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基于免疫粒子群的最小连通支配集求解算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第11期47卷 90-95页

作者：吴明功李佳威温祥西刘飞空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 空军工程大学国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051

为解决复杂网络最小连通支配集(MCDS)求解算法复杂度高、速度慢及解的精确度差等问题,采用一种免疫粒子群优化(IPSO)算法进行求解.该算法将连通支配集的支配规则转化为基于邻接矩阵的并集约束,并结合图连通分支约束设计优化目标,采用二... 详细信息

为解决复杂网络最小连通支配集(MCDS)求解算法复杂度高、速度慢及解的精确度差等问题,采用一种免疫粒子群优化(IPSO)算法进行求解.该算法将连通支配集的支配规则转化为基于邻接矩阵的并集约束,并结合图连通分支约束设计优化目标,采用二进制粒子群算法对MCDS进行求解.在求解过程中引入免疫机制,依据网络关键节点与支配节点之间的重叠关系,设置抗原因子,指导粒子群搜索方向、加快算法收敛速度.在随机网络上的仿真实验表明:相较于传统算法,所提算法能够找出网络的MCDS,并且在保证解精度的前提下提高了求解速度.

关键词：最小连通支配集(MCDS) 二进制粒子群算法复杂网络免疫抗体连通分支

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军航飞机流穿越民航航线冲突探测与解脱问题

北京航空航天大学学报 2019年第5期45卷 863-872页

作者：吴明功蒋旭瑞温祥西陈彬空军工程大学空管领航学院国家空管防相撞技术重点实验室中国人民解放军94116部队中国人民解放军军事科学院

针对军航飞机穿越民航航线的飞行冲突问题,对飞机流汇聚飞行场景进行建模分析,提出了基于滑动窗口的汇聚飞行冲突探测方法和基于合作博弈的多机冲突解脱方法。当飞机流进入预先划设的汇聚控制区,通过滑动窗口判断向前看时间内飞行冲突... 详细信息

针对军航飞机穿越民航航线的飞行冲突问题,对飞机流汇聚飞行场景进行建模分析,提出了基于滑动窗口的汇聚飞行冲突探测方法和基于合作博弈的多机冲突解脱方法。当飞机流进入预先划设的汇聚控制区,通过滑动窗口判断向前看时间内飞行冲突。基于此,潜在冲突机间组成一个联盟,以解脱边界条件为安全约束,以合作博弈理论中联盟福利最优解均衡各机效益,在保证安全的前提下实现效益均衡。根据最优机动方向特点,利用免疫粒子群优化算法快速求解策略。仿真结果表明,该场景下提出的方法能有效解算出满足要求的解脱策略,并均衡军民航飞机解脱效益。

关键词：冲突探测与解脱军民航飞机流合作博弈免疫粒子群优化

基于Voronoi图和改进K-means的扇区优化研究

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西北工业大学学报 2023年第1期41卷 170-179页

作者：林福根温祥西吴明功衡宇铭空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051

扇区划分是空中交通管制的一项重要工作,合理的扇区划分能够提高空域的使用率,保障航空器的飞行安全。鉴于平峰时段的扇区划设不能很好适用于复杂空情的现状,提出一种基于Voronoi图和改进K-means的扇区优化方法。依据空情态势构建冲突网... 详细信息

扇区划分是空中交通管制的一项重要工作,合理的扇区划分能够提高空域的使用率,保障航空器的飞行安全。鉴于平峰时段的扇区划设不能很好适用于复杂空情的现状,提出一种基于Voronoi图和改进K-means的扇区优化方法。依据空情态势构建冲突网络,结合航空器速度障碍关系和复杂网络理论提出了扇区综合管制负荷计量方式。依据负荷值采用改进K-means聚类方法确定了合理的聚类中心作为Voronoi图的生成元,从而使用Voronoi图的划分方法生成合理边界来优化扇区。采集厦门空域管制扇区数据作为仿真场景进行了计算分析,结果表明,在繁忙时段,优化后的扇区管制负荷平均方差相比原扇区降低了66.04%,平峰时段降低了13.88%,达到了均衡扇区负荷的目的,验证了扇区优化方法的有效性,为现有的扇区划设工作提供了参考依据。

关键词：空中交通管制扇区优化 K-means 速度障碍法 Voronoi图

基于最小连通支配集的复杂网络关键节点与连边识别方法

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系统工程与电子技术 2019年第11期41卷 2541-2549页

作者：李佳威吴明功温祥西刘飞空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051

复杂网络关键节点与关键连边在网络中均起着十分重要的作用,目前的识别方法往往无法做到同时识别,并且识别指标角度较为单一。为解决上述问题,提出一种基于最小连通支配集(minimum connected dominating set,MCDS)的复杂网络关键节点与... 详细信息

复杂网络关键节点与关键连边在网络中均起着十分重要的作用,目前的识别方法往往无法做到同时识别,并且识别指标角度较为单一。为解决上述问题,提出一种基于最小连通支配集(minimum connected dominating set,MCDS)的复杂网络关键节点与连边识别方法,通过使用免疫粒子群(immune particle swarm optimization,IPSO)算法寻找网络最小连通支配集,构建核心骨干网,实现对复杂网络关键节点与连边的同时识别。该算法在求解过程中引入免疫机制指导粒子节点搜索方向、加快算法收敛速度,同时优化搜索节点质量。经实验验证表明,所提识别方法能够有效识别网络中的关键节点与关键连边。

关键词：最小连通支配集复杂网络关键节点关键边

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基于复杂网络的空中交通复杂性识别方法

北京航空航天大学学报 2020年第5期46卷 839-850页

作者：吴明功叶泽龙温祥西蒋旭瑞空军工程大学空管领航学院西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室西安710051 中国人民解放军95178部队南宁530049 中国人民解放军94116部队和田848000

在空中交通管理中,识别空中交通复杂性是一项重要工作。目前的算法多采用飞机密度、机群、滞留程度等宏观指标对复杂性进行评价。利用复杂网络理论描述空中交通状况,将空域中的飞机视为节点,飞机与飞机之间距离小于彼此的机载防撞系统(A... 详细信息

在空中交通管理中,识别空中交通复杂性是一项重要工作。目前的算法多采用飞机密度、机群、滞留程度等宏观指标对复杂性进行评价。利用复杂网络理论描述空中交通状况,将空域中的飞机视为节点,飞机与飞机之间距离小于彼此的机载防撞系统(ACAS)通信距离时开始构成连边,以此构建飞行状态复杂网络模型,可以更好地描述网络内部的微观特征。选取环边数、节点强度、平均聚类系数、介数中心性和网络效率等拓扑特性指标,对动态空中交通状况进行了研究。在此基础上,采用独立主元分析(ICA)在线识别空中交通复杂性,将交通顺畅的情况作为训练数据集进行处理,根据SPE统计量、I^2统计量和I_e^2统计量的变化来识别复杂性情况。仿真结果表明,所提方法可以较好地识别空中交通复杂性。

关键词：空中交通复杂性交通拥堵识别复杂网络独立主元分析(ICA) 空中交通管理

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基于局部弹性路由层的关键航路段改航规划

系统工程与电子技术 2020年第7期42卷 1534-1542页

作者：吴明功叶泽龙温祥西王宏军空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051 中国人民解放军95178部队广西南宁530049 中国人民解放军93220部队黑龙江哈尔滨150046

空中交通流量管理中,改航规划是一项重要工作,可为失效的航班提供新的飞行路径,减小延误损失,提高空域利用率。目前的改航策略往往只考虑静态网络中的最短路问题,忽略了流量负载均衡,不利于解决多航段故障问题。本文提出了一种基于局部... 详细信息

空中交通流量管理中,改航规划是一项重要工作,可为失效的航班提供新的飞行路径,减小延误损失,提高空域利用率。目前的改航策略往往只考虑静态网络中的最短路问题,忽略了流量负载均衡,不利于解决多航段故障问题。本文提出了一种基于局部弹性路由层(local resilient routing layer,LRRL)的改航规划策略:利用连边删除评估法识别航路网络中的关键航路段集合,对其建立LRRL,通过二进制粒子群优化(binary particle swarm optimization,BPSO)算法进行优化,形成最优改航规划预案。仿真结果显示,该方法在多机场多航段故障时可提供兼顾流量负载均衡、重要航路保护度及其改航成本的改航预案,辅助管制指挥人员决策。

关键词：弹性路由层航路网络改航规划二进制粒子群优化算法

基于复杂网络和MFIM-TOPSIS的飞行态势评估

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西北工业大学学报 2024年第3期42卷 435-445页

作者：彭娅婷温祥西吴明功朱德山丁力空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051 中国人民解放军93220部队黑龙江哈尔滨150036 中国人民解放军95605部队重庆402360

为了客观准确评估基于航迹运行(TBO)模式下空中飞行态势,提出了一种基于复杂网络和MFIM-TOPSIS的飞行态势评估方法。通过分析航空器间侧向碰撞风险建立不同机型的精准保护区,通过三维速度障碍法构建飞行冲突网络,贴近TBO空中运行环境,... 详细信息

为了客观准确评估基于航迹运行(TBO)模式下空中飞行态势,提出了一种基于复杂网络和MFIM-TOPSIS的飞行态势评估方法。通过分析航空器间侧向碰撞风险建立不同机型的精准保护区,通过三维速度障碍法构建飞行冲突网络,贴近TBO空中运行环境,在此基础上选取总节点度、平均点强、网络密度等6个网络拓扑指标构建飞行态势评估指标体系。为弱化评估主观性影响,提出了一种能反映主观因素-客观因素的相互作用矩阵,采用最大信息系数对相互作用矩阵编码进行改进,通过优劣解距离法评估飞行态势等级状况。仿真分析和高崎机场实例分析结果均表明:该评估模型能够准确评估空中飞行态势,能为管制员决策指挥提供辅助信息。

关键词：复杂网络飞行冲突网络飞行态势评估优劣解距离法多因素相互作用矩阵

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不确定需求下航空公司枢纽网络优化设计

北京航空航天大学学报 2020年第4期46卷 674-682页

作者：乐美龙郑文娟吴明功王泽坤南京航空航天大学民航学院南京211106 空军工程大学空管领航学院西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室西安710051

为了帮助航空公司合理规划航线网络,降低运输成本,从航空公司的角度出发,将机场容量看作到港和离港航班的函数,绘制了机场容量包络曲线。基于机场容量包络曲线构建了随机需求下多分配、非严格的两阶段混合整数随机规划模型,第1阶段确定... 详细信息

为了帮助航空公司合理规划航线网络,降低运输成本,从航空公司的角度出发,将机场容量看作到港和离港航班的函数,绘制了机场容量包络曲线。基于机场容量包络曲线构建了随机需求下多分配、非严格的两阶段混合整数随机规划模型,第1阶段确定网络的枢纽位置,第2阶段确定不同需求情形下城市对的运输路径和不同路径上的流量比例。当需求情形是离散变量时将两阶段模型转化为确定的等价规划。继而以东航为例选取13个机场对模型进行验证,并对运输成本折扣因子进行灵敏度分析。结果表明:在不同的折扣因子情形下选择的枢纽机场不同,折扣越大,选择的枢纽越多,网络总成本越低,且3种折扣因子情形下的枢纽选择与实际比较吻合;每种折扣因子情形下,当需求不同时航线网络的布局有所差异;对比需求确定和不确定下的模型结果差异,得出需求不确定下的网络总成本更低。可见需求不确定下的随机规划模型更加贴近实际,能够帮助航空公司规划符合实际情形的枢纽航线网络,并确定其在枢纽机场的容量份额。

关键词：航空公司枢纽选址不确定需求机场容量随机规划

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基于飞行冲突网络和遗传算法的冲突解脱策略

系统工程与电子技术 2023年第5期45卷 1429-1440页

作者：毕可心吴明功温祥西张文斌杨文达空军工程大学空管领航学院陕西西安710051 国家空管防相撞技术重点实验室陕西西安710051 中国人民解放军31435部队辽宁沈阳110015

针对空域中多机飞行冲突问题,提出了一种基于飞行冲突网络和遗传算法的飞行冲突解脱方法。首先,根据航空器位置、航向和速度状态判断航空器节点之间的冲突,构建飞行冲突网络模型,通过速度障碍法确定网络中的连边和权重。然后,依据不同... 详细信息

针对空域中多机飞行冲突问题,提出了一种基于飞行冲突网络和遗传算法的飞行冲突解脱方法。首先,根据航空器位置、航向和速度状态判断航空器节点之间的冲突,构建飞行冲突网络模型,通过速度障碍法确定网络中的连边和权重。然后,依据不同的场景,将飞行冲突的解脱方式分为速度解脱、航向解脱和复合解脱,并分别推导了解脱范围。在此基础上,根据飞行冲突网络的复杂性构造适应度函数,并使用遗传算法对飞行冲突问题进行编码和求解。仿真实验表明,所提方法能够根据管制需要和管制员的能力,为不同管制态势下的飞行冲突解脱提供合理、可行的方案,可在18 s内完成对8架航空器的调整,并消解超过12对以上的飞行冲突,与其他多机解脱方法相比,时效性高且冲突消解能力更强。

关键词：飞行冲突网络飞行冲突解脱速度障碍法遗传算法空中交通管理