机场的进离场空中交通流复杂性

机场进离场空中交通流复杂性的量化是空管和机场进行预测和管控的重要依据。提出基于排列熵的复杂熵因果平面(complexity entropy causality plane, CECP)以及Fisher-Shannon(FS)因果平面的机场进离场空中交通流复杂性量化分析模型,量化单机场进离场空中交通流量复杂度,研究多机场进离场空中交通流复杂度之间的关联性。针对单机场,首先将机场进离场空中交通流量时间序列符号化,计算时间序列的标准排列熵和统计复杂度以及Fisher信息,量化机场进离场空中交通流时间序列的复杂程度;针对多机场,构建CECP以及FS,分析比较各机场在CECP和FS中的位置,区分进离场空中交通流复杂性较高的机场。验证结果表明：提出的模型对于量化机场进离场空中交通流复杂性具有可行性和准确性,可以有效区分进离场空中交通流复杂程度较高的机场,对机场交通流的实时预测和管控具有指导意义。     

高速公路交通流的分形特征实证分析

高速公路交通流演化分形特征的研究有助于深刻理解高速公路交通系统的内在演化规律, 为高速公路交通流的预测和控制提供理论依据. 本文利用统计学方法和复杂网络可视化技术对高速公路交通流的分形特征进行实证分析. 首先, 利用重标极差法计算了交通流时间序列的Hurst指数和V统计量, 发现不同时间标度下高速公路交通流时间序列的Hurst指数都大于0.5, 并且V统计量曲线有上升趋势, 说明高速公路交通流时间序列具有自相似性和长程相关性; 然后, 根据可视算法, 将高速公路交通流时间序列转化为复杂网络, 计算网络的拓扑参数, 发现网络的度分布均呈幂律分布, 表明该网络为无标度网络, 进一步揭示高速公路交通流时间序列为分形序列. 同时发现网络的平均路径长度随网络规模的增大呈对数增长, 说明网络具有小世界特征. 实证分析的结果对高速公路交通流量预测中时间标度的选择和预测长度的确定有重要的参考价值. 本文的研究可以为揭示高速公路交通流演化的复杂性提供新的思路和方法.     

基于分形维数的交通流效率判别技术研究

复杂性和效率均是反映空管系统运行效能的关键特性,掌握两者之间的量变关系,有助于进一步揭示空中交通流的基本属性,提升空中交通的运行效率。基于分形理论,利用离散傅里叶变换计算了航路点系统交通流量时间序列的分形维数,判别交通流的复杂性。然后,选取延误和流容比作为表征交通流运行效率的特征指标。最后通过仿真实验分析了交通流复杂性和效率之间的量变关系。分析结果表明分形维数和延误、流容比均为正相关,变化速率与加权间隔期望呈负相关:分形维数和延误满足分段对数变化关系,和流容比间局部线性关系显著。根据航路点交通流复杂性和运行效率之间的变化关系,采取相应的流量管理策略,通过有效控制复杂性,提升航路运行效率。     

基于K-means的空中交通流模式识别

空域系统容量与空中交通态势密切相关。对空中交通态势的精确把握可有效降低当前大流量情况下的空域系统压力、提高管制员有效决策水平。提出了一种基于K-means聚类方法的空中交通流识别方法,有助于清晰把握空中交通整体态势。首先分析了空中交通流特性,然后根据雷达数据统计了主要航段在15 min内飞机架次,聚类识别为多种交通流模式,最后通过计算时段内所有飞机在扇区的总飞行时间,验证了该方法的有效性。     

空中高速路匝口流量控制

空中高速路系统有助于缓解日益严重的空中交通拥挤问题.从空中高速路及其匝口的基本概念入手,基于元胞传输理论建立了空中高速路匝口流量控制模型,通过对模型进行仿真求解,建立匝口元胞连接图,得到系统最短时间、系统清空时间、最优匝口流量分布等,结果表明:该模型既能够满足空中高速路匝口流量控制建模的需要,又能反映空中高速路系统中交通流的动态特性.     

基于动态时间规整和长短期记忆的空中交通流量短期预测

空中交通短期流量预测的准确性对于精准实施空中交通流量管理具有重要意义。为提高空中交通短期流量预测准确性,充分利用历史运行数据,本文提出了一种基于DTW-LSTM的空中交通流量短期预测方法。首先,分析了空中交通流的时空相关性特征,基于此特征采用DTW算法衡量扇区之间的空间相关性;然后,由空间相关性度量结果选取不同扇区的数据进行组合,构建输入时间序列长度不同的数据集,将历史时间数据输入LSTM模型中训练;最后,对不同时空参数组合模型的预测结果进行分析,与不考虑时空相关性LSTM模型、考虑时空特性的SVR模型的预测结果进行对比。实验结果表明,相比于传统方法,本文提出的空中交通流量短期预测方法通过考虑交通流的时空相关性,提高了预测结果的准确性,相比LSTM模型,MAE降低24.5%,RMSE降低31.4%,相比时空相关SVR模型,MAE降低36.4%,RMSE降低30.6%。     

空中交通短期流量管理的动态网络流模型

针对优化调度空中交通短期流量的迫切需求,研究空中交通管制区的网络结构和确定容量条件下空中交通流的动态行为,给出了空中交通短期流量管理的多品种动态网络流模型的数学描述(ST-TFMP);并就管制区内现有飞机的疏散问题对原模型进行了改进.利用北京管制区某日高峰飞行时段的到达流量实际数据,在不同场景下对模型进行了仿真验证,结果表明空中交通短期流量管理的动态网络流模型有着较好的计算性能.     

基于空中交通流的空中交通网络拥挤程度评估

为解决空中交通流量日益增多导致的空中交通拥挤和拥堵问题,本文从空中交通流角度出发,区分空中交通拥挤和拥堵,通过建立拥挤程度评估模型来评估空中交通网络中拥挤程度。首先从容量和流量的角度区分并界定空中交通拥挤和拥堵的概念,同时借鉴道路交通思想,将空中交通分为畅通、正常、拥挤和拥堵四种状态。然后从空中交通流角度分析判定空中交通拥挤,提出拥挤状态门限区间,建立多种情况下的空中交通拥挤评估模型。最后引用某大型繁忙机场某时段的航班数据作为算例。结果表明,所建立模型可以用来评估空中交通网络拥挤程度。     

度分布为正态分布的复杂网络度序列长度的研究与分析

度分布是复杂网络模型的重要特征.针对度分布符合指数分布、幂律分布和扩展幂律分布的复杂网络模型,笔者所在课题组前期的研究结果表明节点度序列(1≤k_1k_2…k_l)长度l是log_2N级别的(N为网络节点数);在前期研究所得结论的基础上,文中针对度分布符合正态分布的复杂网络模型,从理论的角度证明了度序列长度l也是log2N级别的;并选取ER随机网络进行仿真实验,仿真实验表明,度序列的长度是级别的;最后对大量的现实网络模型进行了验证,结果表明现实网络的度序列长度l也是与log_2N同一级别.     

空中交通流时间序列的复杂度分析

空中交通系统是复杂的非线性系统,时间序列是研究空中交通系统的有效措施。为了定量分析空中交通的复杂性,首先阐述Lempel-Ziv算法复杂度及其修正复杂度;然后采集三亚01号、02号、04号扇区连续28 d的实际运行数据,构建了空中交通流时间序列;计算了3个扇区交通流时间序列的算法复杂度,并对相关参数的影响进行了分析。计算结果表明,修正的算法复杂度适用于长度较短的时间序列,可用于量化测度空中交通流复杂性;符号化方法、序列长度、时间尺度等对算法复杂度有较大影响。     

进离场交通流时距分布特征对比分析

时距分布是空中交通流理论研究的重要概念和组成部分。以中国某机场实测轨迹数据为例,提出一种合适观测点的自动生成方法,该方法能有效提升轨迹数据的利用率,并选择跟驰性较好的轨迹数据用以计算时距。在分别绘制进场和离场交通流时距频率分布直方图的基础上,应用韦布尔、光滑样条和有理函数模型拟合时距分布情况,并从定性和定量的角度对比分析拟合结果。结果表明,在机场运行状态正常时,有理函数模型对离场交通流时距的拟合效果最好,而光滑样条模型对进场交通流时距的拟合效果最好;在机场运行状态不佳时,光滑样条模型和有理函数模型则分别对离场和进场交通流的拟合效果更佳;进场交通流时距分布比离场交通流时距分布特征更明显。     

基于集成学习的交通流短时特性分析与神经网络预测方法

为揭示交通流的内在动态特性,利用分析法对交通流分形特性进行研究,表明该城市交通流序列具有长程相关性;为达到更精准的短期交通预测效果,同时提出一种基于思维进化算法(MEC)对神经网络最优初始参数的定向搜索,解决神经网络易陷入局部最优的问题;并用自适应增强算法(adaptive enhancement algorithm,Adaboost)对优化过的神经网络集成,弥补神经网络对新样本集的泛化性能差缺陷,在此基础上通过预测误差平方和倒数准则重新调整Adaboost算法对弱预测器权值分布,使每个预测器最大程度提高网络预测精度.验证结果表明,改进MEC-BP_Adaboost模型与BP模型相比,均方误差和平均绝对误差分别下降78.2％和46.4％,证明本文改进方法对交通流预测具有合理性,对不同的交通流状态具有较好的适应性.     

基于分形理论的网络流量异常检测技术

传统网络流量异常检测技术不能适应网络流量的复杂性,异常检测精度低,不能保证实时性,为此,提出一种新的基于分形理论的网络流量异常检测技术。通过FIR滤波方法对流量的时间序列进行预处理。采用Schwarz信息准则对网络流量异常检测问题进行处理,估测网络流量异常点数量与位置。采用R/S分析法求出自相似指数Hurst值,依据Hurst值对网络流量时间序列的分形特征进行分析。引入滑动窗口完成多网络流量异常点的检测,在检测异常点处对流量进行分形处理,依据自相似指数计算过程获取异常点间的流量自相似指数值,保存异常点之后的流量,为下一个流量异常点的检测提供依据。实验结果表明,所提技术实现过程简单,网络流量异常检测精度高,保证了实时性。     

基于网络演算的有损分形整形器及性能模型

随着Internet的不断演化和发展,它已成为一个开放的复杂巨系统,为改善Internet复杂网络流量自相似等突发特征给网络性能带来的影响,提出了一种适合自相似等突发流量的有损分形整形器的一般数学模型,证明了分形到达约束受限于原始到达曲线,推导并得出了有损分形整形器的输出特性与输入流量的自相似特征参数以及分形整形曲线之间的关系,分析了有损分形整形器的队列长度与延迟等性能,讨论了有损分形整形器的引入对网络端到端延迟、数据丢失总数以及平均丢失率等性能的影响,分别得到了上述各性能指标上界与流量自相似参数的关系,给出了在允许最大平均丢失率的情况下的最小缓存容量.这对于基于分形整形器的拥塞控制策略和流量控制方案的评价,以及分形整形器自身参数的设计是具有参考作用.     

压差对含裂缝硐室氡运移影响的数值模拟研究

为研究地下硐室存在裂缝下的氡运移规律,依据某人防工程的构造和物理几何尺寸,建立了适合裂缝网络渗流特性的数学模型和氡运移方程,采用计算流体力学方法,研究了不同室内外压差条件下含裂缝硐室内氡的运移规律。结果表明:分形裂缝网络的渗流模型来表征墙体裂缝的渗流特性具有可行性;随压差从5 Pa增至30 Pa,压差抑制了氡从裂缝中扩散到室内的运移,裂缝处流出的氡质量流量总减少76.5%;压差对排氡起促进作用,从排风口处流出的质量流量总增加了186.2%。硐室在滤毒通风状况下,压差为20 Pa时排氡效率最高,最有利于室内氡的控制。压差的增大可等效为换气次数的增加,顶送下回的送风方式容易造成靠近送风口处氡的堆积且在室内易产生涡流。     

城市复合交通系统容量超级网络评估方法

通过构建虚拟节点和换乘线段,将复合交通系统转化为由小汽车网络、公交网络和轨道交通网络有机组合而成的超级网络,建立复合交通系统容量的超级网络分析评估模型.该模型上层为最大化流量问题,反映复合交通系统服务流量最大化,下层为出行分布和均衡配流的组合模型,反映出行者利用出行路径的选择,同时进行出行方式、换乘节点的选择.以芜湖市城市交通网络系统容量计算为例,结果显示网络容量与城市向东向南发展策略一致,反应了该模型和算法的正确性和有效性.     

相关向量机模型在边坡稳定性预测中的应用

近年来,边坡稳定性预测得到了广泛的研究,及时、准确的预测可以有效的预防边坡破坏灾害的发生。本文提出了一种基于相关向量机(RVM)的边坡稳定性预测模型,结合京-新高速公路高堑边坡工程实例,通过对比支持向量机（RVM）模型、RBF神经网络模型和支持向量机(SVM)模型的拟合及预测结果来分析其可行性。结果表明:相较于SVM模型和RBF神经网络模型,RVM模型的三种预测指标值均是最小的。其中,平均绝对误差（MAE）分别降低了86.02%和22.11%,均方根误差（RMSE）分别降低了72.05%和1.09%,相对均方误差（RRMSE）也分别降低了75.89%和21.13%,表明RVM是一种预测边坡稳定性的稳健工具,该方法能较为准确地预测出不同指标下的边坡安全系数。     

应用分形理论研究鄂尔多斯ZJ油田长6段储层孔隙结构的非均质性

利用薄片资料分析了鄂尔多斯ZJ油田长6段储层的孔隙结构类型和组合特征.用岩样毛管压力数据讨论了岩石孔隙结构的分形特征.用小于某一孔隙半径r的孔隙体积百分比s与r的拟合关系,计算了ZJ油田延长组长6段储层的孔隙结构分形维数.计算结果表明,长6段储层的长62-1小层及长62-2小层的毛管压力曲线都存在一个标度区间,在该区间内孔隙结构才具有分形特征.同一岩样中,大孔隙与小孔隙呈多重分形特征,且对应于不同的标度区间.对于62-1小层,大孔隙段和小孔隙段的分形维数分别为2.58和2.85,表明长62-1小层小孔隙发育段的孔隙结构更复杂.对于长62-2小层,大孔隙段和小孔隙段的分形维数分别为2.71和2.83,同样,小孔隙段的孔隙结构复杂、非均质性强.对比长62-1和长62-2的大孔隙段分形维数知道,前者孔隙结构相对简单.对比测试结果知道,孔隙结构与含油性关系密切,孔隙结构简单的长62-1小层的含油性明显好于长62-2小层,而且孔喉相对分选系数与分形维数呈正相关关系.