论文针对现有研究存在的不足,借助数据挖掘、最优化理论建模、数值模拟与交通动力学建模等方法,从完整覆盖机场跑道,离场航段以及航路网的航班离场过程系统地展开研究。论文的创新点及主要工作总结如下:(1)基于非负张量分解(NTF)对天津机场包括航班流方向、航空公司运营方式、航班时刻、航班类型等各因素在内的航班延误张量进行分解,并在CP分解和BCD算法的作用下提取出了具有显著特征的航班延误模式。设计了具有延误水平模式得分聚类间隔,延误峰值占比以及结合航班量分布Pearson相关分析的模式特征和信息提取方法用于模式特征和信息的解释。通过跨模式的比较与模式信息分析,挖掘了各影响因素及其组合对于天津机场进离场航班延误的影响。其结论不仅可以在明确当前存在问题的同时加深对于航班时刻安排和面临的限制与挑战的理解,而且为空中交通管理部门决策者在规划层面缓解航班延误提供依据和新的视角。(2)针对近距离相邻机场中低优先级机场由于受周边高优先级机场活动制约而导致的航班流方向之间延误相关性强且延误分布极不均衡的特点,构建了包括运行间隔变化,时隙利用与航班正点率影响并同时考虑效率和公平目标的航班离场排序混合整数规划(Bi-objective MIP)模型。通过设计基于禁忌搜索(Tabu search)的启发式算法对问题进行了求解,以实现在改进受限航班流方向运行效率的同时确保公平性和正点率的目标。通过与天津滨海机场实际运行数据对比,在保证航班流方向之间公平性的情况下,其总体航班延误可减少25.5%,航班正点率提高18.94%。(3)基于边传输模型(LTM)提出了航路网进出流率协同控制的空中交通流纯整数规划模型。该模型同时考虑了航空路网进入、离开延误和航班空中飞行总时间,还特别增加了航路同高度汇聚点、分散点和交叉点的容量约束以及空中等待策略约束,能够对现实中的运行需求进行精确刻画。此外,为了能够对问题进行高效的求解,设计了一种支持禁忌规则变异操作和自适应变异概率选择的遗传算法。通过GAMS调用Cplex求解器进行验证显示出该算法具有较好的求解质量。此外,模型可便捷地通过参数和设置的调整以适应不同策略目标的需要。数值试验结果表明,在具备空中等待策略时,最多可减少49%的进入延误,显示其能够缓解由于航路网需求与容量不平衡所导致的航班延误,并为航路网进出流率协同控制问题提供战术层面的支持。(4)聚焦于机场接入航路的离场航段,对距离较近机场由于使用相同航路网入口而存在竞争性接入的场景进行了研究。通过航班流方向放行间隔的精确设置以及竞争机场间不同延误权重组合的构造,建立了可实现直接和间接控制的航路网入口竞争性接入协同离场控制优化模型。通过对北京机场和天津机场的数值模拟显示,其能够根据机场优先级差别和运行需求来对共享资源进行配置,在提高空域系统效能的同时,还可为动态精细化空中交通流量管理提供参考和支持。