我国民用航空业的迅猛发展导致航班数量急剧增加，而固有空域资源有限以及交通管理技术与手段滞后使得空中交通安全事故频发、航班延误加剧。空中交通领域的专家学者在空域复杂性、空中交通管制过程、航空公司管理、机场管制等多方面开展研究，力图进一步改善空中交通管理。本文从影响航班延误最重要的因素空域结构约束下的空中交通管制过程作为切入点，从系统层面对整个空中交通网络进行建模和分析，并提出一种管制员工作负荷实时度量方案，为基于工作负荷的空域扇区划分和航线动态调配等空中交通管理奠定基础。研究从以下四个方面依次展开：首先，从整个空中交通系统层面着手，针对空中交通连续的航空器航行过程与离散的管制员管制过程相互交织的混杂特性，将混杂系统理论应用到空中交通管理，对空中交通网络进行建模，包括基于混杂自动机模型的单航空器航行过程建模和航空器冲突解脱建模两个部分。其次，由于冲突解脱过程中中期解脱对整个交通效率影响较大，针对当前应用较广的基于遗传算法的冲突解脱模型时效性低、容易陷入局部最优等缺陷，提出一种有约束的启发式算法，并对交叉冲突的解脱过程进行了对比分析，结果表明该算法能够得到正确的解脱过程，且耗时更短。为了更加生动形象地展示冲突解脱过程，在此基础上基于MATALB构建了虚拟现实仿真平台，对航空器冲突解脱过程进行了虚拟现实仿真。第三，在基于混杂系统理论的空中交通建模基础上，深入分析空域复杂性因素与管制动作之间的量化关系，并据此提出一种基于空域复杂性因素的管制员工作负荷度量算法，通过与基于航空器数量的管制员工作负荷度量结果对比发现，该算法能够更加准确地对管制员工作负荷进行度量。该算法简单易行，适用于交通过程中对管制员工作负荷进行在线实时度量，度量结果为更好地进行空域扇区动态划分、航线动态调整等奠定了基础。最后，以地图化组件MapX为基础，在Vc++6.0平台上构建了空中交通仿真系统。该系统可以加载实际的空域静态结构信息，进行航班调度配置和管制动作设置，实现对实际空中交通网络的动态仿真、管制员工作负荷在线度量及空域扇区动态划分。基于该仿真平台以华北地区空域为例进行了实例仿真，仿真结果能够为实际中的空中交通系统性能分析和决策提供参考依据。综上所述，论文从系统层入手，基于混杂系统理论对空中交通网络进行了整体建模，并分别对空中交通中的冲突解脱和管制员工作负荷度量两个问题进行了深入分析，为空中交通系统建模提供了一种新的思路。今后可以在此研究基础上针对系统的每一个模块进行深入研究，包括空域扇区的动态划分、航线动态调配等。