航路网络关键节点优化与“三区”避让设计方法

针对提高空中交通航路网络运行效率的问题,本文提出了航路网络关键节点优化与"三区"避让设计相结合的网络设计方法。首先,给出了航路网络关键节点优化与"三区"避让设计的模型,并利用遗传算法对航路网络设计问题进行了求解;应用分析表明:优化设计后的航路网络相比现行航路网络,在运行成本、非直线系数、连接度、可达性等性能指标上均有大幅改善,从而证明该方法的正确性。     

空中交通相依网络的脆弱性研究

机场、航路和管制扇区构成空中交通相依网络,节点在受到扰动时,网络运输性能下降,引发网络脆弱性。提出一种空中交通相依网络脆弱性的度量方法,首先构建机场网络、航路网络和管制扇区网络3个层网络,基于空中交通管理规则与层网络间的逻辑连接关系,建立空中交通相依网络模型。在随机扰动和蓄意扰动节点两种不同失效模式下,采用最大连通度和结构熵两个指标,并给出了相应算法,分析相依网络的结构脆弱性;创建流量熵和交通流损失比指标,设计了相应算法,研究相依网络的功能脆弱性。研究结果表明,随机扰动对空中交通相依网络影响更大;网络的结构脆弱源与功能脆弱源是机场网络;网络的脆弱性与层网络间的连接方式和层网络的交通量不匹配有关。     

基于模块度的复杂网络社团结构聚类新算法

针对传统的分裂聚类算法删除连边会影响节点划分的问题,结合K-means算法的思想并加以改进,提出了一种以邻居节点为聚类备选集,所有社团中心节点同时聚类的同步聚类算法。该算法根据节点中心度和最短路变化率确定社团中心节点集,然后以中心节点为社团中心,以邻居节点为聚类备选集合进行聚类,完成社团的划分。将算法应用到Zachary网络中并与GN算法、Top Leader算法进行比较,仿真结果表明该算法对网络有较好的划分。     

支持差异化服务的航空信息网络切片策略

针对航空集群各作战任务对网络性能需求的差异，研究了灵活耦合任务需求的航空信息网络切片问题。按照任务特性定义网络切片类型及性能特征，以任务资源需求为约束构建切片性能最优化整数规划模型，将网络切片构建问题分解为平台资源聚类和链路资源聚类2个步骤，提出了基于粒子群的平台资源聚类算法和基于感知节点的链路资源聚类算法。平台资源聚类阶段通过基于聚类因子排序的粒子群聚类算法进行迭代求解；链路资源聚类阶段，以各网络切片性能和链路负载率为优化目标，在平台资源聚类的基础上完成链路资源聚类。研究结果表明：所提算法构建的航空信息网络切片可满足不同任务对平台资源以及网络传输能力的需求，平台资源利用率和链路负载率显著改善。     

恶劣天气条件下航路网络修复优化

针对恶劣天气条件下可用空域资源不足导致的航班大面积延误问题,基于复杂网络修复理论和交通流分配理论,借鉴交通网络设计思想提出了一种航路网络修复优化策略。首先,建立了航路网络修复场景,基于气象信息生成了恶劣天气飞行受限区。然后,建立了上层模型以修复成本最低为目标函数、下层模型为多约束交通流分配模型的双层规划修复模型,应用改进粒子群算法对模型整体进行求解,结合K最短路径算法对下层模型进行求解。最后,提出局部和全局两类指标对航路网络修复效果进行评估。基于典型航路网络,以两类基础修复策略为对比方法,同时对比了实际运行结果,研究了不同修复策略的修复效果和适用性。仿真结果表明：航路网络修复优化策略既能弥补原有拓扑结构修复策略的结构受限不足,又能解决拓扑结构调整修复策略带来的巨额协调费用问题,能够保证在对正常运行航班干扰最小的同时,以最小的修复成本使所有受影响的航班都恢复正常运行,对于减缓航路拥堵和航班延误有极大的意义。     

基于轨迹聚类的民用飞机线束综合设计方法

针对目前民用飞机EWIS线束综合设计时存在因信号数量大、路径复杂所导致的工作难度高、设计效率低等问题，设计了一种基于轨迹聚类的线束综合设计方法。根据布线网络上敷设的信号路径，以网络节点所构成的轨迹段形式构建信号路径轨迹，并通过改进的LCSS算法衡量信号轨迹间的相似性，使用基于密度的DBSCAN聚类算法将信号划分到不同的线束组件。结合某机型机上数据与现有线束信息比较，并使用建模软件分析对比实验结果，验证了该方法的可行性。     

考虑机场位置与航线流量影响的航空网络防御资源优化策略

传统复杂网络领域对网络防御问题的研究未考虑影响航空网络防御资源配置的主要因素,为此提出 一种考虑机场位置、航线流量等因素的基于航空网络实际的防御策略,来降低网络风险。首先,利用节点脆弱 性减少模型确定不同类型防御资源防御量与节点防御能力的函数关系;然后,对传统的重要度评价矩阵做出改 进,考虑航线流量、机场位置等影响航空网络防御资源配置的因素对节点进行重要度排序,并分析节点与整个 航空网络风险的关系;最后,在总防御资源量一定的情况下,利用模拟退火算法对各个节点配置的防御资源量 进行求解,使得网络总风险最小。通过对随机生成网络与中国航空网络的实验发现,该优化策略在分配防御资 源时,能够区分机场节点位置和流量的差异,相比于传统方法能够有效降低网络总风险。     

当前形势下加快轮辐式航线网络建设的思考

<正>轮辐式航线网络结构定义与特点（一）轮辐式航线网络的定义枢纽轮辐式（Hub-and-Spoke）航线网络,又称为枢纽辐射式航线网络或中枢辐射式航线网络,是指航线的安排以枢纽城市为中心,采用干线形式满足枢纽城市间旅客与货物运输的需要,同时采用支线形式由枢纽城市辐射至各中小城市,以汇集和疏散旅客与货物,干支线间有严密的航班时刻衔接计划。     

基于遗传算法的神经网络优化

针对神经网络结构的设计基本上依赖于人的经验的缺点，提出了一种利用遗传算法优化神经网络的算法。该算法结合了神经网络的快速并行性和遗传算法的全局搜索性，对神经网络的连接权和结构进行了优化，剔除整个网络冗余节点和冗余连接权，提高了网络的处理能力。通过实例证明该算法具有很高的精度，在机械故障诊断中具有良好的应用前景。     

基于桶消元的数控机床故障模糊贝叶斯网络推理方法

用模糊数描述节点的多种故障状态,用模糊子集描述根节点的故障概率,用贝叶斯网络的条件概率表描述节点间的不确定关系,构建数控机床故障的模糊贝叶斯网络;采用桶消元算法,对数控机床故障的模糊贝叶斯网络进行推理和计算,获得根节点的后验概率,为数控机床故障诊断与分析提供依据;最后,以数控机床刀架系统故障的贝叶斯网络推理过程为例,验证所提理论和方法的有效性。     

超视距协同空战协同网络结构模型静态特性研究

利用复杂网络理论,将超视距协同空战实体及其之间的关系抽象为协同网络的节点和边,分别从编队无协同、仅火力协同、仅传感器协同（树型份布式指挥结构）、传感器＋指控协同（树型份布式指挥结构）、传感器＋指控＋火力协同（树型／分布式指挥结构）、预警机指挥引导下的传感器＋指控＋火力协同（树型／分布式指挥结构）进行网络化协同结构模型构建。在所构建模型基础上,从平均路径长度、聚集系数、平均节点度和度分布以及网络可达性4个方面进行静态特性分析。     

基于航空货运网络结构的城市层级分析

航空货运网络是影响城市层级结构的重要因素之一,对其进行量化分析具有十分重要的理论和现实意义。根据2002—2008年中国航空货运数据库构建的中国航空货运网络,运用复杂网络分析的测度方法,以城市航空货运量比例为依据,将中国航空货运网络分成初始层级网络、中级层级网络和核心层级网络3个层次。基于航空货运网络视角,将中国通航城市分成核心、中级和边缘城市3类层级。通过对平均路径长度、聚类系数、度分布、密度等网络特征的分析,证明了3个层级城市所在的网络都具有小世界和无标度特性,研究表明中国城市层级结构具有金字塔特性,分布严重不均匀,值得关注。     

基于复杂网络的国际航空客运网络结构分析

以2003—2006年国际航空旅客运输量和流向为数据构建,通过可视化软件和复杂网络的理论和方法,对以国家/地区为节点所组成的国际航空客运网络结构进行研究。以平均路径长度、簇系数、度分布和中心性等网络结构特征指标为依据,分析了国际航空客运网络结构特点和中国航空客运在网络结构中的结构特征。     

Air route network optimization in fragmented airspace based on cellular automata

Air route network optimization,one of the essential parts of the airspace planning,is an effective way to optimize airspace resources,increase airspace capacity,and alleviate air traffic con gestion.However,little has been done on the optimization of air route network in the fragmented airspace caused by prohibited,restricted,and dangerous areas (PRDs).In this paper,an air route network optimization model is developed with the total operational cost as the objective function while airspace restriction,air route network capacity,and non-straight-line factors (NSLF) are taken as major constraints.A square grid cellular space,Moore neighbors,a fixed boundary,together with a set of rules for solving the route network optimization model are designed based on cellular automata.The empirical traffic of airports with the largest traffic volume in each of the 9 flight information regions in mainland China is collected as the origin-destination (OD) air port pair demands.Based on traffic patterns,the model generates 35 air routes which successfully avoids 144 PRDs.Compared with the current air route network structure,the number of nodes decreases by 41.67％,while the total length of flight segments and air routes drop by 32.03％ and 5.82％ respectively.The NSLF decreases by 5.82％ with changes in the total length of the air route network.More importantly,the total operational cost of the whole network decreases by 6.22％.The computational results show the potential benefits of the model and the advantage of the algorithm.Optimization of air route network can significantly reduce operational cost while ensuring operation safety.     

管制-飞行状态相依网络演化过程

动态、准确的管制系统运行态势预测是航空运输系统各相关单位开展协同决策的关键基础。基于航空器间的冲突情况、管制员对航空器的管控情况以及管制移交情况构建管制-飞行状态相依网络,探究、分析其演化规律,采用相关性分析和主成分分析证明了所选5项指标的合理性。设置自由飞行和固定航线飞行两种仿真场景,通过计算平均节点度、平均点强等拓扑指标的最大李雅普诺夫指数证明各时间序列均具有混沌特性,选择长短期记忆（LSTM）人工神经网络方法对各时间序列的演化规律进行预测,并与其他预测算法进行对比。仿真结果表明LSTM算法能对管制系统的演化过程进行有效的预测,且预测精度高于贝叶斯算法和支持向量机算法;在自由飞行条件下,5项指标的预测误差绝大部分在20%以内,固定航线飞行的预测效果优于自由飞行。     

基于蒙特卡罗法的航空发动机空气系统稳态算法优化

针对目前航空发动机空气系统稳态算法中收敛性依赖初值的问题,将蒙特卡罗方法与流体网络法综合应用到空气系统可压缩流体一维网络计算中,提出了一种新的计算方法Monte Carlo-Fluid Network（MC-FN）。该方法将空气系统简化为由节点和元件组成的网络,借助蒙特卡罗方法获得空气系统内各节点压力分配,再根据空气系统中各元件流阻特性和换热特性计算流量、温度。计算中通过将游动次数比较少的蒙特卡罗方法的计算结果作为流量残差法节点压力、温度的初始值,实现快速求得精确收敛解。与流量残差算法相比,MC-FN方法计算精度不变,收敛速度提升了66.5%;与线性求解法相比,MC-FN方法的计算精度提升了25.2%,收敛速度提升了43.8%。     

A Self-organizing Bearings-only Target Tracking Algorithm in Wireless Sensor Network

In the bearings-only target tracking, wireless sensor network (WSN) collects observations of the target direction at various nodes and uses an adaptive filter to combine them for target tracking. An efficient network management is necessary to gain an optimal tradeoff between locating accuracy and energy consumption. This article proposes a self-organizing target tracking algorithm to select the most beneficial subset of nodes to track the target at every snapshot. Compared with traditional methods, this scheme avoids the need for keeping global position information of the network as in greedy selection. Each node judges its future usefulness depending on the knowledge of its own position and using simple mathematics computation. Simulations indicate that this scheme has locating accuracy comparable to the global greedy algorithm. Also, it has good robustness against node failure and autonomous adaptability to the change of the network scale. Furthermore, this algorithm consumes limited energy because only a portion of nodes partakes in the selection at every snapshot.     

Heuristics of node selection criteria to assess robustness of world airport network

The world airport network (WAN) is one of the networked infrastructures that shape today's economic and social activity,so its resilience against incidents affecting the WAN is an important problem.In this paper,the robustness of air route networks is extended by defining and testing several heuristics to define selection criteria to detect the critical nodes of the WAN.In addition to heuristics based on genetic algorithms and simulated annealing,custom heuristics based on node damage and node betweenness are defined.The most effective heuristic is a multiattack heuristic combining both custom heuristics.Results obtained are of importance not only for advance in the understanding of the structure of complex networks,but also for critical node detection.     

流体网络节点残量修正算法的改进

为了提高流体网络求解的收敛性与稳定性,对网络节点残量修正算法进行改进。基于理论分析,提出使残量修正算法大范围收敛的初值赋值规律,并通过简单模型的数值分析加以验证;在节点残量修正显式迭代的基础上,提出隐式梯形迭代格式,扩大最大迭代步长。基于改进方法,以某典型航空发动机空气系统为例进行计算,获得空气系统各节点的压力、温度以及各支路的质量流量。该计算过程显示,相对于残量修正显式迭代,改进计算振荡大幅度减弱,收敛速度提高了80%以上。结果表明:改进算法有效地提高了流体网络求解的稳定性和收敛性。