航線管控情況下航空網絡可靠性的提升策略研究

馬梁云超 梁鑫 季州旭 錢辰浩

摘 要：通過仿真模擬我們得出，在航線管制后航空網絡在定向干擾下，當79%的城市處于孤立狀態后我國航空網絡將會癱瘓。這個數據在當今運輸業需求量巨大的情況下，顯然是不盡人意的。所以我們針對航線進行了一定的優化，試圖優化我國的航空網絡。

關鍵詞：航空網絡優化;定向干擾;仿真分析

1中國航空網絡現狀

在定向干擾情況下，按照中國通航城市度排名，從高到低依次刪除節點進行仿真，當l值下降為0，f=0.79;f>0.79后，整個網絡便處于癱瘓狀態。按照中國通航城市介數排名，從高到低依次刪除節點進行仿真，當f=0.69時， l值下降為0，網絡中隨即不存在任何連接;f>0.69后，整個網絡便處于癱瘓狀態。

2中國航空網絡優化策略

（1）建立多機場系統結構。多機場系統的建設是為了應對節點遭受定向干擾后采取的事后補救措施。一旦樞紐機場遭受定向干擾，對于中國航空網絡所帶來的危害不言而喻。建立二線機場，當航空網絡中主要通航城市遭受定向干擾后，可以將一部分原核心樞紐機場的流量分給臨時二線樞紐機場，以緩解樞紐機場的壓力，降低網絡癱瘓的可能。不僅如此，建立多機場系統，在中國航空網絡持續發展擴大的同時，也增加了核心機場的航線航班數量，能夠大幅提高機場吞吐量，帶動周邊地區的經濟發展。

（2）加強核心機場與潛在核心機場的連接。通過加強核心機場與潛在機場連接的方式，能在一定程度上幫助核心機場分流，減輕核心機場的吞吐壓力、分擔核心機場的風險，同時也能使潛在核心機場在網絡中的影響力得到提升，并且有效幫助建立多機場系統。

3航空網絡優化具體措施

（1）核心機場增加點對點航線

在中國現有的航線網絡中有很多節點需要到專門的對口機場才能乘坐到前往目標城市的航班，而這也會導致當節點受到干擾時航空網絡更快的癱瘓，所以我們增加了核心機場到此類節點的航班一周一次。

（2）次核心機場分擔核心機場的航線壓力

航線網絡崩潰較快的主要原因之一便是：核心節點的孤立。當核心節點孤立后航空網絡連通性大幅下降，而次核心節點在未來有很大潛力可以發展成為核心節點，所以我們增加了核心節點周邊次核心節點的航線及航班數：同目的地節點航班數增加5%-15%，增加少數前往熱門節點的航線。

（3）增加潛在次核心機場于其他節點的連接

潛在核心機場如烏魯木齊、昆明、成都和西安等城市，在遭遇干擾時，對整個網絡的影響不大，但對其區域網絡中的節點影響極大。所以適當的提升潛在核心機場與其區域內其余節點的連接，也可以很大程度上增強航空網絡可靠性。

4定向型干擾對優化后航空網絡可靠性影響的仿真分析

（1）按照度排序對航空網絡的影響仿真分析

① 在定向干擾型-按照度標準的仿真系統中，l值先急劇增加，后快速降為0，變化幅度大，f=0.81;f>0.81后，整個網絡便處于癱瘓狀態。相較于2020年，f=0.79;f>0.79后，整個網絡便處于癱瘓狀態有一定提升。說明優化方案有效。

② 在定向干擾系統中，s值下降快速，當f=0.56時，s值趨于0，相較于2020年，當f=0.72時，s值趨于0，說明中國航空網絡優化方案無效果。

（2）按照介數排序對航空網絡的影響仿真分析

①在定向干擾型-按照介數標準的仿真系統中，l值先增加，后降為0，，當f=0.70時， l值下降為0，網絡中隨即不存在任何連接;f>0.70后，整個網絡便處于癱瘓狀態。相較于2020年，當f=0.69時， l值下降為0，網絡中隨即不存在任何連接;f>0.69后，整個網絡便處于癱瘓狀態。有一定的上升，說明優化方案有效。

②在定向干擾型-按照介數標準的仿真系統中，s值快速下降，當f=0.69時，s值趨于0，相較于2020年當f=0.47時，s值趨于0，有一定提升。說明優化方案有很大成效。

仿真結果顯示在我們的優化方案下航空網絡可靠性有了一定的提升，最好的情況下可以使航空網絡在81%節點孤立后才癱瘓，說明我們的優化方案大致思路是正確的。但我們給出的優化方案的并沒有很大程度上的改善航空網絡可靠性，說明優化方案有待改進。

5中國航空網絡優化方案改進

在提高核心節點點對點的連接，以及增加周邊次核心節點的航班、航線量后，優化數據仍不明顯。針對此現象我們考慮到，首先是當航空網絡發達到一定程度后再次提升將會是很困難的事情，所以提升幅度會大幅降低。第二，在核心節點與次核心節點充分發揮其作用后，中國航空網絡可靠性的提升仍如此微小，說明中國航空網絡需要建設更多的潛在核心節點來承擔區域的運輸任務，且在未來能真正發展為次核心節點或是核心節點。我們將在接下來的研究中進一步探索。

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通訊作者※ ：梁鑫※ 簡介，1973年5月，女，漢，山東肥城，副教授 研究方向：企業管理，交通運輸