全球航空交通网络的多层耦合模型与全局抗毁性测度研究

Air transportation is evolving from domestic towards global and networked patterns; resilience is one indicator for its safe and smooth operation. While air transportation shows multi-layer, heterogeneous and coupling characteristics, most existing research is merely topology-based, therefore, data flows need to be introduced. This project focuses on global air transportation network modelling driven by data flows as well as network resilience analysis. First, we introduce passenger flows on top of the structural network, which represents the dynamic global air transportation network operational characteristics more accurately. Second, we propose a synchronization from local to global emerging multi-criteria optimization methods and repair strategies to quantitatively assess global air transportation network resilience. We also incorporate the competition and cooperation behavior on different subnets, in order to support data-driven modelling and network resilience. This project will promote existing research from topology layer to data-driven layer structure; it can capture the dynamic operational characteristics of air transportation networks accurately; it also proposes a multi-criteria resilience analysis method. This project aims to provide critical theory for the safe and orderly regulation of future air transportation.

航空交通系统已从单一国家/地区演进到全球化、网络化模式，抗毁性是其安全有序运行的重要指标之一。面对多层、异质、耦合的全球航空交通网络，现有抗毁性建模与评估研究仅基于网络拓扑，业务数据流亟需引入。本项目重点研究全球航空交通网络的业务驱动建模与全局抗毁性测度问题。首先，在网络拓扑层之上引入乘客流，建立数据驱动的网络多层异质耦合模型，来更准确地刻画全球航空交通网络的跨层动态运行特性；其次，提出从局部到整体涌现的多准则测度方法与优化的网络修复策略，来定量评估全球航空交通网络的全局抗毁性能。我们将进一步引入不同子网间的竞争与合作行为，来引导全球航空交通网络业务驱动模型的建立与全局抗毁性测度的构建。本项目将现有研究从拓扑层推进到数据驱动层，构造出能够更准确刻画全球航空交通网络动态运行特性的新模型，形成多角度综合的网络抗毁性测度方法，可为全球航空交通网络的安全有序运行控制提供一定的理论与方法支持。

航空交通系统已从单一国家/地区演进到全球化、网络化模式，抗毁性是其安全有序运行的重要指标之一。面对多层、异质、耦合的全球航空交通网络，现有抗毁性建模与评估研究仅基于网络拓扑，业务数据流亟需引入。本项目重点研究全球航空交通网络的业务驱动建模与全局抗毁性测度问题。针对全球航空交通网络多层性、异质性与紧耦合以及大规模、高动态、级联性的特性，本项目通过大数据科学、网络科学、运筹学等多学科交叉，重点开展航空交通大数据快速处理，大规模航空交通网络在突发事件下的鲁棒性与级联性，大规模航空交通网络优化设计的新方法、基于机场陆路可达性，提出了基于出行时间的多机场区域的新概念，航空公司航路航线优化，以及多模式综合交通系统中航空与高铁、空中出租车的竞合关系等方面的研究。本项目在航空交通网络领域取得了一系列成果，发表学术论文23篇，其中本人以一作/通讯身份发表SCI论文18篇，申请国家发明专利2项。本项目将现有研究从拓扑层推进到数据驱动层，构造出能够更准确刻画全球航空交通网络动态运行特性的新模型，形成多角度综合的网络抗毁性测度方法，可为全球航空交通网络的安全有序运行控制提供关键理论与方法支撑。