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。     

基于复杂网络的空中交通流分形特征分析

为准确把握空中交通流量变化规律,掌握空中交通系统内在特性,需要对空中交通流时间序列进行基于复杂网络的分形特征分析。收集空中交通流量数据,利用可视图方法构建复杂网络模型,分析网络拓扑结构,验证了该网络度分布服从幂律分布,拟合直线斜率为-2.086,证明了网络是无标度网络,具有单分形特征。验证了覆盖整个网络所有节点所需要的最少盒子数目与盒子直径成幂律关系,拟合直线斜率为-0.212 1,相关系数为-0.872 2,再次证明了网络具有单分形特征。通过验证网络广义分形维数关于参数的图像为非线性,拟合直线斜率分别为-1.942、-1.936、-1.78,相关系数均在0.8以上,拟合效果较好,证明了网络具有多重分形特性。通过计算重整化前后网络的幂指数相似,证明了网络具有自相似性。结果表明,应用复杂网络的理论分析空中交通流时间序列是可行有效的,为进一步深入应用研究奠定了基础。     

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。     

基于统计复杂度的非对称双稳系统的动力学复杂性研究

本文运用统计复杂度和标准Shannon熵研究了乘性色噪声和加性白噪声共同作用下非对称双稳系统的动力学复杂性.考虑到系统势函数的非对称性,借助于Bandt-Pompe算法分别计算了系统总的以及左、右势阱的统计复杂度和标准Shannon熵,并在此基础上详细讨论了势阱的非对称性、加性白噪声、乘性色噪声及周期信号等对系统动力学复杂性的影响.结果表明,当这些因素变化时,系统总的统计复杂度和标准Shannon熵与系统单个势阱中的统计复杂度和标准Shannon熵呈现出明显不同的趋势,反映了其动力学复杂性的不同.     

广义空中交通流建模综述

空中交通流建模是研究空中交通系统拥堵规律和演变机理的重要手段.面向集权式管控下空中交通流广义属性,将空中交通流模型分为\"以流为中心\"和\"以人为中心\"两类,评述各类广义交通流模型的核心理念、建模方法、主要特点和适用范围,强调了空中交通流建模中\"人-流\"关系的重要性;针对当前交通流建模亟需突破的瓶颈和未来空中交通发展需求,...     

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。     

终端区场景下空中交通流建模与控制分析

针对繁忙终端区以及主干航路的运行状态日趋容量极限,现有的空中交通管理系统仍采取传统依赖管制经验的空中交通管制模式,空中交通网络拥堵问题日渐严重。本文构建空中交通流系统模型,旨在从系统工程的角度进行定性和定量的分析,在有限的空域资源约束下进行有效空中交通流量管理。首先,对终端区空域栅格化处理,考虑控制过程中进离场飞行程序,在TAAM(Total Airspace and Airport Modeller)软件中建立初始模型并进行仿真,获取各二维面元(Surface Element, SEL)交通流参数信息,在仿真数据的基础上确定各SEL交通流的平均速度,对终端区二维控制体模型(2D Menon Model, MM2D)进行改进。其次,结合现代控制理论,以空域状态方程和系统矩阵对交通流进行表征,并对该系统进行能控性和稳定性分析。结果表明：改进的终端区MM2D模型能控性矩阵满秩,系统矩阵特征值为0.04、0.194、0.517和0.529均小于1,证明空中交通流系统可控且渐近稳定,通过对控制量组合给予调配,可得到完全能控下最小控制量组合,交通流控制率可缩减45.7%,对实际管制过程中交通流控制方向与数量具有一定的现实意义。     

基于复杂性测度的仿真模型验证

复杂仿真系统模型验证中,系统输出具有复杂、非线性和非平稳的特点,传统模型验证方法解决上述问题存在较大风险.复杂性测度是描绘非线性时间序列特征的重要参数,将复杂性测度理论引入到仿真模型验证,在计算试验数据和仿真数据复杂性测度的基础上,将仿真数据与试验数据之间的复杂性差异作为评价指标,衡量模型的有效性.实例分析表明:该方法计算简便,对时间序列的长度、平稳性等方面没有特殊要求,具有一定的实用性.     

基于复杂性测度的心率状态对比

本文介绍了近似熵（ApEn)和谱熵（SE）两种复杂性测度，研究了在两组静默（采用中国气功和Kundalini瑜珈练习方法）和正常状态下的心率复杂性。观察到两种状态下复杂度有明显差异，但两种状态下复杂性数值的大小关系对取决于不同的个体。研究结果进一步在心率变化的复杂性方面支持了关于在人体心率和自主调节间存在某种关联的看法，并提供了新的定量描述心率不同状态的方式和途径。     

空中交通复杂度测度分析及航班监测预警研究

应用复杂理论分析方法,研究了空中交通流复杂度,提出了空中交通复杂性测度的计算方法以及交通流稳健度评价体系,并对空中交通系统复杂度影响较大的航班提出预警。讨论了基于复杂性测度理论的空中交通复杂度度量分析和监测预警,研究表明所提供的方法能够从复杂,不确定的数据中计算出系统复杂度的变化,通过稳健性技术指标,能够辨别与系统稳健性相关的状态参数,指出对系统稳健度造成较大影响的航班。这些研究工作表明,提出的复杂性方法能够对空中交通复杂度进行测度分析和对航班进行监测预警。     

基于小波消噪和混沌时间序列的交通流预测研究

基于实际交通流变化的不确定性和交通系统时变复杂的特征,应用小波分析理论,对原始交通流数据进行消噪处理,使消噪后的数据更能反映交通流的本质及变化规律。再针对交通流的非线性特征及其短期可预测性,应用混沌时间序列预测模型来预测短时交通量。结果表明:先进行小波消噪再进行预测所得的结果与实测值有更高的拟合度,可以用于短时交通流的预测。     

基于交叉点复杂度的空域通行能力优化方法

为解决空域拥挤导致通行能力下降的问题,提出了一种考虑交叉点复杂度的通行能力优化方法。首先,分析了实际民航运行中存在的痛点和难点,以及以往有关通行能力的研究缺少交叉点建模、管制员负荷测量困难和求解时间复杂度高的缺陷;然后从高度层、交叉点和航班运行3个方面提出了空域的数学抽象方法,并根据节点的交叉数对空域的数学模型进行简化,剔除了没有交叉的导航台点,降低了空中交通网络抽象后节点矩阵稀疏的问题;分析了交叉点对于通行能力的影响主要在于流量和交叉数两个方面,以这两个方面建立了交叉点的费用函数;以延误最小为目标,以流量平衡、扇区和航路容量、流控容量和非负整数作为约束,建立了通行能力优化模型;分析并指出存在负容差的空中交通网络更容易发生延误,并根据网络延误的特性提出了一种考虑延误反向传播的迭代算法。最后,以华北地区空域为例,从不同流控等级下的延误时间、受影响的航班数和算法计算时间3方面进行仿真。结果表明：所建模型和所提算法平均能降低33.58%的延误,且通过合理地分配改航、调时和调减最大程度减少延误。     

时间序列间统计依赖性测量的一种改进方法

提出了利用改进的广义互信息测量 2个随机变量之间非线性统计依赖性的方法 ,在此基础上获得了利用关联积分计算 2个具遍历性的观测时间序列之间统计依赖性的公式 ,并与利用互信息和广义互信息测量 2个观测时间序列之间统计依赖性的方法进行了比较 ,通过例子说明了这种改进方法的优点     

影响机场流量的因素研究及其评价

随着空中交通流量需求的日益增长,航班延误成为了我国现如今民航事业发展的一大难题。本文首先介绍了当前机场流量问题的现状。之后从影响机场的流量因素出发,从定性的角度分析了天气条件、机场与航空公司自身原因、机场基础设施建设、其他交通运输方式、空中交通管制、政策因素对机场流量的影响;从定量的角度建立了回归分析模型并进行检验。最后加入虚拟变量以研究政策因素对机场流量的影响。     

基于混沌理论的高速公路交通流预测研究

对衡枣高速公路短时交通流进行了混沌识别,结果表明其具备混沌特性,利用重构相空间的嵌入维数确定神经网络的结构,建立了基于混沌理论的高速公路交通流神经网络模型,实际数据验证了该方法对短时交通流预测的有效性.