层级式航空网络结构性能优化研究

发布时间：2018-03-21 16:01

本文选题：航空网络　切入点：层级结构　出处：《哈尔滨工业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在我国航空网络规模持续扩大和民航旅客出行需求急剧增加的背景下,航空公司往往注重干线而忽视支线,导致航空网络各功能组成的比例不协调,使得民航旅客绕行较远,较大程度地损害了其出行效益。目前国内外学者主要将航空网络视为一个整体进行分析,或针对不同航空公司的网络分别展开研究。鲜有学者从航线功能的角度出发,对航空网络进行层级划分,讨论不同层级对网络结构性能的影响,并优化航空网络各层级的比例。论文以中国国内航空网络(CAN)为研究对象,将其划分为三个层级,探究不同层级航线连接的驱动力,模拟分析航空网络层级结构对连通性、鲁棒性和经济效益的影响,探寻干线、衔接航线和支线的最优比例,所得研究成果可为我国航空网络优化提供理论指导,对于民航管理部门科学合理地制定航线规划和管理策略具有重要意义。在航空网络结构特性的相关研究中,不少学者已经注意到航空网络具有层级结构,但对其进行层级划分并分析不同层级结构类型的研究却鲜有报道。论文对中国国内航空网络的层级结构进行了验证,采用节点重要度法将各通航城市划分为不同类型,结合航线的功能分析,将航空网络划分为干线网络、衔接网络和支线网络三个层级,并分析了三个子网络的结构类型。假设航线连接的概率与旅客流量成正比,综合考虑航空网络结构和社会经济发展水平对航线旅客流量的影响,构建了航线的概率连接模型。针对传统模拟方法受节点添加顺序和随机数取值范围影响较大的缺点,提出了改进的分层级的航空网络模拟方法。考虑到传统研究采用节点度分布来评价航空网络模拟效果存在明显不足,构建了匹配度指标用以评价模拟网络和实际网络的相似程度。分别针对干线网络、衔接网络和支线网络,分析了航线概率连接模型中各参数对模拟效果的影响,剖析了不同层级航线连接的驱动力。基于航线概率连接模型,分别针对干线网络、衔接网络和支线网络设计了对应的拓扑生成器。考虑到航班频率、航线旅客流量等将随着航空网络层级结构的改变而发生变化,提出假设条件并构建了能体现网络层级结构变化的连通性评价指标。通过调整网络拓扑生成器中的参数取值,模拟分析了连通性评价指标随干线数量、衔接航线数量和支线数量变化的规律,构建了层级式航空网络连通性优化模型,探讨了干线、衔接航线和支线的最优比例。定义鲁棒性为网络维持其连通性能的能力,模拟分析了中国国内航空网络在不同条件下所具有的鲁棒性能。针对连通性指标下降最快的节点(或连接边)失效条件,模拟了航空网络鲁棒性能随干线数量、衔接航线数量和支线数量变化的规律,构建了层级式航空网络鲁棒性优化模型,探讨了干线、衔接航线和支线的最优比例。考虑到航线的开通(或取消)直接与航空公司的经济效益有关,为提高优化方案的可实施性,系统分析了航线的主要运行成本和收入,构建了航线经济效益测算模型,并模拟分析了层级结构变化对网络经济效益和支线航空补贴金额的影响,构建了综合考虑航空网络结构性能、经济效益和支线航空补贴金额的多目标优化模型,进一步探讨了干线、衔接航线和支线的最优比例。论文遵循“实证分析—理论研究—模拟验证—理论探讨”的整体研究思路,旨在优化中国国内航空网络的层级结构,并丰富航空网络结构性能优化的理论体系,为民航管理部门制定科学合理的航线规划方案和行之有效的管理策略提供参考和借鉴。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：F562

【参考文献】