进入二十一世以来,各国经济繁华区域逐渐出现了城市聚集的现象。这些地区经济集中、交通网络复杂,且各要素之间相互制约、相互联动,被称为城市群。城市群内部空中交通运输系统的高度发展,造成机场密度的增加,相邻机场间的相互依赖性和制约性越来越强。多个机场高度共享的空域、航段及特定航路点等空域资源成为空域系统的瓶颈,出现了该区域总体容量提升受限等现象,这种现象被称为多机场群现象。随着多机场群现象的涌现,科学合理规划与建设多机场群空域,成为未来机场密集地区能否实现高效的飞行流量管理及空域管理的关键。基于此,论文全面介绍了国内外多机场群运行研究的发展历程、研究现状及发展趋势,深入研究了多机场群运行评估与优化的若干关键技术,主要研究内容及成果包括:(1)构建了典型多机场群模型。为挖掘多机场群运行的普适性规律,建立科学的综合评估体系,论文在总结国内外常见多机场群空域模型的基础上,综合考虑机场布局、机场相对方位、跑道构型、跑道运行模式、典型流量分布、进离场移交点共享方式、进离场飞行程序共享方式等影响多机场群运行的主要因素,建立了16种典型多机场群模型,作为本文研究对象,开展后续研究。(2)建立了多机场群运行综合评估指标体系。论文针对多机场群内部机场之间空域资源高度共享、互相依赖的特点,从交互影响和运行效能两方面入手,建立了科学评估多机场群模型优劣的指标体系。其中交互影响指标包含空域结构耦合和交通流运行指标11项,运行效能指标包含空域利用率和空域运行效率指标11项,给出了各项指标的计算式,并对指标计算结果进行了无量纲化、正逆转换和(0,1)区间处理,形成了统一的数学表达形式,为综合评估各多机场群模型提供了数据基础。(3)建立了多机场群综合评估模型。采用基于状态分类的多层次综合评估模型,构建评估目标层、准则层和指标层,分别采用层次分析法和变异系数法确定准则层和指标层的权重,最后确定评估指标阈值,将交互影响等级和运行效能等级各分为4个等级。将评估模型应用于(1)中的16种典型多机场群模型,评估选出最优方案,并结合空域结构和交通流运行进行了综合分析。仿真研究表明,所建指标体系能客观真实地反映评估对象的空域结构耦合和交通运行状态,所建评估模型科学地量化了评估目标等级,能为多机场群的建设规划与决策提供有力支持。(4)建立了确定性条件下多机场群运行全局多目标优化模型。针对跑道、移交点、重叠空域等共用空域资源的使用方式,以航班平均延误最小,航班冲突率最少和航班调速次数最少为决策目标,建立了基于可变路径的多机场群运行全局多目标优化模型。选择16种模型方案中的四种(d)结构进行仿真验证,将全局多目标优化结果与随机先到先服务模型结果进行对比。研究表明,多机场群运行全局多目标优化模型模型兼顾了运行效能、管制员工作负荷和航空器性能等多元约束条件,在一定程度上减少了航班平均延误,大大降低了管制员用于航空器冲突解脱的工作负荷,优化了多机场群终端区空域共用空域资源的管理。(5)建立了不确定性条件下的多机场群运行全局鲁棒优化模型。针对不确定进场时间控制误差这一具体条件,以航班平均延误最小,航班冲突率最少和航班调速次数最少为决策依据,设计绝对、偏差、相对鲁棒优化目标。以模型方案一(d)结构为对象进行仿真验证,仿真结果表明,根据不同的决策偏好,鲁棒优化模型可以最大限度的规避航班延误风险,提高多机场群运行效能和减少管制员工作负荷。最后,总结了本论文的主要研究成果,并对后续研究方向进行展望。