Диссертация (Метод долгосрочного прогнозирования развития сети внутрироссийских магистральных авиалиний на основе технологий нечёткого моделирования и нейросетевого программирования)

Министерство образования и науки РФФедеральное государственное унитарное предприятие «Центральныйаэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского»На правах рукописиЦейтлина Татьяна ОлеговнаМЕТОД ДОЛГОСРОЧНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ СЕТИВНУТРИРОССИЙСКИХ МАГИСТРАЛЬНЫХ АВИАЛИНИЙНА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ НЕЧЁТКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНЕЙРОСЕТЕВОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯСпециальность 05.13.01 – «Системный анализ, управление и обработкаинформации (авиационная и ракетно-космическая техника)»Диссертацияна соискание учёной степени кандидата технических наукНаучный руководитель:Смирнов Андрей Валентинович,кандидат технических наук, доцентМосква – 20152ОГЛАВЛЕНИЕВведение ..................................................................................................................................................3Глава 1. АНАЛИЗ СЕТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ АВИАЛИНИЙ РОССИИ ............................101.1 Тенденции развития сети магистральных авиалиний России...............................................111.2 Безмасштабная природа сети магистральных авиалиний России ........................................211.3 Классификация и этапы развития магистральных авиалиний России .................................31Глава 2.

ЗАДАЧА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ СЕТИВНУТРИРОССИЙСКИХ МАГИСТРАЛЬНЫХ АВИАЛИНИЙ ...............................................412.1 Формализация понятия «авиалиния существует» ..................................................................432.2 Параметры, определяющие существование прямого авиасообщения между городами ....512.3 Методы и программные технологии для реализации модели «условийсуществования» авиалинии .............................................................................................................58Глава 3.

РАЗРАБОТКА НЕЧЁТКОЙ НЕЙРОСЕТЕВОЙ МОДЕЛИ «УСЛОВИЙСУЩЕСТВОВАНИЯ» АВИАЛИНИИ ............................................................................................663.1 Формирование обучающей выборки .......................................................................................673.1.1 Состав переменных для элемента обучающих данных ................................................683.1.2 Состав множества элементов обучающей выборки .....................................................733.2 Построение нейросетевой модели ...........................................................................................783.2.1 Генерация структуры и обучение нейронной сети .......................................................793.2.2 Математическое описание модели .................................................................................843.2.3 Содержательная интерпретация предпосылок нечётких правил и результатанечёткого вывода модели .........................................................................................................883.3 Точность и адекватность модели .............................................................................................96Глава 4.

ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ СЕТИ ВНУТРИРОССИЙСКИХМАГИСТРАЛЬНЫХ АВИАЛИНИЙ ............................................................................................1054.1 Формирование вариантов развития сети внутрироссийских магистральныхавиалиний ........................................................................................................................................1064.2 Анализ результатов прогнозирования развития сети внутрироссийскихмагистральных авиалиний .............................................................................................................117Заключение .........................................................................................................................................124Список сокращений и условных обозначений ............................................................................126Список литературы ..........................................................................................................................127Приложение А (справочное) Список аэропортов РФ.....................................................................134Приложение Б (справочное) Значения используемых параметров городов РФ ........................140Приложение B (справочное) Определение значений параметра «численность населения» .....1463ВВЕДЕНИЕОбъект и предмет исследованияОбъектом исследования является сеть внутрироссийских магистральных авиалиний.Рассматриваются аэропорты России и соединяющие их авиалинии.

Предметом исследованияявляются процессы трансформации сети внутрироссийских магистральных авиалиний, а такжефакторы, определяющие будущее развитие этой сети.Актуальность работыПрогнозирование развития сети авиалиний является одной из актуальных задач вобласти исследования авиатранспортной системы страны. В 70-е – 80-е гг.

в СССР проводилисьмногочисленные и разнообразные работы по исследованию и прогнозированию развития егоавиатранспортнойсистемы.Наиболееизвестнымиизнихявляютсяисследования,проводившиеся в ГосНИИ ГА, – это работы Р.В. Сакача, Е.Г. Пинаева, Е.Ф. Косиченко,Б.Е. Лужанского, В.П. Кошкина, И.А. Самойлова, А.А. Соколова, М.А. Курилец.Группой сотрудников ГосНИИ ГА под руководством А.А. Соколова [1, 2] был проведёнцикл исследований, посвящённых проблеме прогнозирования распределённого спроса наавиаперевозки.

Исследовалось влияние социально-экономических факторов на формированиепассажиропотоков. С использованием метода факторного анализа разработана модель дляпрогнозирования пассажирских авиаперевозок в стране. Для формирования оптимальнойструктуры перспективного парка пассажирских самолётов И.А. Самойловым [3, 4] былпредложен подход к формированию расчётной сети авиалиний на базе прогнозной информациипо авиакорреспонденциям. Это позволило существенно повысить точность решения задачи.Значительный вклад в решение задач прогнозирования перевозок пассажиров навоздушном транспорте внесли А.М. Андронов, А.Н.

Хижняк, И.Е. Швацкий, А.А. Фридлянд.Среди работ последнего времени можно отметить работы В.П. Алексеева, Б.В. Артамонова,В.В. Балашова, Б.Х. Давидсона, А.В. Климина, В.В. Клочкова, С.К. Колпакова, Г.А. Павловца,И.А. Самойлова, В.И. Самойлова, Н.А. Селивановой, А.В. Смирнова, О.Ю. Страдомского,А.Ю. Уджуху, в которых рассматриваются вопросы исследования и прогнозированияавиаперевозок, анализа конкурентоспособности перспективных воздушных судов (ВС) на сетиавиалиний.Значительное количество зарубежных исследований, посвящённых анализу развитияструктурыавиационнойтранспортнойсистемы[5 – 14],сосредоточенонаизучении4топологических и метрических свойств маршрутных сетей (аэропортов и связей между ними).Работы ведутся в трёх основных направлениях: рассмотрение пространственных характеристиктопологии сети авиалиний без учёта развития сети во времени; выявление и изучениеизменений топологии сети авиалиний во времени; изучение динамики потоков (пассажиров,грузов и др.) на сети авиалиний.Методы прогнозирования развития сети авиалиний занимают значительное место вметодиках прогнозирования рынка ВС зарубежных производителей авиационной техники.

Впрогнозах Airbus [15] и Boeing [16] специально указывается на то, что учёт предполагаемыхизменений сети авиалиний в различных регионах мира существенно повышает качество иобоснованность прогнозов.Обеспечение конкурентоспособности отечественной авиационной техники требуетсоздания новых эффективных технологий. Оценка эффективности новых авиационныхтехнологий связана с определением их вклада в улучшение эксплуатационных характеристикВС. При этом важно не только определить, насколько разрабатываемая технология повлияет натеилииныехарактеристикиперспективныхлетательныхаппаратов(ЛА),ноипроанализировать, как её использование в конструкции ЛА отразится в будущем на уровнебезопасности, доступности и качестве услуг воздушного транспорта, степени его воздействияна окружающую среду.

Оценка эффективности разрабатываемых технологий должнавыполняться с учётом тенденций и темпов развития авиаперевозок. Объёмы и структурабудущих авиаперевозок определяют не только потребности авиакомпаний в поставках ВСразличного типа, но и масштаб полезности разрабатываемых в настоящее время технологий.Нужны такие модели, которые позволят сформировать сценарии развития авиаперевозок,спрогнозировать интенсивность движения самолётов различных классов на сети авиалиний.Основной проблемой при решении многих задач в области исследования ипрогнозированияпассажирскихпассажиропотоков.Традиционноавиаперевозокявляетсясуществуютдвапроблемаподходакпрогнозированияпрогнозированиюпассажиропотоков.1) Использованиетрендовыхметодов.Прииспользованиитрендовыхметодоврассматриваются изменения объёмов пассажиропотоков на сложившейся стационарнойсети авиалиний.