空中交通拥挤问题日益突出,目前有关空中交通拥挤以及空中交通拥挤传播的研究较少,并且多集中于对航班延误时间的传播以及空中交通流相态的研究,尚未形成完整的理论体系。本文从微观角度分析空中交通拥挤传播过程中单个航空器的行为和关联,主要从空中交通拥挤传播概念、空中交通拥挤传播特性、空中交通拥挤传播模型、基于拥挤传播规律建立的空中交通拥挤传播快速预测模型和拥挤传播的控制与管理五个方面对空中交通拥挤传播过程进行模型化分析,又由于空中交通系统包含了机场和空域两个部分,并且各部分具有自身的运行特点,因此对空中交通拥挤传播的研究也分为机场拥挤传播和空域拥挤传播两部分进行研究。本文对拥挤传播规律展开深入系统的研究,为空中交通网络拥挤控制提供了科学合理的决策基础。(1)基于航空器关联对空中交通拥挤进行研究。从微观角度分析空中交通拥挤传播原因,以航空器之间的关联强度或数量为标准,对运行航空器进行相态上的划分,并将相态上的转化定义为空中交通拥挤传播过程。(2)基于空中交通拥挤传播过程分析,揭示其波动特性和时空特性。根据空中交通拥挤传播概念、过程分析以及波动特性分析,发现拥挤传播在时间上具有滞后性,在空间上具有网络传播结构。基于上述特性分析,得到了空中交通拥挤传播过程与复杂网络动力学经典模型——传染病模型的异同,为拥挤传播模型建立提供了数学基础。(3)建立空中交通拥挤传播模型。基于空中交通拥挤传播特性分析,结合航空器在机场和空域运行特点,建立机场离场拥挤传播模型和空域拥挤传播模型。同时,由于机场离场拥挤受到多种原因影响,又具有周期特性,因此建立多原因多阶段机场拥挤传播模型,从而揭示机场拥挤传播规律。通过交叉航路运行要素分析和空域结构关系,建立交叉航路拥挤传播模型和空域拥挤传播系统模型,揭示空域拥挤传播规律。(4)建立空中交通拥挤传播快速预测模型。对机场拥挤传播实现按阶段预测,对空域拥挤传播按照空域繁忙程度实现不同时段预测,从而针对空中交通拥挤短期预测需求,简化机场拥挤传播模型和空域拥挤传播模型,建立空中交通拥挤传播快速预测模型。利用大数据,通过“相似日”或者“典型日”选择和聚类分析方式等,建立空中交通拥挤传播快速预测流程,通过参数分析和仿真实验等方式,提供空中交通拥挤传播模型参数计算方法,从而实现空中交通拥挤传播规模和趋势的快速预测。(5)建立空中交通拥挤传播控制与管理策略模型。在研究现有的空中交通拥挤控制与管理方法,即干扰管理和离场率控制基础上,建立根据时隙分配对航班放行的管制策略模型、根据干扰阈值的干扰管理策略模型和结合离场率控制的干扰管理策略模型,从而为拥挤传播的控制与管理决策提供数学和理论基础。最后,论文在总结了空中交通拥挤传播特性及规律研究成果的基础上,指出本文在多拥挤原因对拥挤传播影响研究中,可以将多原因之间的耦合加入模型中并对不同类型的机场做出案例分析,从而得到不同管制水平下的区域拥挤传播模型参数,完成区域之间的拥挤传播对比。同时,考虑到人为因素对拥挤传播的重要影响,在拥挤传播的控制与管理工作中可以加入人为因素进行探讨,使得模型更加趋近于现实运行。