航空运输需求的持续快速发展引发空域网络供需矛盾愈演愈烈，特别是大型繁忙机场及其终端区空域交通拥堵和航班延误频发，已经成为制约国家空域系统运行的重要瓶颈节点。因此，面向空中交通拥堵现实问题和发展趋势，系统性开展终端区交通流拥堵基础理论和疏导方法研究，有助于缓解空域拥堵、降低管制负荷、提升资源利用率和系统鲁棒性，也是支撑和促进空中交通系统转型升级的必然选择。
　　在以管制为战术核心的集权式空中交通运行模式下，空中交通流可以视为一个在通信导航监视系统和空中交通管理系统支持下，由管制员、航空器(飞行员)和空域三要素构成的动态、开放的复杂系统，同时还受航空气象、军事活动等诸多外部因素影响，是一类具有广义属性的运输流，其拥堵本质是航空器群体飞行活动对于有限空域资源和管制员生心理资源的双重竞争，除表现为航空器滞留外，还表现为管制负荷的增加和管制性能的下降。
　　论文立足空中交通流广义属性，以拥堵热区-机场终端区为对象，在全面评述终端区交通流拥堵管理领域国内外相关研究进展和亟待突破的重难点问题基础上，开展终端区交通流复杂动态特性与拥堵控制方法研究，主要包括以下内容：
　　(1)实证研究了终端区交通典型基础行为特征。基于历史运行数据，量化论证了终端区交通流进场点偏移随机性、空域交通量周期性、交通流宏观流体性和进离交通流制约性等基础行为特征；设计“人在回路”实验验证了管制员冲突探测定速推演心智模型，以及冲突解脱“心理临界值”和不确定性特征，并证实了繁忙状态下管制员以减少事务性或者程序性通信时间预留思考空间等常用策略的存在性，为本文后续研究奠定了知识基础和阐释依据。
　　(2)实证研究了终端区交通流复杂动力学特性。提出了“管制员-交通流”多层耦合网络模型表征空中交通系统关键要素及联结关系，建立了刻画交通流、管制员和系统非线性行为的测度指标；以广州终端区为例，运用基本图和宏观基本图刻画了交通流在航段、扇区和网络层面的动力学演进；运用元认知理论阐释了“管制员-交通流”适应性共演化内在机制；识别终端区交通流和管制行为的混沌共性和异性，指出了混沌显现与交通运行非稳定态(亚稳态和拥挤态)关联关系，为开展宏微观交通流建模和拥堵演变分析研究提供理论基础。
　　(3)开展了终端区交通流宏观演化建模与分析。以典型航段交通流实证基本图为动力学模板，针对航段交通流异质性和速度单调性特征，构建改进元胞传输模型与简单队列模型相融合的终端区交通流混合仿真平台，宏观推演交通流在网络内的动态传递，以及拥堵形成-累积-消散过程，指出空域瓶颈下进场交通流临界稳定态和非稳态特征，揭示交通流空间分布和进离场优先级等运行参数对于终端区拥堵演变的影响机理，为研究与交通流特性相符的拥堵疏导策略提供理论依据和验证平台。
　　(4)开展了终端区交通流微观行为建模与分析。基于交通基础行为与复杂动力学实证，提出以管制决策为中心的终端区交通流运行控制框架，建立涵盖交通流动态系统、事件观测、元认知模拟、决策与调配、任务负荷测度、飞行操控等多主体微观动态行为模型，重点采用模糊决策树和自动机方法模拟管制员元认知策略适应性调整和决策推理过程，进而开发基于智能体的终端区交通流微观仿真平台，推演“管制员-交通流”的协同演进和耦合相变过程，揭示冲突解脱提前量、任务队列优先级和扇区间隔适配性对于终端区交通流系统拥堵和管制性能的影响机理，为设计战术层面交通拥堵疏导策略提供理论依据和验证平台。
　　(5)提出终端区拥堵战术疏导一体化解决方案。在终端区交通流复杂动态特性研究基础上，从交通流和管制员两个角度构建面向战术运行的终端区拥堵疏导解决方案，涵盖“量”—进场率和离场推出率协同控制、“序”—多扇区进场交通流率协同控制、“迹”—多约束下的扇区交通流水平航迹管理三大时空交叠的功能模块，分别采用空地元胞网络宏观仿真平台、终端区交通流微观仿真平台和“人在回路”实时仿真实验验证了解决方案有效性和鲁棒性。
　　本课题遵循“规律发现指导运行实践”研究思路，综合运用复杂网络、数学建模、机器学习、现代控制理论和“人-机”系统相关理论与方法，探索终端区“管制员-交通流”适应性演化规律及其影响机理，提出动态环境下终端区交通拥堵战术疏导一体化解决方案。研究成果有助于完善空中交通流基础理论，提升终端区交通拥堵管控能力，为空中交通系统高阶自动化和智能化发展提供新思路和新方法。