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空域扇区网络结构特性分析及韧性评估

王兴隆 苗尚飞

王兴隆, 苗尚飞. 空域扇区网络结构特性分析及韧性评估[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(5): 904-911. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0084
引用本文: 王兴隆, 苗尚飞. 空域扇区网络结构特性分析及韧性评估[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(5): 904-911. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0084
WANG Xinglong, MIAO Shangfei. Structural characteristics analysis and resilience assessment of airspace sector network[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(5): 904-911. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0084(in Chinese)
Citation: WANG Xinglong, MIAO Shangfei. Structural characteristics analysis and resilience assessment of airspace sector network[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(5): 904-911. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0084(in Chinese)

空域扇区网络结构特性分析及韧性评估

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0084
基金项目: 

中央高校基本科研业务费专项资金 3122019191

详细信息
    作者简介:

    王兴隆   男,硕士,副研究员。主要研究方向:空中交通流量管理、空域运行安全

    苗尚飞   男,硕士研究生。主要研究方向:空中交通流量管理、空域运行安全

    通讯作者:

    王兴隆, E-mail:xinglong1979@163.com

  • 中图分类号: V11

Structural characteristics analysis and resilience assessment of airspace sector network

Funds: 

the Fundamental Research Funds for the Central Universities 3122019191

More Information
  • 摘要:

    为保障扇区内航空器运行安全,提高扇区网络在外界干扰下的韧性,从而有效减轻航班延误和空域拥堵。首先,依据中国空域扇区划分规则,运用复杂网络理论构建中国空域扇区网络模型;然后,定义网络基本特征参数,对中国空域扇区网络结构特性进行分析,提出扇区网络韧性的概念,并采用一种定量评估方法对其进行度量;最后,对比分析不同恢复策略下的韧性指标,以此制定空域扇区网络在外界干扰下的最佳恢复策略,提高网络韧性。结果表明:中国空域扇区网络具有较大的平均最短路径长度和较小的聚类系数,度分布服从双段幂律分布,介数和强度服从指数分布。介数是影响空域扇区网络韧性最大的指标,采用介数恢复策略可显著提高外界干扰下空域扇区网络的韧性。

     

  • 图 1  特征参数分布

    Figure 1.  Distribution of characteristic parameters

    图 2  系统受损及韧性恢复过程

    Figure 2.  System damage and resilience recovery process

    图 3  随机扰动及不同恢复策略下的空域扇区网络效率

    Figure 3.  Airspace sector network efficiency under random disturbance and different recovery strategies

    图 4  度值扰动及不同恢复策略下的空域扇区网络效率

    Figure 4.  Airspace sector network efficiency under degree disturbance and different recovery strategies

    图 5  介数扰动及不同恢复策略下的空域扇区网络效率

    Figure 5.  Airspace sector network efficiency under betweenness disturbance and different recovery strategies

    图 6  综合韧性值

    Figure 6.  General resilience values

    表  1  空域扇区网络特征参数

    Table  1.   Airspace sector network characteristic parameters

    特征参数 公式 含义
    对于具有N个节点的空域扇区网络,节点i的度Ki表示空域扇区网络中与节点i存在航班联系的扇区的个数。eij表示若节点i与节点j相连,则eij=1,否则eij=0
    累积度分布 表示度值不小于K的节点数所占的比例。Pk′为度分布,表示空域扇区网络中度为K的节点数占总节点数的比例
    强度 表示经过扇区i的航班流量,V(i)表示扇区i的相邻扇区集合,ωij表示扇区i飞往扇区j的航班流量
    聚类系数 表示节点iKi个邻节点间实际存在的边数与最大可能存在的边数之比,反应了扇区邻节点之间联系的紧密程度。Ei为扇区i相邻节点之间实际存在的边数
    平均最短路径长度 表示空域扇区网络中连接任意两扇区之间最短距离的平均值,N为扇区节点个数,dij为扇区i和扇区j之间的最短距离
    介数 节点i的介数表示空域扇区网络中所有最短路径中经过该扇区的数量比例,njk为扇区j和扇区k之间最短路径数,njk(i)为扇区j和扇区k之间最短路径中经过扇区i的数目
    余平均度
    Ki表示节点i的度,Kij表示节点i的邻居节点的度。Knni表示节点i的余平均度,Knn(K)表示度为K的节点的余平均度
    网络效率 E表示空域扇区网络的网络效率,若扇区i与扇区j之间没有路径连接时,dij=∞,网络效率E的取值范围为[0, 1],E的值越大,网络连通性越好
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-05
  • 录用日期:  2020-05-30
  • 网络出版日期:  2021-05-20

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