在民航业务领域中,空中交通管理是否高效是人们关心的重要问题。而空域与交通的协同运行又是空中交通管理的核心工作。在空域管理和交通管理工作中,为了高效地利用空域资源,有序地安排交通,必须首先对空中交通系统中的空域和交通的本质有深刻的认识,掌握其内在的运行规律,才能做到觉察变化于微毫、制定方案有套路、规划决策凭依据的管理目标。在对空域和交通的本质有了充分认知的基础上,还需要有一种科学的表达方法,将空域与交通的特性和变化通过显性的方式准确地表达出来,以有效辅助相关管理工作。在“大数据时代”,把数字化指标引入到空中交通管理的工作中来,利用海量数据来定性、定量地描述事物的状态和发展变化是精细化管理的大势所趋,将非常有助于切实提升管理手段和水平。本文从分析空域与交通的本质特性入手,对空域特性和交通特性进行特征辨析,继而对可量化的特征进行指标化,期望以指标为表达方式和度量手段,来描绘空域与交通各自的特性状态及其变化。在进一步深入剖析空域与交通协同运行机理的基础上,同样借用指标对这一机理进行展现。文中构造的复杂度指标,是一种综合性的微观指标,具有蕴含信息量大,描述空中交通状态准确的特点。本文着重以这一指标为主要范例,从“交通特性”的刻画,到“基于空域的交通特性”的描绘,无不借用该指标来步步展开。本文的主要研究内容包括:1)研究交通特性及其表征指标体系对交通的特性进行归纳,对交通特征进行挖掘。从交通的微观信息到宏观信息,归纳了交通指标体系;并以统计和预测统计方法构建了部分代表性的交通特征指标模型,重点以交通复杂度指标为代表,详细对交通的特性进行了描绘。2)研究影响交通的空域特性及其表征指标体系对空域的要素进行梳理,从要素中归纳影响交通运行的空域特性,再从空域特性中分离影响交通的空域特征,按空域的组织和状态对指标体系进行分类,并以几何拓扑学方法构建了部分具有代表性的空域特征指标模型。3)研究空域与交通互作用机理及其表征指标体系在前两部分研究的基础之上,剖析了空域与交通的互作用机理,构建了指标体系;并以统计和预测统计方法构建了部分具有代表性的指标模型,其中重点以构建协同复杂度指标来说明基于空域的交通是如何运行的。4)研究基于空域与交通协同运行管理过程中的指标应用探讨了指标的选取原则和四个分析维度。介绍了如何通过指标的聚类来筛选指标;以及通过指标粒度的变换和综合,构造合适的指标,以运用到空域与交通的协同管理工作中去。在对以上内容的研究过程中,本文的创新性地构建了基于空域和交通特性的指标体系,突破了构建面向三维空间的交通复杂度指标及基于空域与交通互作用机理的协同复杂度指标的难题,创造性地运用了灰色关联聚类方法对交通特征指标集进行了划分聚类,以及运用了Fratar交通分布预测模型预测了机场航班时刻需求。综上所述,本文通过对空域与交通协同运行机理的研究,提炼其主要特性,研究表征系统内在本质特性和规律的特征指标构建理论和关键技术,以实现在空域管理与交通管理中,针对空中交通的不同运行管理阶段、不同空域管理对象和范围、不同效能管理目标,分别采用相适应的指标来进行分析、评价和决策。为准确描述空中交通系统在各运行阶段的状态和问题,为空中交通系统的优化控制和空中交通系统运行能力的整体提升提供了新途径。