基于复杂网络理论的航班延误传播特性研究

摘要

随着全球民航业的飞速发展，航班延误问题越来越受到人们关注。探究航空运输网络的演化现象，寻找延误在网络上的传播规律及特性，对于控制和缓解航班延误具有十分重要的意义和价值。本文通过对航空运输网络的实证分析，基于网络演化过程中的边权择优连接机制，建立航空演化网络模型。利用边权择优概率，选择出网络中高权值边与新节点相连。随着每一步新节点的加入，网络中各边权重发生变化。通过调整航线特征量，挖掘在演化过程中机场数量、航线布局等网络演化特性的变化规律，并通过与现实航空网络的实证对比，验证该演化网络模型的适用性。进一步基于所构建的航空演化网络，改进经典传播动力学模型，重新定义航空网络上的航班延误传播规则和有效传播概率。通过回归模型，分析不同航线的延误传播概率与影响航班运行因素之间的关联。并在此基础上，分别基于机场节点和航班运行网络，构建航班延误传播ASIR模型（Airport Susceptible-Infected-Recovered model）和FSIS模型（Flight Susceptible-Infected-Susceptible model），分析航空演化网络的不同结构和功能特性对航班延误传播的不同影响作用。仿真模拟不同网络拓扑结构、不同机场类型，以及不同航线属性对航班延误传播作用效果，进而揭示延误在航空运输网络上的传播过程及特性，并提出有效的控制策略。 本文结论可为控制航班延误在航空运输网络上的传播提供有效的理论依据。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 研究现状

1.2.1 航空网络构建及特性研究

1.2.2 航班延误传播特性研究

1.2.3 传播动力学模型在交通运输领域的应用

1.3 论文研究方案

1.3.1 论文研究内容

1.3.2 技术路线

航空网络的延误传播研究方法

2.1 复杂网络理论概述

2.1.1 复杂网络理论及研究内容

2.1.2 无标度网络及其特性

2.2 传播动力学理论概述

2.2.1 经典传播模型

2.2.2 无标度网络上的传播模型

2.3 本章小结

第三章 航空网络演化机理及模型构建

3.1 航空运输网络特性研究

3.1.1 航空运输网络统计特性

国际上对航空网络基本已具有较为统一的认识，即航空网络是典型的无标度网络[68-69]。

在一般的无标度网络中，一个节点的度（degree）是指该节点拥有的邻节点数目。

3.1.2 航空运输网络上的结构特性

3.2 航空演化网络模型构建

3.2.1 复杂网络的演化机制

3.2.2 边权择优的航空演化网络模型

3.3 航空演化网络分析

3.3.1 航空演化网络特征分析

3.3.2 航空演化网络实证分析

依据 ACI 标准（Airports Council International Criterion

3.4 本章小结

第四章 机场网络中的航班延误传播特性研究

4.1 航班延误传播ASIR模型

4.2 ASIR模型的传播阈值分析

4.3 航班延误传播特性分析

4.3.1 航线客流量对延误传播特性的影响

4.3.2 初始延误机场对延误传播特性的影响

4.3.3 机场过站保障能力对延误传播特性的影响

4.3.4 综合因素对延误传播特性的影响

4.4 本章小结

第五章 航班运营网络中的延误传播特性研究

5.1 航班延误传播FSIS模型

5.1.1 航班延误传播过程

5.1.2 波及延误时间定义

5.1.3 延误传播概率

5.2 延误传播概率回归模型

5.2.1 航班延误传播概率回归分析

5.2.2 基于延误传播概率的航班延误特性分析

5.3 基于FSIS模型的航班延误传播

5.3.1 机场节点延误

5.3.2 网络运行延误

5.3.3 延误控制及调整

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 论文工作总结

6.2 本文创新点

6.3 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文