終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建

高源，楊新湦

(中國(guó)民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津 300300)

0 前言

空域是國(guó)家的重要資源，也是航空器運(yùn)行的主要區(qū)域。保證航空器在空域系統(tǒng)中安全運(yùn)行，是我國(guó)民航事業(yè)蓬勃發(fā)展的重要前提。終端區(qū)空域是我國(guó)管制空域的一部分，航空器在此部分運(yùn)行沖突較多。因此，有必要對(duì)終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行的安全性進(jìn)行研究與評(píng)估。而評(píng)估指標(biāo)體系的建立是進(jìn)行綜合安全評(píng)估的基礎(chǔ)和前提。目前，國(guó)內(nèi)外多為針對(duì)空管系統(tǒng)、航空公司系統(tǒng)和機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)分別進(jìn)行安全性評(píng)估。Branka和Subotic等人［1］對(duì)管制員進(jìn)行訪談，研究了空管系統(tǒng)中人與設(shè)備之間的關(guān)系以及對(duì)安全的影響。羅帆，賈貴娟等［2］按照人員、設(shè)備、環(huán)境、管理四方面進(jìn)行分類、綜合，設(shè)計(jì)了評(píng)估指標(biāo)體系并進(jìn)行優(yōu)化，提煉出脈絡(luò)分明的監(jiān)控對(duì)象，有助于空管系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和綜合預(yù)警。航空公司與FAA等部門(mén)［3］進(jìn)行合作，內(nèi)容包括民航安全合作行動(dòng)、飛行運(yùn)行質(zhì)量保障以及其他關(guān)系到安全的關(guān)鍵因素，如航空器維修可靠性、員工培訓(xùn)等。文軍［4］針對(duì)影響航空公司飛行安全諸多因素具有的灰色性，從機(jī)組、飛機(jī)、環(huán)境和管理四方面，提出了航空公司飛行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，建立基于灰色多層次的航空公司飛行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。機(jī)場(chǎng)安全預(yù)警指標(biāo)體系由行為人因素預(yù)警指標(biāo)、機(jī)務(wù)因素預(yù)警指標(biāo)、環(huán)境因素預(yù)警指標(biāo)和管理因素預(yù)警指標(biāo)等模塊構(gòu)成。［5］劉剛［6］在對(duì)機(jī)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估的研究中，運(yùn)用灰色系統(tǒng)等理論，分析得到機(jī)場(chǎng)危險(xiǎn)源，建立了機(jī)場(chǎng)安全事故預(yù)測(cè)模型。

1 終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全性評(píng)估指標(biāo)體系的初步建立

通過(guò)了解國(guó)內(nèi)外民航安全評(píng)估研究現(xiàn)狀，并對(duì)當(dāng)前一線人員進(jìn)行訪談，發(fā)現(xiàn)空管系統(tǒng)、航空公司系統(tǒng)、機(jī)場(chǎng)系統(tǒng)均對(duì)終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全性有影響，在此前提下，結(jié)合事故理論、系統(tǒng)工程理論以及人機(jī)工程理論，確定了從人員、設(shè)備、環(huán)境、管理四方面，對(duì)影響終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全性的因素進(jìn)行分析與提煉。如圖1所示。

1.1 人員因素

人是系統(tǒng)控制與決策的主體，據(jù)統(tǒng)計(jì)，導(dǎo)致航空事故或事故征候發(fā)生的影響因素中，人員因素的影響達(dá)到80%以上，嚴(yán)重制約著航空安全水平的提高。通過(guò)分析終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)管制員和飛行員是對(duì)安全影響最直接的人員。管制員需要為在其所轄空域系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行的航空器提供航空管制等服務(wù)，飛行員直接操縱航空器，雙方互相配合，共同保證航空器的運(yùn)行安全。影響終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全的人員因素包括管制員和飛行員的專業(yè)技能、身心健康以及與其他人員之間配合的默契程度等。

圖1 終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全性影響因素分析示意圖

1.2 設(shè)備因素

隨著我國(guó)民航事業(yè)的快速發(fā)展，各部門(mén)對(duì)設(shè)備的要求也越來(lái)越高?，F(xiàn)代化設(shè)備能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，同時(shí)還能減輕人員的工作負(fù)荷。但由于長(zhǎng)期使用先進(jìn)設(shè)備，工作人員會(huì)增大對(duì)設(shè)備的依賴性，降低警覺(jué)性。設(shè)備一旦發(fā)生故障，就可能引發(fā)不安全事件。具體對(duì)終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全有影響的設(shè)備包括通信設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、監(jiān)視設(shè)備、航空器設(shè)備及機(jī)場(chǎng)燈光設(shè)備等。

1.3 環(huán)境因素

環(huán)境，一般包括自然環(huán)境、人文環(huán)境以及其他與系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)的業(yè)務(wù)環(huán)境等。在環(huán)境因素中，雖然大多數(shù)并不是系統(tǒng)本身可控制的，如天氣因素，但這些因素確實(shí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的安全有很大影響。對(duì)終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全有影響的環(huán)境因素包括天氣狀況、地理地形環(huán)境以及管制室內(nèi)環(huán)境等。

1.4 管理因素

管理是指對(duì)人員、設(shè)備、環(huán)境的資質(zhì)和相互關(guān)系實(shí)施人為干預(yù)的過(guò)程。通過(guò)對(duì)人員、設(shè)備、環(huán)境影響因素的分析，可以發(fā)現(xiàn)造成系統(tǒng)運(yùn)行安全不穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。建立合理的安全管理體系，能夠有效促進(jìn)系統(tǒng)的安全建設(shè)，為系統(tǒng)運(yùn)行安全提供保障。影響終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全的管理因素主要有安全管理與監(jiān)察制度及軍民航協(xié)調(diào)情況等。

通過(guò)以上分析，并前往相關(guān)單位對(duì)管理人員和一線工作人員進(jìn)行訪談，初步建立了終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全性評(píng)估指標(biāo)體系，如圖2所示。

圖2 終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全性評(píng)估指標(biāo)體系

2 基于層次分析法及區(qū)間估計(jì)理論的評(píng)估指標(biāo)體系篩選

在已經(jīng)建立的終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全性評(píng)估指標(biāo)體系中，由于指標(biāo)主要是通過(guò)定性的方法選取的，并沒(méi)有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，因此可能造成指標(biāo)體系中包含部分對(duì)評(píng)估對(duì)象影響較小的指標(biāo)，從而增加了計(jì)算的復(fù)雜度，降低了最終評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。基于以上考慮，有必要對(duì)初步建立的評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行指標(biāo)的篩選。本文采用層次分析法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選，并當(dāng)判斷矩陣不一致時(shí)，結(jié)合區(qū)間估計(jì)理論，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選。

2.1 指標(biāo)篩選模型

1)初步建立終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全性評(píng)估指標(biāo)體系;

2)由專家及一線工作人員對(duì)需要進(jìn)行篩選的同層次指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較打分，建立判斷矩陣:An=(aij)n×n(其中 aij＞0，aii=1，aij=1/aji，i，j=1，2，…，n);

3)通過(guò)|An-λE|=0，求出判斷矩陣的最大特征值λmax;

4)對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，當(dāng)CR≤0.1時(shí)，此時(shí)符合一致性，可以接受。利用公式AnW=λmaxW，求出各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重向量W=(w1，w2，…，wn)，該向量的分量值即為各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重值。選取適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)取舍權(quán)數(shù) ξ，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選;

5)當(dāng)CR＞0.1時(shí)，判斷矩陣不滿足一致性。此時(shí)將區(qū)間估計(jì)理論應(yīng)用于層次分析法，計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重估計(jì)值的上限和下限。當(dāng)An為不完全一致性時(shí)，最大特征值λmax＞n，將判斷矩陣An可接受權(quán)重向量 W=(w1，w2，…，wn)的條件定義為，即 AnW≤λmaxW。令(其中En為單位矩陣)，則此時(shí)求解各指標(biāo)權(quán)重估計(jì)值的上下限問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為求解滿足上述線性規(guī)劃條件的wi的最大值和最小值問(wèn)題，數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

本文將以設(shè)備因素、管理因素的指標(biāo)集為例，闡述指標(biāo)篩選的具體過(guò)程。

2.2 設(shè)備因素指標(biāo)篩選

首先由專家給出判斷矩陣:

通過(guò)對(duì)矩陣進(jìn)行運(yùn)算，最大特征值 λmax=，通過(guò)判斷矩陣階數(shù)查表可知RI=1.35，則一致性指標(biāo)CR=0.043 4＜0.1，此時(shí)判斷矩陣滿足一致性。求得歸一化后的權(quán)重向量為:

本例中，選取指標(biāo)取舍權(quán)數(shù)ξ=0.05，可以看出，W7＜ξ，所以“航空器已使用時(shí)間”為弱權(quán)重指標(biāo)，可以將其從設(shè)備因素指標(biāo)集中刪除。

2.3 管理因素指標(biāo)篩選

同理給出管理因素指標(biāo)的判斷矩陣:

對(duì)矩陣進(jìn)行運(yùn)算后得出，λmax=0.699 1，CI=，通過(guò)判斷矩陣階數(shù)查表可知RI=1.24，則一致性指標(biāo) CR=0.112 7 ＞0.1，此時(shí)運(yùn)用層次分析的區(qū)間估計(jì)方法，建立相應(yīng)的線性規(guī)劃模型，并使用Lingo 8.0軟件進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果如表1所示。

表1 管理因素下層指標(biāo)區(qū)間估計(jì)值

同理，可將指標(biāo)“飛行員駕駛技術(shù)水平”和“導(dǎo)航方式”篩除。最終得到優(yōu)化后的終端區(qū)空域系統(tǒng)運(yùn)行安全性評(píng)估指標(biāo)體系。

3 結(jié)論

終端區(qū)空域系統(tǒng)是整個(gè)空域系統(tǒng)的組成部分，保障其運(yùn)行的安全對(duì)于我國(guó)民航運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展有重要意義。層次分析與區(qū)間估計(jì)理論相結(jié)合的方法，可以在判斷矩陣不滿足一致性的情況下對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行篩選，剔除對(duì)系統(tǒng)影響較小的弱權(quán)重指標(biāo)，在降低隨后權(quán)重的確定及綜合安全評(píng)估計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)，提高了計(jì)算結(jié)果的精確度。基于優(yōu)化后的評(píng)估指標(biāo)體系，下一步將對(duì)各級(jí)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行確定，并使用綜合評(píng)估的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)估，掌握系統(tǒng)運(yùn)行的安全水平，并根據(jù)影響系統(tǒng)運(yùn)行的不安全因素，提出改進(jìn)方案。

［1］Subotic Branka，Straeter Oliver.Recovery From Equipment Failures in ATC:Determination of Contextual Factors Reliability［J］.Engineering ＆ System Safety，2007，92(7):858-870.

［2］羅帆，賈貴娟，陳高明，等.空管安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］，中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，19(8):117-119.

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［6］劉剛.機(jī)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)價(jià)預(yù)警問(wèn)題研究［D］.南京:南京航空航天大學(xué)，2008.