航線網路複雜性和統一最佳化模型研究

《航線網路複雜性和統一最佳化模型研究》是依託南京航空航天大學，由朱金福擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：航線網路複雜性和統一最佳化模型研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱金福
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

航線網路是航空公司賴以生存的基礎，其規劃是航空公司戰略層次的規劃。但是，關於航線網路的複雜性及其對網路運行特性和經濟性的影響人們知之甚少。航線網路的最佳化理論一般是對既定結構的網路作了高度簡化後建立的，對航線網路規劃實踐的指導作用有限。本課題在複雜網路理論基礎上引進航線網路地理、政治、經濟和容量的約束，建立航線網路的空間經濟學網路模型，研究航線網路的靜態複雜性、演化動力特性、均衡態和最佳化策略，並研究航線網路演化動力學的數字仿真方法，旨在從航線網路結構上提高它的魯棒性、揭示航班延誤的網路傳播機制、探討聯盟航線網路的結構洞效應、建立航線網路統一最佳化模型和設計模型算法。為航空公司航線網路規劃提供理論指導和技術支撐。

結題摘要

一、背景和方向 我國民航運輸的迅速增長帶來了航班延誤問題，引起了社會的關注，造成民航業聲譽受損和運輸成本的增加。本項目考慮到航線網路的複雜性，研究其最佳化方法。研究方向是“航空運輸系統綜合最佳化和仿真”。 二、主要研究內容 1.用航線網路運行參數定義了邊的權重和節點的強度，分析了權重、強度與網路節點的度、中心度之間的關係，以及網路最短路和平均直徑的經濟意義，研究了“加權”網路的節點中心度及其分布等。 2.根據航線網路的運輸流特徵，建立了網路邊的偏好演化規則，分析了航線網路遭受干擾時的穩定性和魯棒性，研究了航線網路的演化機制和相變條件，以及航班延誤傳播與網路結構的關係。 3.用流量計算邊的收益，運行成本定義邊的成本，分析了航線網路的總利潤，研究了網路結構參數對網路總利潤的影響。進一步分析了航空聯盟的航線網路結構洞（網路協同）效應，研究了最大化該效應的方法。 4.引進網路運行參數的影響，將航線網路的結構、經濟和機場容量等參數融入到航線網路最佳化模型中，建立了統一最佳化的混合集合規劃模型和相應的求解算法，並進行了實例分析驗證。 5.套用系統仿真原理，研究了航線網路演化動力學的仿真方法，進行了航線網路演化仿真試驗和航線網路穩定性、魯棒性研究。 三、重要結果 1.發現運輸流量是航線網路的控制參數，運輸流分布及其增長促進航線網路的結構演化，在達到臨界值時發生相變，從城市對結構轉化為樞紐結構。 2.發現不同結構航線網路的穩定性和魯棒性有較大差別，樞紐航線網路對隨機攻擊具有較好的穩定性，但對蓄意攻擊則表現出較差的魯棒性。城市對網路對隨機攻擊和蓄意攻擊表現出相同的穩定性。 3.發現航班延誤熵可以表達航空運輸系統的運行狀況，延誤熵大於零，則航班延誤可能發生，延誤熵越大，航班延誤的可能性越大，航班延誤越容易傳播，延誤治理越困難。 4.在發生航班延誤時對運輸流重新進行分配，可以改進航班的有序性，對不同結構的網路，應採用不同的流量分配策略。城市對網路應採用比例分配策略，樞紐航線網路則應採用最佳化分配策略。 5.航線網路的度分布指數影響網路的總利潤，樞紐航線網路存在著使利潤最大的樞紐機場個數。這種影響還與運輸流量及其分布有關，對當前國內航線網路的研究表明，當度分布指數等於1.8時，網路總利潤最大。 6發現國際航線網路社區之間存在“結構洞”（協同）效應，提出了最佳化結構洞效應的技術，並已得到初步套用。