數據驅動的航空運輸系統多層結構及韌性研究

《數據驅動的航空運輸系統多層結構及韌性研究》是依託南京航空航天大學，由王艷軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：數據驅動的航空運輸系統多層結構及韌性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王艷軍
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

數據驅動的網路方法在解決生物、經濟、信息等領域的實際問題中發揮了重要作用，是網路科學發展的一個重要方向。航空運輸是關係到國計民生的具有巨大經濟價值的領域，可通過網路科學研究提升其運行效率。然而，少有學者深入該領域研究其結構、動力學和系統韌性等問題。本項目針對中美航空運輸系統，以實際運行的大數據為基礎，構建由機場、航路和空中交通管理三個主要子系統組成的航空運輸多層時變網路，研究多層網路的結構特徵和演化機制，挖掘網路中級聯故障的時空模式；基於系統運行的結構和性能，研究系統的韌性。通過中美數據對比，驗證所提模型和方法的普適性和差異性。本項目不僅對於航空運輸系統的實際運行具有指導作用，而且對於理解多層時變網路結構和動力學具有更重要的意義。

結題摘要

航空運輸系統是一個開放的複雜系統，理解和掌握系統的結構和動力學對於最佳化系統運行具有重要意義。本項目針對我國的航空運輸系統，以實際運行的航班大數據為基礎，從多層網路的角度分析了航空運輸系統的結構和韌性。首次提出了扇區網路的概念，構建了由機場網路、航路網路及扇區網路組成的多層航空網路，分析了各層網路的結構特徵。其次,構建了基於不同拓撲指標的節點破壞移除策略，並分析了不同破壞策略下三個網路連通度的下降規律，從而確定了評價節點結構重要度的拓撲指標。基於時間延遲穩定方法構建了航班延誤時變網路，發現時變網路相關指標可以預測大面積航班延誤。然後，從航空運輸系統的運行特性出發，引入了系統韌性的概念，通過設定跑道容量下降來模擬機場節點受到破壞研究了網路的韌性。構建了系統運行性能的評價指標體系，從隨機破壞情景與選擇性破壞情景分析了航空網路的韌性。研究發現，航空網路的運行性能呈現“穩定—破壞—恢復—重新穩定”的變化過程，並發現複雜網路的結構指標無法有效評估節點在網路運行上的重要性。本項目的開展對提高航空運輸系統運行韌性具有重要的套用價值，對於理解複雜系統結構和韌性也具有重要的理論意義。