标,包括机场地面(如),终端管制空域(柠檬酸),和控制的空域(ACA),介绍并应用于一个案例研究在中国中部和东南部。实证结果显示存在的基本图机场终端,和航线的十字路口。此外,交通拥堵传播的动力学和潜在机制通过AS-TCA-ACA网络展示和解释使用古典susceptible-infectious-removed模型层次网络。最后,高传播概率在相邻终端和网络系统级恢复概率确定。这项研究提供了分析工具来理解复杂的空中交通系统之间的相互作用和识别未来发展和自动化层耦合的空中交通管理系统。

1。介绍

交通流是一个无处不在的人类社会的动态过程。空中交通,这不同于大多数流量变化,严格监视空中交通管理(ATM)。空中交通拥堵是一个科学问题限制了民航的发展和飞行安全。

ATM系统的运营监管举措都为解决空中交通拥挤问题的决定因素。应对日益增长的空中交通需求和交通拥堵,全球ATM数据管理系统正在升级,从分区域管理,国家层面的统一管理。到2021年,中国实现了国家流管理系统的角色的大脑中心的运作和管理民航空中交通。ATM系统的推广和实施计划,如单一欧洲天空ATM研究(研究)和次世代,预计提高空中交通系统弹性和缓解空中交通拥堵在相当大的程度上。

不同于城市交通拥堵,车辆之间产生的冲突由每一个独立的决策者(即驱动的。,driver) and the limited road traffic resources, air traffic flow (ATF) congestion is a combination of the air traffic control system (ATCS) and the airline operation system in a limited space environment. Therefore, as shown in Figure1,ATF拥堵通常发生在一个时空环境交通运行有限的资源(如机场地面()(包括围裙、跑道、和跑道),终端管制空域(柠檬酸),和控制的空域(ACA)和路由收敛)。

近几十年来,几个ATF建模进行了研究。作为一个重要的位置的流出和流入空气流量,操作各种约束,如释放时间、可用的围裙,和跑道分配,导致交通拥堵。研究交通拥堵的屁股上主要集中在排队问题连接围裙,滑行道,跑道(1- - - - - -3];航班延误(4- - - - - -7];和滑行管理(8- - - - - -10]。杨等人讨论了即将离任的交通流的拥塞但忽略到达交通流的影响(11]。涉及到两个不同的阶段,即为代表的畅通和拥挤的阶段,density-speed-flow关系(12]。由于交通拥堵加剧,还会持续一段时间,交通拥堵传播到空域上游的交通流量,导致终端区域交通拥堵。很少有研究系统地研究交通流的特点,交通拥堵在屁股,特别是关于同时滑行降落后,飞机起飞前。

拥堵的柠檬酸是另一个空中交通动力学的主要表现。柠檬酸内的交通流量拥堵传播动机制定了ATF控制模型近年来预测总体影响空中交通延误和柠檬酸的支持流程管理枢纽机场。灵感来自于交通流基本图(13,14),张等人提出了一个基于模型细胞传输终端空域流模型与一个假定的“流ρv”的关系(15]。更详细的交通流相变(畅通、光滑、semistable和拥挤的)都被杨et al。12]。与交通堵塞,可以使用一个二维模型,分析了柠檬酸拥堵在三维空间是一个依赖于时间的变化过程。因此,很强的相关性之间的柠檬酸和交通堵塞是观察。因此,大多数研究没有区分这两个之间的拥塞机制。然而,从交通流的角度来看,地面流和ATF有不同的运动状态,流动环境,和限制性条件。因此,交通流量和到达/离开柠檬酸可以单独分析了交通流的运动状态。

另一个关键区域空中交通拥堵的ACA。在这个空间中,飞机操作中高度和高空航线必须保持安全间距和有序而飞行。Bilimoria和李提出了一个基于飞机的相对距离的空间聚类方法和确定了空中交通状态通过建立拥堵指数“群密度”(16]。李等人评估和确定拥堵的程度由飞机进入控制部门与不同的标题使用最低课程变化参数的飞机防撞(17]。

各种最新的研究强调的重要性考虑网络建模研究交通拥堵的传播和航班延误18- - - - - -21]。林等人提出一个新的航班延误模型来捕获航路拥堵在航班延误的影响空中交通网络(22]。王等人提供了一个算法,它使用滑动相关窗口提取机场对稳定延迟滞后,估计显著从嘈杂的机场延误之间的时间滞后,总体运营数据(23]。吴等人开发了一个航空部门网络延迟模型,该模型考虑了两个机场和空域容量(24]。

其他的研究都集中在空域部门能力评估(25- - - - - -27基于复杂网络[]和航空网络建模28- - - - - -34]。大多数研究揭示空中交通网络拥塞的拓扑结构和动态行为是基于无尺度小世界网络建模的机场和航班由节点和边,分别。然而,这种建模方法只考虑机场节点;它忽略了交通拥堵的根本原因在实际的空中交通网络流。民用航空飞行操作的整个过程的监控和指挥下atc,控制,柠檬酸,ACA。

回顾文献表明,现有的研究集中在空中交通系统的建模和评估没有完全理解固有的空域流量动态和管理他们的共同进化的规则。此外,报告空中交通拥堵传播的通用网络系统层面是有限的。

空中交通网络流系统是指一个空中交通网络的形成在机场的航线。网络和飞机在这个网络生成ATF的运动;两个由空中交通网络流系统。当流输入缺席,没有飞机飞行空域、空中交通网络是一个静态交通网络只有空间特征。相反,当飞机在机场和航路飞行,非负流赋予空中交通网络与某些动态特性。流的网络传输的支持下,空中交通网络流的操作系统也有一定的动态特性。此外,空中交通系统的复杂性的定量表征从交通流的角度和空域缺乏互动。进行这样的描述在宏观和微观两个层面,小说提出了多层网络方法。多层网络包括两个物理网络,即一个架构airport-airspace网络(TAAN)和飞行轨迹网络(FTN)和两个层次网络,即一个多层交通流网络(MTFN)和一个相关的交通拥堵传播网络(ITCPN)。支持这样的多层网络框架,揭示了内部ATF节点拥塞传播动力学,开发不同类型的分析指标如下:交通流量指标(我),(2)柠檬酸,ACA (iii), (iv)交通拥堵指标,(v)分层拥堵传播指标。 The main contribution of this study is the formulation of the multilayer coupled congestion propagation network model. It also contributes the following findings obtained through the verification of the theoretical and empirical data of a representative region in China. The content and flow of this study are shown in Figure2。(1)实验流程图(FD),柠檬酸,ACA:在基于MTFN空中交通网络,,柠檬酸,和ACA是用作第一次网络节点和一个双向基本FD创建基于经验数据。确定了三种不同的流动状态节点的三个层次,即自由、光滑,和拥挤。(2)时间slot-based拥堵传播网络:在地区层面上,分层耦合拥堵传播网络模型验证分析的交通流数据,柠檬酸,ACA在一个典型的忙碌的一天。引言应简洁,没有小标题。有限的数据可能包含只有在真正入门,不包含新的结果。

2。多层网络拥堵传播建模

提出操作的复杂ATF动力学之间,柠檬酸,ACA和运行状态的变化,柠檬酸,和ACA源自气道之间的交互区域分布、空中交通和空中交通管制。分析AS-TCA全面的交通流动态,一种新的分析框架基于多层网络的建立。该框架包括两个物理网络,即TAAN FTN,和两个层次网络,即MTFN ITCPN。在以下部分中阐述了这些网络。

2.1。TAAN

传统、空域网络建模与路点图形边缘节点和线路段(链接)。然而,正如在本节中,提出一个架构领空网络构建,利用密集的交换在空域和周边空域航线领空节点形成了ACA网络。如图3,ACA网络中的节点代表主要航路交换或航路交换由多个交换。ACA的连通性之间的航线网络反映了邻接交换和密集的航线。高空空气交通堵塞通常发生在路由交换。因此,架构领空网络建模方法可以简化实际的航线网络和抽象复杂的航线网络分布到一个简单的网络节点和边缘连接。

对于上面的空域和机场,交通流运动空间分为,柠檬酸,ACA根据交通流的规则和atc的控制范围。相邻节点也与边缘,如图4。

2.2。FTN

考虑一个东飞行流作为一个例子。当飞机离开天津机场,爬到一定高度,离职过程结束,柠檬酸ATC(空中交通控制器)转移ACC ATC的飞行。爬出来后ZBTJ(天津)柠檬酸,飞机穿过ZBAA(北京)ACC ZSJN(济南)ACC和ZSSS(上海)ACC最后方法和土地ZSSS(上海)柠檬酸。路线传递ACCs遇到三个路由交换,可以表示为ACA节点,如图5。因此,空域穿越了整个飞行过程的形式表示节点简化ATF的运动路径。

2.3。MTFN

定义一个MTFN, TAAN FTN以及三种类型的节点(柠檬酸,ACA)的总和。

考虑耦合网络融合后TAAN FTN,成立一个MTFN根据交通流运动连通性。子网层的代表,和节点是不连接的。子网B代表了柠檬酸层;如果终端接近或相互包含,邻柠檬酸节点相连的边。子网C代表ACA层。根据低的部门分布/高空空域相邻ACA节点相连的边。如图6层之间的节点,根据交通流的连接关系有关。

2.4。ITCPN

节点图6对应的屁股,见面会上,留住,这说明主区域空中交通收敛和变得集中。当空中交通在这些区域的体积达到高水平,交通拥堵。连接空中交通融合地区倾向于促进拥堵分布在多个地区的级联效应。这种拥堵传播遵循一个模式类似于流行病的传播个体居住在附近。因此,传染病模型是一个合适的方法来照亮了空中交通拥堵的传播。

在交通拥堵传播机制的研究中,传染病模型如susceptible-infectious-susceptible (SIS), susceptible-infectious-removed(先生)和susceptible-exposed-infectious-removed(西)通常采用5,7,35]。至关重要的是要注意,疾病传播是不可逆转的,即,epidemiology spread is a unidirectional diffusion that mirrors congestion propagation. For this reason, traditional infectious disease models are deemed appropriate for explaining air traffic congestion propagation caused by single source of congestion.

尽管如此,交通拥堵传播节点之间是完全与节点相关联程度和拥堵传输速率在传统的传染病模型,没有区分节点类型或直接堵塞各种节点类型的传输速率。string-coupled三层网络模型(28]先生模型克服了这一缺点,可以实现在MTFN描述交通拥堵传播每一层的节点和节点之间不同的层。

此外,交通节点状态可以分为免费的,拥挤的,和删除状态,对应于易感,感染,和爵士模型中删除状态。节3自由的定义,拥挤的,国家将调查基于节点类型,连接节点的分布模式,以及不同的层。

节点之间的连接关系和子网层构造基于TAAN和FTN。参数的定义如表所示1。来表示节点在子网的概率是随机选择的j边缘连接到B,P_一个(j定义)。同样的,P_B(我,j,k)代表一个节点的概率随机选择在子网B我边缘连接到一个,j边缘到Bk边缘到C的概率随机选择一个节点在子网Cj边缘连接到Bk边缘连接到C是由P_C(j,k)。

根据上述参数定义,三个子网的节点总数和节点的数量在拥挤的,免费的,和删除状态可以表示如下:

联合学位分布、边际度分布、平均度值(φ= 1),和第二学位的时刻(φ= 2)计算;结果总结在表2。

的概率作为节点层转换为拥挤状态的影响的柠檬酸节点层B(连接层)λ₂₁。层B的柠檬酸节点的概率变成了拥挤状态的节点层的影响,柠檬酸节点层B和ACA节点层C(连接层)λ₁₂,λ₂₂,λ₃₂,分别。ACA的概率节点层C是影响柠檬酸节点层B和ACA节点层C在拥挤的状态λ₂₃和λ₃₃,分别。在子网A、B和C,过渡拥挤状态节点删除状态的概率μ₁,μ₂,μ₃,分别。

基于上述假设,建立了ITCPN先生密度模型。让 , ,代表相应的密度。另一个密度 , , , 也同样的定义。根据前面的假设,我们建立一个网络化的平均场传播模型,组成的 - - - - - -维常微分方程如下: 。

进一步简化模型,耦合网络被认为是degree-independent,也就是说,任何节点的度是独立于周边节点的度。在传统爵士模型平均度值= ,Θ(τ)的概率是可以影响任何相邻接触转变成一个拥挤的状态。它可以表示为从一个节点连接的平均联合概率的程度α一个节点的程度β, ,缩写为 。

string-coupled三层网络模型的公式表示如下:

经典的爵士模型用于分析的拥挤状态节点的传播ITCPN。基本再生数,R₀是一个重要的参数,揭示了传播特性。在这项研究中,R₀代表的节点数量转化为一个拥挤的状态;转换的影响是由于一个拥挤的节点传播的自由州网络节点。基本繁殖数量,R₀,可以使用下一代计算矩阵,Γ=⁻¹(35),F是新发生拥塞率,是转移的速度从自由节点拥塞的节点组。矩阵Γ可以改写如下:使用类似的转换

模型的基本繁殖数量R₀=ρ(Γ),ρ(Γ)Γ矩阵的谱半径。

2.5。总结

本研究的主要目的是探索ATF的复杂动力学和操作状态的机场和空域流量;使用经验和全面的方法。为了实现这一目标,ATF轨迹,AS-TCA-ACA空中交通运营网络和区域层次上相互关联的交通拥堵传播特性使用不同的网络彻底调查表示这样的复杂系统。

MTFN是一个三层网络代表之间的连接,柠檬酸,ACA。节中描述2.3MTFN模型,生成TAAN之间的跨层连接和FTN是至关重要的。这个标识飞机沿着每个领空部门和部分中给出的交通流量指标3。ITCPN是开发基于集成TAAN-FTN和节点拥塞状态的传播规律。传播参数节点的拥塞状态的三层AS-TCA-ACA网络表示基于古典爵士的特征模型的分层耦合网络。这提供了一个数学模型来模拟参数和验证经验数据。

3所示。分析指标

3.1。随着交通流指标

相变的FD显示交通流量通过描述的路段交通流基本参数之间的一对一的关系,提出了由Daganzo [13]。考虑到作为交通流的动态监测主要包括滑行交通流的飞机即将起飞和降落,以下定义:(1)起飞交通流,Q_来。数量的指定时间内飞机从机场起飞。(2)交通流,Q_Ld。指定的时间内数量的飞机降落在机场。(3)场景中滑行交通密度(PretTTD)ρ_t。总数的飞机滑行起飞前在指定的时间内。(4)Postlanding滑行交通密度(PoldTTD)ρ_Ld-t。总数的飞机滑行降落后在指定的时间内。(5)平均场景中滑行速度(PretTS), V_t。所有飞机的滑行平均速度在机场准备起飞滑行状态在一个指定的时间;这可以被视为整个交通流的平均速度在场景中滑行的状态。(6)平均Postlanding滑行速度(PoldTS), V_Ld-t。所有飞机的平均滑行速度滑行状态在机场降落后在指定时间;这可以被视为整个交通流的平均速度postlanding滑行状态。

机场是一个初始延迟飞行的主要来源。操作地面滑行和飞行在空气中可被看作是一个完整的闭环交通流。内的交通流量,主要包括航班降落后在地面上滑行起飞和飞行准备离开停车后的立场。

交通拥堵的主要发生在飞机在地面上的运动范围,如围裙、出租车和跑道。飞行拥挤造成有限的资源机场是由航班延误。考虑到在不同的机场滑行路线和滑行时间不能直接比较,因为不同的配置的跑道,跑道、和停车,滑行速度必须规范化。如果总滑行过程1和滑行时间x(分钟),平均1 /正常化后滑行速度x。时间槽的长度是30分钟。图7显示ρ_t,ρ_Ld-t和标准化之间的非线性关系_t和_Ld-t。

我们设置的时间窗口部分的长度330分钟。PretTTD之间的非线性关系,PoldTTD PretTS正常化、规范化PoldTS图所示7(一)。为详细的分析滑行交通流动态,这三个阶段是除以解剖的基本图(数字7 (b)和7 (d)(图)和时空图8)。(1)免费期对应于相对较低的PretTTD PoldTTD,足够的滑行道可用性和低飞机之间的互动。一般来说,飞机进入停车场站是不受限制后如果没有飞行着陆。因此,自由州的PoldTS通常高于PretTS在同一状态。这是因为航班有更多的限制因素,如飞行时间、跑道和领空。(2)平稳的阶段对应于较高PretTTD和PoldTTD明显减少PretTS和PoldTS与自由阶段由于流密度高。在这个阶段,随着显著增加的交通流量、平均场景中飞机的滑行速度大大减少,和起飞的等待时间增加,尽管操作在正常范围内。(3)拥挤的阶段对应的下降PretTTD和PretTS PoldTTD和PoldTS继续增加的结果比起飞的飞机着陆的更高的优先级。在这个阶段,postlanding交通流移动到高的密度和速度。与此同时,pretake-off交通流是沉重的,因为许多飞机在等待状态由于资源限制。此外,密度和速度都较低。

至于ITCPN模型提出了部分2,被定义为一个自由和光滑的阶段自由州(易感状态),被定义为一个拥挤的阶段拥挤的状态(感染状态)。当变化从一个相对不同的拥挤的阶段平稳阶段,PretTTD和PretTS回升到一个相对较高的水平,而PoldTTD和PoldTS降至平均水平。这可以被认为是拥挤的状态和定义为结束删除状态。

3.2。柠檬酸交通流量指标

类似的方法参数定义为节点,空间范围定义从海拔1000 m的上限领空的终端区域(一般6000米)。此外,纬度和经度的水平范围的边界终端区域视为节点。在柠檬酸研究交通流的运动状态节点,以下定义。(1)离开交通密度(DTD),ρ_Dpt。数量的飞机离开终端区域在一个指定的时间。(2)方法交通密度(ATD),ρ_{抗逆转录病毒}。飞机的数量接近终端区域在一个指定的时间。(3)平均离职速度(广告),V_Dpt。所有离开航班的起飞速度平均终端区域在指定的时间内可以被视为整个离开交通流的平均速度离开。(4)平均方法速度(AAS)、V_{抗逆转录病毒}。所有离开航班的平均方法速度在终端区域内指定的时间可以被看作是整个方法交通流的平均速度。

终端面积增加的主要部分航班出现拥堵。由于空域容量的减少由天气引起的,收敛的锚点,交通堵塞空气中部分,和其他原因,这个地区的交通流量可能会变成一个拥挤的状态。先前的研究已经表明,终端交通流流体的基本性质,以及方法之间的通行能力,离开一个凸函数的性质36]。

由于不同的飞行路径方法和离职程序的终端区域,和离职流程的方法不能直接比较。因此,交通流速度在终端区域被认为是规范化无论差异造成的基本方法和离开时间飞行过程的差异。在终端领域,如果总飞行过程1和方法(离职)时间x(分钟)平均归一化方法(离职)速度是1 /x。时间槽的长度是30分钟。图9显示ρ_Dpt,ρ_{抗逆转录病毒}和标准化之间的非线性关系V_Dpt和V_{抗逆转录病毒}。

图9(一个)显示了DTD之间的非线性关系,ATD,标准化的广告,和标准化的原子吸收光谱法。柠檬酸的详细分析交通流动态,类似于部分3.1,三个阶段除以审查的基本图(数字9 (b)- - - - - -9 (d)(图)和时空图10)。(1)免费期对应于DTD和ATD相对较低,大可用空间,和飞机之间的相互作用可以忽略不计。出发的飞机的速度通常是非常高的,如果没有堵塞发生在起飞后随之而来的路线;因此,自由州的广告通常是高于原子吸收光谱法在同一状态。这是因为这种方法过程有更多的限制条件出发的过程在终端领域。(2)平稳的阶段对应于一个相对较高的DTD和ATD明显减少广告相比免费阶段由于流密度高。在这个阶段,终端空域的交通流量明显增加,和飞机的原子吸收光谱法大大减少。此外,广告在一定的范围内波动,尽管它是在正常运行范围内。(3)拥挤的阶段对应于一个下降AAS ATD继续增加。在这个阶段,即将离任的交通流波动在一个相对较高的密度和速度在终端领域。此外,交通流量的方法有许多飞机在等待州由于资源限制在低速度。

ITCPN模型提出了部分2,自由和光滑的阶段被定义为一个自由州(易感状态),作为一个拥挤的阶段拥挤的状态(感染状态)。柠檬酸可能改变从一个相对不同的拥挤的阶段的平稳阶段ATD降到正常水平和AAS回到相对平均水平上升,而DTD和广告回归平稳阶段。这可以被认为是结束的拥挤状态;这是定义为删除状态。

3.3。ACA交通流量指标

的研究已经开展了关于交通拥堵传播ACA是有限的。一般来说,如果堵塞发生在柠檬酸和持续很长一段时间,交通拥堵也发生在上游ACA。这可以通过减少飞机的水平或垂直间隔最小,调整高度或速度的飞机,飞机盘旋,在指定的路径和等待,等。在高空空域,ATF拥堵主要发生在航路交换。多个航线交叉的地方很容易空域资源的短缺,导致交通拥堵。ACA的简化表示节点,如图11,十字路口穿过的最主要途径,ACA选择节点。

研究交通流的运动状态ACA节点,定义如下:(1)巡航交通密度(CTD)ρ_CR_我们。数量的飞机巡航在ACA节点区域内指定的时间。(2)平均巡航速度(ACS), V_CR_我们。所有巡航飞行的巡航速度平均ACA节点区域在指定的时间内可以被视为整个巡航交通流的平均巡航速度。(3)平均角速度(AAV),ω_CR_我们。各地巡航飞行的平均角速度ACA节点区域在指定的时间内可以被视为整个巡航交通流的平均角速度。

在高空空域、航路交叉的主要区域增加飞行拥挤。由于空域容量的减少造成的公共导航站点和可用空域的限制范围,这个地区的交通流量可以进入一个拥挤的状态。

交通流的运动状态研究了ACA节点使用FD的分析方法和柠檬酸。因为巡航飞行流量的ACA节点有不同的角度,飞行距离和飞行路径,巡航飞行穿过ACA所有节点的状态不能直接比较。因此,ACA的几何中心节点交通流收敛选为中心的圆。长度可以包含主收敛区域被认为是半径。圆形的面积和它的中心(橙色),设置为ACA节点,如图所示11。ACA节点的巡航交通流速度被认为是规范化忽略了时差进出ACA节点区域由于飞行路径的变化。ACA节点区域,如果整个飞行过程是1,进入领空范围内的节点的时间离开这个范围x分钟,平均归一化巡航速度是1 /x。如果总飞行过程的角度α和时间节点进入领空范围离开这个范围x(分钟),归一化平均角速度α/x。时间槽的长度是15分钟。之间的非线性关系ρ_小腿,V_小腿,ω_小腿如图12。

图12(一个)显示之间的关系仪,ACS, AAV。图表明ACS AAV基本上是成正比的,而连续油管与两者之间的关系是负相关。部分3.1和3.2精致的ACA交通流动态的分析。这三个阶段是除以审查的基本图(数字12 (b)和12 (d)(图)和时空图13)。(1)免费期对应于一个相对较低的仪,大可用巡航空间,和较低的飞机之间的互动。当巡航飞行路线并不拥挤,飞机的速度通常是过于高。此外,ACS, AAV在自由州相当高。(2)平稳的阶段对应于一个相对较高的连续油管和相当大的减少ACS AAV与自由阶段由于流密度高。在这个阶段,空中交通流量的路由交换显著增加,飞机和ACS AAV在一定程度上降低。如图13连续油管,ACS, AAV波动在一定的范围内随着时间的推移,但在正常操作范围之内。(3)拥挤的阶段在这种情况下不同于和柠檬酸。在这里,供不上升但瀑布当ACA拥挤。这是因为如果拥挤的航线的交集,飞机直接圈或等;因此,ACS和AAV降至一个较低的值。在拥挤的阶段,由于大空域被环绕或等待飞机,飞机巡航的数量在航线的交集减少。此外,连续油管的价格相比减少平稳阶段。

关于ITCPN模型提出了部分2被定义为,自由和平滑阶段自由州(易感状态),被定义为一个拥挤的阶段拥挤的状态(感染状态)。ACA可以改变从一个相对不同的拥挤的阶段平稳阶段的ACS和AAV回升相对平均水平,而CTD回到平稳阶段。这可能被视为结束的拥挤状态,定义为删除状态。

4所示。数值模拟分析

交通拥堵传播模拟分析是实现基于ITCPN模型提出了部分2和分析的相变AS-TCA-ACA节点部分中讨论3。下列方程表示平均拥挤状态密度子网,B和Ct:

4.1。ITCPN模型的基本参数特征

集N_一个=N_B= 80。这表明机场的数量等于终端领域的数量,忽视邻近机场的情况下共享终端领域。机场节点的状态没有关系与其他机场节点;因此,节点层学位是零。一些节点在终端区域远离相邻节点根据交通流在终端区域的分布规律在实际的领空。他们的相互影响可以忽略,表示为孤立的节点在这一层。在终端领域的一部分,主要是相对应的终端区域机场集团,节点是集群在一个小范围;他们被表示为圆形成对的节点连接到对方。因此,可以认为:n₁₂= <k>₁₂= 1,n₂₁= <k>₂₁= 1,n₂₂= 3,<k>₂₂= 2。

route节点的一层是由网络连接相邻节点。如果N_C= 30,随机路由节点的网络中n₃₃= 6和<k>₃₃= 4.47形成,如图14。

之间不存在一一对应的节点路由和终端领域。终端区域节点连接到至少一个路由节点和路由节点可以连接到多个终端节点。在模拟随机网络n₂₃= 1,n₃₂< = 4日k>₂₃= 1,<k>₃₂= 2.67。

4.2。节点状态密度(我,年代,r)- (T)

假设初始延迟发生在终端区域(即,我_B(0)= 0.01)和拥挤的传播概率节点(λ)是0.5。拥挤的变化、自由、和删除状态密度随着时间的推移,每一层的节点图所示15。

图15表明如果一个拥挤的传播概率状态节点之间是相同的,ACA节点层C密切相关,每个节点由于其很高的平均节点度。ACA节点的拥堵的状态密度随时间增加率最高,其次是柠檬酸节点;作为节点传播率最低。在这种情况下,基本再生数,R₀,是3.21。

在实际的航空网络,ACA节点的拥堵传播率远远低于柠檬酸的节点。这是因为可以缓解道路的交通流量调速和飞机之间的横向及纵向间距的调整。

4.3。感染率(λ)和拥挤的状态密度(我)

网络中的感染率都设置为0.5,0.4,和0.3,回收率是假定为1。降低感染率,如图16、拥塞率降低,峰值和峰值的时间点,随后转变。

4.4。感染率(λ)和基本的繁殖数量(R₀)

感染率的影响基本繁殖数量(R₀)考虑不同网络结构研究。提出了图17,当感染率的变化之一,其他利率是固定在0.1。

如上所示,相互传染率(λ₁₂,λ₂₁和λ₂₃,λ₃₂)有相同的影响R₀。这表明之间的交通拥堵传播影响的程度和柠檬酸在两个方向上都是相同的。这意味着拥塞的概率产生的柠檬酸拥堵的一样和飞行拥塞的概率产生拥堵的柠檬酸有相同的影响整个系统大面积交通流量拥塞。在这个网络模型,增加λ₃₃可以大大增加R₀因为大平均层度c。这可以解释为复杂的ACA分布;ACA的车流拥堵传播率有更重要的影响整个系统的大规模的交通拥堵。然而,可以缓解交通拥堵在实际操作虽然各种方式,如重路由,调节速度,并将高度的水平。这可能会导致较低的系统的数值(λ₃₃),这样的拥堵传播网络减少。

5。实证结果:案例研究在中国中部和东南部

5.1。数据描述

中国的中部和东南部地区有12个机场。因为空气网络分布密集,交通运行12个机场的范围,包括6个中国前15名机场,被选中的航班数量。这些机场包括上海虹桥、上海浦东、杭州萧山,南京禄口、武汉天河和郑州新郑机场和五个中型机场。相对应的节点数量和名称都列在表3。探索空中交通的拥堵传播过程在一个大空间基于多层网络框架和分析指标,飞行轨迹数据收集2019年12月在一个典型的忙碌的一天。轨迹数据的时间分辨率是15秒。柠檬酸和ACA的样本轨迹数据图所示18。MTFN结合TAAN和FTN建立根据数据分析方法3。节点分布和MTFN数据所示19和20.,分别。

5.2。模型验证

使用数据分析指标中所描述的部分3、飞机滑行、起飞和着陆以及一天的飞行轨迹数据进行了分析。此外,设置时间段每30分钟。美国设立ITCPN中的每个节点根据真实数据的变化随着时间的推移,如图21。光明、黑暗和灰色网格代表自由,拥挤,分别和删除状态。

比较拥挤的节点密度之间的实证和仿真数据如图22。在仿真中,TCA2节点(即。,the node whose degree values in layer B connecting A, B, and C are 1, 3, and 1, respectively) is initially in a crowded state. We assume that other nodes are in free-state at initial and there is only one traffic congestion cause. The propagation probability values of the crowded state among the nodes are set asλ₁₂= 0.2,λ₂₁= 0.1,λ₂₂= 0.8,λ₂₃= 0.2,λ₃₂= 0.4,λ₃₃= 0.4;经济复苏率设置为μ₁= 0.3,μ₂= 0.3,μ₃= 0.7。的最大价值λ₂₂在模拟表明,拥堵的影响传播之间的两个相邻终端是最高的。相比之下,λ₁₂,λ₂₁,λ₂₃相对较低,这表明交通流量拥塞的可能性在航线,十字路口交通拥堵造成的终端区域交通拥堵很低。ACA层网络中,节点连接的航线,包括长航线可以缓冲和吸收拥挤的十字路口交通流。因此,ACA节点的回收率,μ₃,大大超过了的μ₁和μ₂。

6。结论

研究复杂ATF的国家范围内的地面和空中作战是必不可少的理解之间的交互的本质ATF,机场和空域,揭示推进ATM的技术潜力。在各种分析方法中,网络分析是一种有效和直观的方法研究复杂系统的行为与不同的粒度。的目标是描述特征操作ATF地位和解释的内部机制在不同的地面和空中交通流量拥塞状态传播操作空间。因此,综合构造多层网络集成和现在的因素,比如机场、码头区域,航线网络,飞机轨迹,交通流的空间状态,和拥堵状态传播法律。描述交通拥堵传播进一步ATF不同区域之间,建立一个ITCFN。以下是实现:(1)节点状态参数和拥挤状态传播参数ITCPN网络建模和分析。(2)和终端区域的上海浦东机场和中国中部典型航路交叉节点是例子。提出了网络节点状态和分析指标,包括交通流动态和三个流动阶段(自由、拥挤、删除),进行了分析。(3)实证分析执行12个机场的飞行数据和7终端领域和航线网络在中国中部和东南部一个典型的忙碌的一天来验证ITCPN网络模型参数的准确性。

本研究使用一般方法研究飞行数据在一些地区的中国经验。使用的有效性string-coupled收敛的三层网络模型来描述交通拥堵在地面和空中交通流验证领空。

数值模拟的部分4研究进一步表明,相互传染率,有相同的影响R₀,这表明之间的交通拥堵传播影响的程度和柠檬酸在两个方向上都是相同的。的增加λ₃₃有相当大的影响R₀由于复杂的ACA分布,特别是在交通流量拥堵传播率ACA,有更重要的影响在整个系统的大规模的交通拥堵。因此,必须设计一个更连贯和有效的空中交通网络的布局,同时实现更高效的交通规划和管理的方法,以减少网络中的广泛影响空中交通拥堵。

本研究提出了一种基于实证比较拥挤的节点的密度和仿真数据部分5。结果表明,两个相邻终端之间的交通拥堵传播影响力最高,而拥塞的可能性在航线,十字路口交通拥堵造成的终端区域交通拥堵很低。这强调了交通管理的相互作用所扮演的关键角色在机场地区煽动并加剧了空中交通拥堵。通过优先选择机场区域内交通流的管理,可以减少大规模的交通拥堵的不良后果。

在未来的研究中,测试结果的普遍性和验证更复杂的航空网络的主要特征和机场布局是必要的。这个模型是有用的为航空网络布局设计、拥塞预测,和稳定性评价。

命名法

ACA:	控制的空域
ACC:	区域管制中心
为:	机场地面
空中交通管制:	空中交通控制器
空中交通管制:	空中交通控制系统
ATF:	空中交通流量
ATM机:	空中交通管理
FTN:	飞行轨迹网络
ITCPN:	相关的交通拥堵传播网络
MTFN:	多层网络交通流
先生:	Susceptible-infectious-removed传染病模型
TAAN:	架构airport-airspace网络
柠檬酸:	终端管制空域。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(批准号U2233209)和中央大学的基础研究基金(批准号3122022053)。