摘要：空中交通系统是空中交通管理（Air Traffic Management，ATM）的作用对象，亦是ATM持续实践的产物。而其外观体现，即可观测的空中交通行为，反映了空中交通系统作为ATM对象以及产品的实在状态。由此，为了清楚认识现代ATM系统并在客观上判定和估计该系统绩效，有必要首先对空中交通行为及其机理进行全面剖析。本论文首创性地提出ATM中交通行为复杂性的探讨框架，较深入探讨了空中交通行为的概念定义、度量策略和浅析手段，为厘清复杂空中交通行为的机理，建立以微观到中、宏观的自动化ATM辅助决策系统提供手段依据。内容上，首先借鉴复杂性科学认识论观点，对排队、飞行冲突规避和不对称情势信息分布三类复杂空中交通行为的机理进行了浅析，在其基础上归纳空中交通行为及其复杂性的概念涵义，为ATM复杂性探讨领域澄清了对象范畴。进而通过建立、重构和精炼空中交通行为复杂性度量指标系统，为探讨空中交通行为及其复杂性提供手段工具。最后，基于指标系统以多维度视角系统浅析了一般的和基于偏好决策的静、动态空中交通行为及其复杂性，建立了针对空中交通行为及其复杂性的浅析策略系统。上面陈述的框架可为发掘和提炼空中交通系统的运转特点及其方式，研发不同层次和细度的自动化ATM系统提供论述依据和策略参照。本论文主要探讨内容及其结论包括：（1）建立航路排队模型，将单向航路视为单怎么写作台探讨了先到先怎么写作下一般航路的排队行为，并在模型基础上剖析了确定的简单飞行规则和随机性在形成空中交通系统复杂行为方式中的作用。提出多主体冲突解脱算法，通过仿真探讨了分布决策方式下多架航空器非合作战略性飞行冲突规避的整体行为，并在其基础上剖析了增加飞行自由度对形成空中交通系统复杂行为方式的作用。建立组合机动冲突解脱对策模型，探讨了分布决策方式下大规模交通流合作战略性飞行冲突规避的整体行为，并在模型基础上剖析了交通量规模对形成空中交通系统复杂行为方式的作用。建立非对称情势信息分布模型，探讨了分布决策方式下非对称的交通信息分布行为，并在模型基础上剖析了人因要素对形成空中交通系统复杂行为方式的作用。针对上面陈述的模型与算法的浅析表明，空中交通系统中各个变量要素的非线性作用几乎无所不在。在随机性要素作用下，简单运转规则、多维飞行自由度、大规模航空器数量和人因偏好要素相互交织，形成有律可循却又自相矛盾的空中交通行为。由此，归纳凝炼了空中交通行为四个方面的概念内涵以及人机两个方面的复杂性涵义，为统一ATM复杂性探讨领域的对象范畴提供了明确释义。（2）建立空中交通行为复杂性度量指标系统，以复杂性科学的认识论观点以多个维度来反映空中交通系统的变化情势。就ATM已有复杂性探讨领域的成果进行回顾，综合考虑自动化ATM系统的人机两面，甄别、直接选择其中有助于定量描述空中交通系统运转情况的复杂性度量指标，或拆解选择原有指标中能够合理、定量描述空中交通系统运转情况的指标部分作为新指标，建立了由密度性、动态性、冲突通构成性指标和空域构成性指标共同组成的指标系统。实例浅析表明，多数指标变化具有时段性和分层波动性特点，各指标间幅值差别较大，指标系统可以作为多角度和多层次描述空中交通系统运转情况的有效工具。然而，指标系统只能以各个局部对空中交通行为加以考查，无法以整体上进行综合性描述，由此缺乏统一的解释框架。（3）提出指标系统重构策略，统一各个指标的表示方式，并在其基础上提出指标系统精炼策略，提取重构指标系统的特点向量，为分层表示和利用指标系统，综合浅析空中交通行为及其复杂性提供工具。建立对象框架模型，以图象化的统一方式将基本对象与指标，以及不同基本对象间的关联一并表示，为不同指标提供统一数据结构，使重构指标系统具备较完整交通信息。定义矩函数，并在其基础上提取对象框架模型的特点向量，在保留几乎全部交通信息的同时降低存储和运算浅析对象框架模型数据所需的计算资源，实现了指标系统的分层次精炼。实例浅析表明，基于对象框架的重构不仅能统一指标系统内部各个指标的浅析基准，更以全息和直观方式反映表示了空中交通系统的交通行为方式。特点向量相比对象框架模型至少可以降低一个数量级的数据存储容量需求，使进一步直接参与交通浅析及其方式挖掘的数据量大为减少。（4）在指标系统的重构和精炼基础上建立统一的浅析策略框架，对各种指标的运算结果进行综合考查，以利用自动化ATM系统处理和管理海量交通数据，发掘空中交通行为的特点与方式。首先，提出一类无监督划分聚类浅析策略，对重构和精炼的指标系统进行指标自动分类，通过聚类数量、聚类间差别、聚类内差别和聚类具体内涵四个特点量，对一个时间片的静态空中交通行为进行全息描述。然后，建立差别函数定义聚类内涵差别，并对聚类数量、聚类间差别和聚类内涵差别的变化同步性进行考察，将其动力学相似性作为动态空中交通行为在信息层面序联系的反映，进而定义同调复杂性描述动态空中交通行为的复杂性。实例浅析表明，聚类数量、聚类间差别、聚类内差别可以有效刻画不同空中交通行为的关联强度，而聚类具体内涵能够为剖析静态空中交通行为间的具体联系提供细节信息。同调复杂性可以为决策者在更合适尺度上把握动态空中交通行为各个特点量在时间尺度上的变化同步联系提供有效手段和依据。（5）浅析了产生偏好决策的客观机理，并构建一类偏好决策函数，在其基础上利用重构和精炼的指标系统对考虑偏好决策的静、动态空中交通行为及其复杂性进行了浅析。建立关联信息熵模型比较探讨了锚定和客观空中交通系统中交通行为方式及其复杂性的差别，改善了基于多层次和多维度的指标系统的浅析策略系统。实例浅析表明，在信息描述层面，是否考虑偏好决策对反映动态空中交通行为特点量之间的变化联系没有大的差别影响，可以较大程度上依赖自动化ATM系统自动处理有关空中交通行为相应特点的信息处理与方式识别；广州地区空中交通系统中，相比AR05扇区，AR13扇区在实例当天的空中交通行为具有更低的同调复杂性。关键词：复杂系统论文空中交通管理论文复杂性论文决策支持论文方式识别论文
摘要4-6
ABSTRACT6-21
第一章 绪论21-42
1.1 引言21-25
1.1.1 探讨背景22-24
1.1.2 目的作用24-25
1.2 国内外探讨综述25-36
1.2.1 探讨近况25-35
1.2.2 不足浅析35-36
1.3 本论文的主要探讨工作36-40
1.3.1 探讨内容36
1.3.2 关键不足36-37
1.3.3 技术路线37-40
1.4 本论文的内容安排40-41
1.5 本章小结41-42
第二章 复杂空中交通行为机理浅析42-68
2.1 引言42
2.2 排队行为机理42-47
2.2.1 排队行为数学模型42-46
2.2.2 排队行为浅析46-47
2.3 飞行冲突规避行为机理47-60
2.3.1 多架航空器冲突规避行为机理47-54
2.3.2 大规模航空器冲突规避行为机理54-60
2.4 非对称情势信息分布行为机理60-65
2.4.1 非对称情势信息分布模型60-62
2.4.2 仿真实验及结果62-64
2.4.3 非对称情势信息分布行为浅析64-65
2.5 空中交通行为复杂性的内涵范畴65-67
2.5.1 空中交通行为概念的内涵剖析65-66
2.5.2 空中交通行为复杂性的概念和内涵范畴66-67
2.6 本章小结67-68
第三章 空中交通行为复杂性度量指标系统68-94
3.1 引言68
3.2 空中交通行为复杂性度量指标系统概述68-71
3.3 空中交通行为复杂性度量指标系统具体描述71-82
3.3.1 交通构成性指标71-81
3.3.2 空域构成性指标81-82
3.4 基于指标系统的区域空中交通系统运转浅析82-93
3.4.1 实例概述82-84
3.4.2 密度性指标浅析84-85
3.4.3 动态性指标浅析85-89
3.4.4 冲突性指标浅析89-92
3.4.5 指标系统有效性浅析92-93
3.5 本章小结93-94
第四章 空中交通行为复杂性度量指标系统重构与精炼94-107
4.1 引言94
4.2 策略回顾94-95
4.3 空中交通行为复杂性度量指标系统的重构95-101
4.3.1 对象框架概念96-97
4.3.2 基于对象框架的指标系统重构策略97-101
4.4 空中交通行为复杂性度量指标系统的精炼101-106
4.4.1 矩函数概述101-102
4.4.2 对象框架模型的矩函数102-104
4.4.3 基于矩函数的指标系统精炼策略104-106
4.5 本章小结106-107
第五章 静动态空中交通行为及其复杂性浅析107-133
5.1 引言107
5.2 静态空中交通行为浅析107-112
5.2.1 划分聚类浅析策略的距离函数108-109
5.2.2 划分聚类浅析策略的评分函数和算法描述109-112
5.2.3 静态空中交通行为的特点浅析112
5.3 动态空中交通行为浅析112-115
5.3.1 差别函数和多维特点量112-113
5.3.2 动态空中交通行为的复杂性浅析113-115
5.4 区域空中交通系统的静动态空中交通行为实例浅析115-131
5.4.1 静态空中交通行为浅析115-125
5.4.2 动态空中交通行为浅析125-131
5.5 本章小结131-133
第六章 偏好决策下的空中交通行为及其复杂性浅析133-147
6.1 引言133
6.2 偏好决策的机理浅析133-134
6.3 偏好决策下空中交通行为的关联信息熵模型134-135
6.4 主客观空中交通系统的交通行为比较浅析135-141
6.5 不同扇区空中交通行为综合探讨141-145
6.6 本章小结145-147
第七章 结论与展望147-149
7.1 探讨结论与成果147-148
7.2 探讨展望148-149
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