[发明专利]空中交通相依网络脆弱性的度量方法

说明书

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。本发明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三个层网络，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，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，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。

技术领域

本发明创造属于空中交通管理技术领领域，尤其是涉及一种空中交通相依网络脆弱性的度量方法。

背景技术

机场、航路和管制扇区是空中交通系统重要组成部分，三者紧密关联、相互依存，任何环节受到扰动，都会影响和传播至其它部分，常常导致航班延误和备降。问题产生根源是机场、航路、管制扇区组成的相依网络存在脆弱性。通过空中交通相依网络脆弱性研究，发现脆弱源及其发生规律，分析运输性能丧失程度，对保障网络正常运行具有重要意义。

传统的相关研究中，建立网络模型往往只关注机场、航路、扇区或航空公司，鲜有考虑网络的相依性；关于空中交通网络脆弱性的研究较少。空中交通网络具有多层性、多属性以及协调性等特点；当目的机场不宜或不能降落时，航班将在备降机场降落。航班备降是空中交通相依网络的脆弱性直接表现。为此，本申请构建了空中交通相依网络模型，以结构熵和最大连通度分析网络的结构脆弱性，以交通流量熵和交通流损失比研究网络的功能脆弱性，并给出了相应算法。在随机和蓄意扰动两种失效模式下分析网络结构和功能脆弱性的变化规律。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种空中交通相依网络脆弱性的度量方法。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种空中交通相依网络脆弱性的度量方法，具体包括如下步骤：

(1)建立空中交通相依网络模型；

(2)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分析相依网络的结构脆弱性；

(3)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，创建流量熵和交通流损失比指标分析相依网络的功能脆弱性。

进一步的，所述步骤(1)中具体包括

(11)以机场为节点，机场间备降关系为边构建机场网络模型；

(12)以全向信标台、测距台或者无方向性导航台为节点，节点间的航路为边构建航路网，构建航路网络模型；

(13)以扇区为节点，扇区间的航班的移交关系为边，将高扇合并到相应低扇中，构建管制扇区网络模型；

(14)通过对机场网络模型、航路网络模型以及管制扇区网络模型之间的交通流的运行关系构建空中交通相依网络，依据空中交通管理规则，建立层网络间的连接方式，其中，机场网络模型与航路网络模型的依存边为机场节点与相应航路网络节点的连接，机场网络模型与管制扇区网模型络的依存边为机场节点与相应管制扇区网络节点的连接，航路网络模型与管制扇区网络模型的依存边为航路节点与相应管制扇区网络节点的连接。

进一步的，所述蓄意扰动是网络节点按一定策略被删掉，随机扰动时网络节点按概率被随机删除。

进一步的，所述步骤(2)中包括定义结构脆弱性评价指标，包括网络结构熵和最大连通度，其中，

网络结构熵：描述由节点差异性形成的网络结构特性，根据熵值变化分析空中交通相依网络节点分布的脆弱性；结构熵计算公式为：