航空运输网络的时空演化特征及航班延误传播控制方法研究

The mechanism of flight delay propagation in air transportation network involves many factors such as supply-demand relationship, airline network structure, airline operation patterns and air transportation resources allocation. In our research, the temporal-and-spatial characteristics of air transportation network structure is studied by considering the evolution of multi-airport system and the phenomenon of regional centralized passenger demand, therefore, the air transportation network evolving model was presented based on the complex network theory. Furthermore, the mean field theory was utilized to establish dynamics model of flight delay propagation in different network structures, from which the mechanism of flight delay propagation was explored; In order to control flight delay propagation, the flight delay controlling system was constructed based on multi-agent flight technology. By simulating agent-flights in different network structures and operation patterns, the system could be recovered under its self-adaption controlling measures which were applied to some key airports in the entire network. Some reasonable controlling strategy were proposed correspondingly. The dynamic model of flight delay propagation proposed in our research considers the impacts of temporal-and-spatial characteristics of air transportation network that may influence the propagation of flight delays, which is an enrich of the theory in flight delay propagation; And the establishment of delay controlling simulation system based on multi-agent flight technology is effective in providing different flight delay controlling strategy under different network operation patterns, and is also an extension in studying flight delay propagation and its controlling policy.

航班延误传播的形成机理涉及到航空运输供需关系、航线网络结构、航班运行模式以及航空运输资源分配等诸多因素。本研究针对航空运输网络机场群发展及航空运输需求区域化集中态势，研究航空运输网络的时空演化特征，结合复杂网络理论构建航空运输网络演化模型；采用平均场论建立不同航线网络结构中航班延误传播动力学模型，探究航班延误传播规律；为控制航班延误传播，基于多智能体技术，构建航班延误传播控制仿真系统，对航空运输网络关键节点的智能体航班采用自适应控制策略，为不同航线网络结构、不同运营模式下的航班延误传播提出高效的控制策略。本课题建立的航班延误传播动力学模型，考虑了航空运输网络时空演化特征对航班延误传播规律的影响，是对延误传播理论的丰富和深化；采用多智能体技术建立的航班延误传播控制仿真系统，提供不同航线网络结构及运营模式下的航班延误传播控制策略，为航班延误治理提供了理论解释和技术支持。

航班延误传播的形成机理涉及到航空运输供需关系、航线网络结构、航班运行模式以及航空运输资源分配等诸多因素。由于航班延误在网络中将以“点（单一航班）-线（航班串）-面（机场网络）”的传播方式蔓延至整个网络，网络结构特性对延误传播机制和特征的影响尤为关键。因此考虑航空运输网络时空演化特性下的航班延误传播控制问题是本项目主要研究内容。. 旅客需求的改变（包括需求的动态迁移、需求量的变化等）是影响航线网络结构特征变化的关键驱动力之一。因此，本项目不仅基于点度、物理距离等网络拓扑指标，还考虑了航线客流驱动和网络功能特性，如机场群结构、关键机场之间的内外关联等，对网络演化和航空公司运营模式的影响。分析航线客流驱动下的网络演化过程和网络特征变化，挖掘机场的区域集聚特性及其对航空公司航班的组织和运营的影响。通过不同类型的航线网络对比，航空公司市场、网络布局和航班计划等因素与网络发展的内在关联，探寻网络演化原因和未来发展方向。. 航班延误的发生及传播最根本的原因是航空运输供需之间存在结构性矛盾。供需关系的不平衡势必影响到航线网络结构演化、机场功能转型以及航空公司网络运营模式的选择，进而影响航班运营效果。本项目通过将拓扑网络和航班运营网络相结合，建立客流需求引导下的航班延误传播模型，模拟延误在不同网络结构中的传播过程，研究不同航班运营模式下的延误传播规律和传播特性。研究表明，将拓扑网络与航空公司运行组织模式相结合，避免了网络结构独立于网络功能从而脱离现实，可有效解决航班延误沿网络传播的问题。因此本项目研究的方法论是确实可信的，从机场网络、航空公司运营网络和旅客需求的角度分析网络演化现象及其对航班延误传播的影响，是对网络延误传播理论的丰富和深化。从网络设计源头分析引发航班延误传播的原因，为航空公司未来网络建设和延误控制提出合理化建议。