基于“綜合賦權(quán)”模糊物元模型的機場運行安全評價*

牛軍鋒，孫靜娟，李生厚，張秀軍

（1.西京學(xué)院，西安710123；2.空軍工程大學(xué)空管領(lǐng)航學(xué)院，西安710051）

基于“綜合賦權(quán)”模糊物元模型的機場運行安全評價*

牛軍鋒1，孫靜娟2，李生厚2，張秀軍2

（1.西京學(xué)院，西安710123；2.空軍工程大學(xué)空管領(lǐng)航學(xué)院，西安710051）

為了保證機場運行安全，防止事故的發(fā)生，依據(jù)模糊物元分析理論，結(jié)合機場運行安全評價指標(biāo)體系，構(gòu)建了基于綜合賦權(quán)的機場系統(tǒng)模糊物元安全評價模型。在該模型中，通過層次分析法和熵值法主客觀綜合所確定的權(quán)重，為指標(biāo)體系進行線性加權(quán)，實現(xiàn)綜合賦權(quán)，從而將計算得到的綜合權(quán)重用于模糊物元建模與評價。實例分析結(jié)果表明，該模型步驟簡單，過程科學(xué)合理，并兼顧了主客觀因素的影響，評價結(jié)果總體反映了機場的真實安全水平，也為機場安全的科學(xué)評價提供了新思路。

模糊物元，層次分析法，熵值法，機場運行，安全評價

0 引言

機場作為我國交通運輸?shù)闹匾A(chǔ)設(shè)施，如何提高機場安全管理水平，改善機場安全是我國面臨的重要問題［1］。隨著航空運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展，機場客運吞吐量越來越大，對機場的運行安全要求也越來越高。

對于此問題，國內(nèi)外學(xué)者專家做了很多研究工作。高揚等［2］從6個系統(tǒng)因素構(gòu)建了民航機場運行安全評價指標(biāo)體系，并建立機場安全評價多級物元分析模型。但對于個別指標(biāo)體系賦權(quán)方面僅采用了層次分析法?；菹瑁?］在SHEL模型基礎(chǔ)上采用模糊理論，提出了另一種機場安全風(fēng)險評估方法。孫殿閣等［4］采用Bow-Tie模型對民用機場安全風(fēng)險進行識別，并對應(yīng)采取了控制措施，但沒有進行定量分析。靳慧斌等［5］采用因子分析方法建立綜合評價因子，并結(jié)合方差賦權(quán)構(gòu)建安全評價模型，解決了機場安全評估方法中存在的主觀性共線性問題。Aghahowa Enoma等［6］利用關(guān)鍵績效指標(biāo)對機場安全風(fēng)險產(chǎn)生的原因進行分析。Wong D.K.Y.等［7］提出了一種機場安全區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)安全量化目標(biāo)水平，來確保機場運行安全。隨著世界科技的逐步發(fā)展，尤其是近些年，迅速發(fā)展起來的模糊物元分析方法，它在定性到定量的描述和轉(zhuǎn)換方面的巨大優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用到各個安全評價領(lǐng)域。

本文采用層次分析法和熵值法主客觀評價方法，實現(xiàn)評價指標(biāo)的綜合賦權(quán)，更加貼近了機場運行安全的實際。并采用模糊物元的評價方法，構(gòu)建了“綜合賦權(quán)”的模糊物元安全評價模型，最后選取5個機場作為評價對象，進行實例驗證，驗證了該方法的合理有效性。

1 構(gòu)建安全評價指標(biāo)體系

構(gòu)建評價指標(biāo)體系的目的是為了評價機場系統(tǒng)運行的安全狀態(tài)，即通過分析機場系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和要素，構(gòu)建綜合評價結(jié)果與系統(tǒng)構(gòu)架和指標(biāo)之間的相應(yīng)關(guān)系，然后依據(jù)相關(guān)原理進行實證分析，去研究各個指標(biāo)與綜合目標(biāo)的相關(guān)聯(lián)程度，從而選擇出需要評價的指標(biāo)。

圖1 模糊物元評價流程圖

圖2 機場安全評價指標(biāo)體系

2 機場運行安全的模糊物元評價模型

2.1 構(gòu)建復(fù)合模糊物元

在物元分析理論中，物元通?？杀硎緸镽=［M，C，x］，其中，M代表事物，C代表特征，x代表量值。一般規(guī)定如果x具有模糊特性，則規(guī)定R為模糊物元。如果M有n個特征C1，C2，…，Cn，并且每個對應(yīng)的量值為x1，x2，…，xn，則規(guī)定R為n維模糊物元。m個事物的n維物元組合可得到一個復(fù)合模糊物元，如式（1）。

式中，Rmn為復(fù)合物元，由m個事物，n個模糊特征組成；Mi表示第i個事物（i=1，2，…，m）；Cj表示第j個特征（j=1，2，…，n）；xij定義為第i個事物且第j個特征的模糊量值。

2.2 計算從優(yōu)隸屬度

模糊物元中各單項指標(biāo)相應(yīng)的模糊量值就是從優(yōu)隸屬度，從屬于標(biāo)準(zhǔn)方案各對應(yīng)指標(biāo)相應(yīng)的模糊量值的隸屬程度，從優(yōu)隸屬度的值通常大于零。在實際問題中有些指標(biāo)為越小越優(yōu)型，有些指標(biāo)為越大越優(yōu)型，那么計算從優(yōu)隸屬度就需要采用不同公式。

對于越小越優(yōu)型:

對于越大越優(yōu)型:

上述式中，uij為從優(yōu)隸屬度；max xij被稱作各方案中各指標(biāo)中的最大值，min xij被稱作各方案中各指標(biāo)最小值。最后得出復(fù)合模糊物元如式（4）。

2.3 構(gòu)建差平方復(fù)合模糊物元

通過式（4）可得到n維標(biāo)準(zhǔn)模糊物元R0n，標(biāo)準(zhǔn)模糊物元各元素由中各方案從優(yōu)隸屬度中的最大值或最小值確定，則有

本文選取最大值為最優(yōu)。

2.4 為評價因子綜合賦權(quán)

2.4.1 層次分析法

層次分析法是綜合定性與定量的一種系統(tǒng)分析方法。是一種主觀評價的方法。結(jié)合本文研究它的一般步驟如下:一是把機場運行安全分層系列化，形成一個階梯有序的層次模型；二是依據(jù)專家打分對每一層因素進行賦權(quán)；三是通過綜合計算，得出最底層指標(biāo)相對于最高層的重要性，以此作為評價。只用層次分析法偏向于主觀性，下面介紹另一種方法，熵值法。

2.4.2 熵值法

熵值法是一種有效的、客觀的賦權(quán)方法，可用于評價所獲系統(tǒng)信息的有序度及其效用。其具體計算過程如下:

式中，xmax和xmin分別為不同事物中同一評價指標(biāo)下最滿意者和最不滿意者。

2.4.3 綜合賦權(quán)

對機場安全進行模糊物元評價，確定權(quán)重是關(guān)鍵問題之一。AHP根據(jù)分析者對各評價因子的偏好確定權(quán)重，簡單易行，但易受主觀因素影響；熵值法根據(jù)評價因子本身的關(guān)聯(lián)和變異程度確定權(quán)重，避免了人為因素的影響，但易受樣本隨機誤差的干擾。本文在機場安全評價中將兩者有機結(jié)合，優(yōu)勢互補，提出了通過線性加權(quán)進行綜合賦權(quán)的思想，力求在權(quán)重確定上達到主觀和客觀的統(tǒng)一，使量化結(jié)果更符合實際。

設(shè)αi表示AHP得到的第i個指標(biāo)的主觀權(quán)重，βi表示得到的熵值法第i指標(biāo)的熵權(quán)，則第i個指標(biāo)的綜合權(quán)重表示為

式中，wi為綜合權(quán)重；η為主觀權(quán)重的偏好系數(shù)，常取為60%。

2.5 計算歐氏貼近度

待評價樣本與標(biāo)準(zhǔn)樣本兩者之間接近的程度被稱作歐氏貼近度，歐氏貼近度值越大就表示這兩個樣本越接近，相反則就相離越遠。那么就可以根據(jù)貼近度的大小，對各樣本好壞進行排列，同時也可以根據(jù)貼近度對樣本進行歸納劃分。在本文具體的評價時，采用M（□，+）算法，即通過先乘后加來計算，構(gòu)建歐氏貼近度的復(fù)合模糊物元RPH

3 實例模擬分析

3.1 構(gòu)造復(fù)合模糊物元

首先選取5個運行安全區(qū)別較大的機場，分別對5個機場的總體安全狀況進行綜合評價，選出10位機場安全方面的專家，對圖2中無法直接獲取數(shù)據(jù)的評價指標(biāo)C3，C5，C7，C8，C10進行打分，打分采取百分制，即打分范圍為［0，100］，超出此范圍無效，最后將5個機場各個指標(biāo)的專家打分和采集的數(shù)據(jù)進行平均，得到的原始數(shù)據(jù)如表1所示，并由此構(gòu)成復(fù)合模糊物元。

表1 機場安全評價初始數(shù)據(jù)

3.2 構(gòu)造從優(yōu)隸屬度模糊物元

根據(jù)機場實際可知，C1，C2，C4，C6，C9為越小越優(yōu)型指標(biāo)，則將R5，10中這5個指標(biāo)對應(yīng)的數(shù)據(jù)代入式（2）；而C3，C5，C7，C8，C10為越大越優(yōu)型指標(biāo)，則將R5，10中這5個指標(biāo)對應(yīng)的數(shù)據(jù)代入式（3），合并后即可得到從優(yōu)隸屬度模糊物元

3.3 構(gòu)造最優(yōu)模糊物元與差平方復(fù)合模糊物元

3.4 確定指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

將R5，10中的數(shù)據(jù)代入式（7）～式（11）的指標(biāo)權(quán)重系數(shù)計算公式，可得到10個評價指標(biāo)的綜合權(quán)重，如見表2所示。

表2 機場安全評價指標(biāo)綜合權(quán)重

3.5 歐氏貼近度計算與綜合評價

根據(jù)式（13）計算5個機場的歐氏貼近度，計算結(jié)果如圖3、表3，同時根據(jù)歐氏貼近度的大小可得到5個機場安全評價的排序。

根據(jù)表3的排序結(jié)果，5個機場的安全評價順序為，機場5＞機場1＞機場4＞機場3＞機場2，其中，機場5最為安全。

4 結(jié)論

機場運行具有模糊性、復(fù)雜性以及指標(biāo)多樣性的特點，對機場安全進行綜合評價難度很大。本文研究利用AHP和熵值法各自確定的權(quán)重，通過線性加權(quán)確定綜合權(quán)重，建立了機場安全的模糊物元評價模型，以盡可能降低主觀和客觀因素的影響，改善機場安全評價的可靠性。實例分析表明:利用基于綜合賦權(quán)的模糊物元理論進行機場安全的評價

表3 歐氏貼近度計算值

方法安全有效，從而為機場運行安全的正確評價提供了一條有效可行的途徑。

［1］梁文娟，程明.機場安全趨勢分析方法與應(yīng)用研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2015，41（4）:7-9.

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［3］惠翔.基于模糊理論的機場風(fēng)險評估研究［J］.空中交通管理，2011（6）:34-37.

［4］孫殿閣，孫佳，王淼，等.基于Bow-Tie技術(shù)的民用機場安全風(fēng)險分析應(yīng)用研究［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2010，6（4）:85-89.

［5］靳慧斌，洪遠，蔡亞敏.基于因子分析的機場運行安全評價模型［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2015，41（6）:62-65.

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［7］WONG D K Y，PITFIELD D E，CAVES R E，et al.The development of a more risk-sensitive and flexible airport safety area strategy:Accident location analysis and airport risk assessment case studies［J］.Safety Science，2009，47（7）:913-924.

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Airport Operation Safety Assessment Based on Fuzzy Matter Element Model with Comprehensive Weighting

NIU Jun-feng1，SUN Jing-juan2，LI Sheng-hou2，ZHANG Xiu-jun2
（1.Xijing College，Xi’an 710123，China；2.School of Air Traffic Control and Navigation，Air Force Engineering University，Xi’an 710051，China）

In order to assure the safety operation of airport operation and nip in the bud，according to the fuzzy matter element analysis theory，a safety assessment model of Airport operation based on comprehensive weighting is proposed by the use of Airport operation safety assessment index system.In the model，the weights obtained by analytic hierarchy process and entropy method are linearly weighted to implement the comprehensive weighting for assessment index，comprehensive weight is used in fuzzy matter element modeling and assessing.The example analysis result shows that the model have many advantages such as simple step，scientific and reasonable process，consideration of the subjective and objective influence and so on，and the assessment result basically reflects the actual safety level of the of Airport operation，providing a new way for ATC safety assessment.

fuzzy matter element，analytic hierarchy process，entropy method，airport operation，safety assessment

TB24

A

1002-0640（2017）04-0101-04

2016-02-18

2016-04-02

省部級自然科學(xué)基金資助項目（2015JM7364）

牛軍鋒（1979-），男，陜西西安人，講師。研究方向：信息管理與信息系統(tǒng)。