[發明專利]空中交通相依網絡脆弱性的度量方法

有效

• 申請號: 201810949455.6
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109034654B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 王興隆;潘維煌;趙末
• 申請（專利權）人: 中國民航大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/30
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 楊慧玲

機場、航路和管制扇區構成空中交通相依網絡，節點在受到擾動時，網絡運輸性能下降，引發網絡脆弱性。本發明提出一種空中交通相依網絡脆弱性的度量方法，首先構建機場網絡、航路網絡和管制扇區網絡三個層網絡，基于空中交通管理規則與層網絡間的邏輯連接關系，建立空中交通相依網絡模型。在隨機擾動和蓄意擾動節點兩種不同失效模式下，采用最大連通度和結構熵兩個指標，分析相依網絡的結構脆弱性；創建流量熵和交通流損失比指標，研究相依網絡的功能脆弱性。研究結果表明，隨機擾動對空中交通相依網絡影響更大；網絡的結構脆弱源與功能脆弱源是機場網絡；網絡的脆弱性與層網絡間的連接方式和層網絡的交通量不匹配有關。

技術領域

本發明創造屬于空中交通管理技術領領域，尤其是涉及一種空中交通相依網絡脆弱性的度量方法。

背景技術

機場、航路和管制扇區是空中交通系統重要組成部分，三者緊密關聯、相互依存，任何環節受到擾動，都會影響和傳播至其它部分，常常導致航班延誤和備降。問題產生根源是機場、航路、管制扇區組成的相依網絡存在脆弱性。通過空中交通相依網絡脆弱性研究，發現脆弱源及其發生規律，分析運輸性能喪失程度，對保障網絡正常運行具有重要意義。

傳統的相關研究中，建立網絡模型往往只關注機場、航路、扇區或航空公司，鮮有考慮網絡的相依性；關于空中交通網絡脆弱性的研究較少。空中交通網絡具有多層性、多屬性以及協調性等特點；當目的機場不宜或不能降落時，航班將在備降機場降落。航班備降是空中交通相依網絡的脆弱性直接表現。為此，本申請構建了空中交通相依網絡模型，以結構熵和最大連通度分析網絡的結構脆弱性，以交通流量熵和交通流損失比研究網絡的功能脆弱性，并給出了相應算法。在隨機和蓄意擾動兩種失效模式下分析網絡結構和功能脆弱性的變化規律。

發明內容

有鑒于此，本發明創造旨在提出一種空中交通相依網絡脆弱性的度量方法。

為達到上述目的，本發明創造的技術方案是這樣實現的：

一種空中交通相依網絡脆弱性的度量方法，具體包括如下步驟：

(1)建立空中交通相依網絡模型；

(2)空中交通相依網絡模型在隨機擾動和蓄意擾動節點兩種不同失效模式下，采用最大連通度和結構熵兩個指標分析相依網絡的結構脆弱性；

(3)空中交通相依網絡模型在隨機擾動和蓄意擾動節點兩種不同失效模式下，創建流量熵和交通流損失比指標分析相依網絡的功能脆弱性。

進一步的，所述步驟(1)中具體包括

(11)以機場為節點，機場間備降關系為邊構建機場網絡模型；

(12)以全向信標臺、測距臺或者無方向性導航臺為節點，節點間的航路為邊構建航路網，構建航路網絡模型；

(13)以扇區為節點，扇區間的航班的移交關系為邊，將高扇合并到相應低扇中，構建管制扇區網絡模型；

(14)通過對機場網絡模型、航路網絡模型以及管制扇區網絡模型之間的交通流的運行關系構建空中交通相依網絡，依據空中交通管理規則，建立層網絡間的連接方式，其中，機場網絡模型與航路網絡模型的依存邊為機場節點與相應航路網絡節點的連接，機場網絡模型與管制扇區網模型絡的依存邊為機場節點與相應管制扇區網絡節點的連接，航路網絡模型與管制扇區網絡模型的依存邊為航路節點與相應管制扇區網絡節點的連接。

進一步的，所述蓄意擾動是網絡節點按一定策略被刪掉，隨機擾動時網絡節點按概率被隨機刪除。

進一步的，所述步驟(2)中包括定義結構脆弱性評價指標，包括網絡結構熵和最大連通度，其中，

網絡結構熵：描述由節點差異性形成的網絡結構特性，根據熵值變化分析空中交通相依網絡節點分布的脆弱性；結構熵計算公式為：