题目：基于力平衡分析的航路网络拓扑设计方法研究

航路网络是空中交通的物理空间,其结构的合理性直接影响着空域容量、空域安全和运行能效等空中交通性能指标。随着航空交通业的迅猛发展,为了满足日益增长的空运需求,降低飞行成本,提高空域安全系数,航路网络的拓扑结构规划成为空中交通管理的重要工作之一。由于航路网络节点基数大、航段连接情况复杂、网络性能评价指标多元化,航路网络拓扑优化问题成为一个规模大、复杂度高的全局优化问题。

为了寻求飞行成本和空域安全性的均衡,本文以航路网络拓扑结构为研究对象,首先建立了以降低飞行成本、降低空域飞行冲突系数为目标的双目标优化模型。

然后提出了航路网络优化算法框架。该框架包括两个部分:一是基于航路网络节点构建航段的网络拓扑生成方法,二是以航路汇聚点优化带动整个网络拓扑结构优化的优化方法。

根据算法框架,本文给出了具体的算法设计。提出了基于 Delaunay 三角剖分的航路网络拓扑生成算法,设计了基于拉力牵引策略的航路网络汇聚点位置优化算法,并结合多目标粒子群进化算法,完成了航路网络拓扑结构的优化。该优化算法的优点在于: (1)给出了一种合理、全面的网络构建方式;(2)既保留了智能进化算法对航路网络汇聚点的全局搜索能力,又通过引入机场对对航路汇聚点拉力的方式,设计了指引航路汇聚点的优化策略,达到了提高算法搜索效率的目的。

最后,基于中国现有航路网络的真实数据,通过 Matlab 实验和仿真,验证了本文所提出的优化算法对于航路网络优化问题的有效性。此外,对比实验结果显示,本文优化算法在一定程度上优于其它现有航路网络优化方法。