题目：面向四维航迹运行的空中交通网络流量优化问题研究

随着国际民航运输业的飞速发展，空中交通流量也迅速增长。由此造成的空域拥堵现象越来越频繁，航班延误的波及扩散也日趋加剧，严重威胁着空中飞行安全。空中交通流量管理是解决交通拥堵最重要的手段，但其有效性取决于对未来交通系统容量预测的准确性以及所采用算法的有效性。基于四维航迹的运行是以掌握空域内所有航班的四维航迹为基础，特别是未来航迹，从而可以提高容量预测的准确性，更好地实施流量管理。但基于四维航迹的运行也为空中交通流量管理带来新的挑战，其对于管理精细化、实时性和协同决策上的要求，使得空中交通流量优化问题相较于传统的流量优化问题而言成为一个规模更大、复杂度更高的全局优化问题。

本文以空中交通网络流量为研究对象，将面向四维航迹运行的空中交通网络流量优化问题建模为同时优化飞行成本和公平性的多目标优化模型，结合问题的特点设计了多目标优化算法进行求解，并利用真实航路网络数据进行了验证。

论文主要工作包括：

1、针对面向四维航迹运行的空中交通网络流量优化问题多目标、多约束的特点，建立了一种带约束的多目标全局优化模型，在满足安全性要求的前提下，同时考虑了空中交通网络中的飞行成本（包括地面等待成本、空中绕飞成本和高度层更改成本）和延误公平性。该模型兼顾了主要空域用户的选择并为协同决策提供了更多可能性。

2、面向四维航迹运行的空中交通网络流量优化问题本质上是一个大规模、多约束、多目标的全局优化问题。本文采用基于分解的思路，设计了一种基于全局优化和局部搜索相结合的多目标进化算法。其中，全局优化采用NSGA-II算法，局部搜索策略采用航班分类和改航策略来降低问题维度；同时采用了高度层调整机制来处理约束条件，以更快地获得全局最优解集。

3、结合上述模型和算法，设计了小规模模拟网络实验和真实航路网络验证实验，同时与两种经典的多目标优化算法进行了对比分析。相较而言，本文设计的优化算法在解的收敛性和综合性能上明显优于对比算法。