空中交通安全风险构成及耦合关系分析

刘堂卿，罗 帆

(1.广东白云学院管理学院，广东广州 510450;2.武汉理工大学管理学院，湖北武汉 430070)

空中交通管理(以下简称空管)系统是一个复杂的大系统，涉及到操作人员、运行设备、自然环境、社会环境和安全管理等多个方面。随着空中交通流量的快速增长，空管安全保障的压力也越来越大。调查数据表明［1］，空管因素已超过机组因素成为影响民航安全最主要的因素。如管制人员数量短缺，长期超负荷工作;设备运行异常情况时有发生，不稳定的状态监控不到位;空管安全基础不牢，风险防范体系不健全;空管环境越来越复杂等。上述问题都是空管安全面临的主要风险。因此，对空管安全面临的风险进行全面的分析和研究，有助于风险防范关口前移，减少空管安全风险的发生，从而提升空管安全管理水平。

国外学者SVEN和ROLAND通过引入扰乱作用障碍分析法对空管安全风险进行分析，构建了基于事故的程序模型，探讨了在复杂的系统中如何识别空中交通管制的风险［2］。PETER介绍了欧洲空管利用系统化、结构化的方法来评估和减弱空管安全风险［3］。国内学者袁乐平等利用模糊综合评价法对空管运行过程中危险可能发生的严重程度进行了评估［4］。万健等构建了空管安全风险监控指标体系［5］。罗帆等从人、机、环、管4个方面，设计了优化后的空管安全风险评估指标体系［6-7］。

国外的学者在空管安全风险管理方面提出了一些参考指标，构建了部分空管安全风险评估模型，但引入我国空管系统还缺乏适应性检验。国内在空管安全风险领域的相关研究主要分为两大派系，一是从理论层面提出安全预警指标体系，二是从实践层面提出空管风险严重程度评价指标体系，然而两者缺乏有机的结合，更主要的是缺乏对空管安全特定风险的专项研究。国内外学者多是从单个因素的角度去研究风险发生的严重程度，而对多因素的风险耦合后形成的耦合风险，其发生的可能性以及严重程度的规律缺乏研究。随着我国民航空管与国际接轨，空中交通的日益繁忙，空管风险的构成也会越来越复杂。因此，我国空管系统的安全风险耦合研究将日益得到关注。

1 空管安全风险的定义

空管安全系统风险的大小主要由空管安全的动态性、复杂性和挑战性等特点决定。根据空管系统内、外部环境影响安全的风险因素分类标准，可将空管安全风险分为4类系统风险，即人为因素风险、设备因素风险、环境因素风险和管理因素风险，分别记为 a、b、c、d。因此，空管安全风险是指空管系统内部及与其关系密切的各种与安全相关的因素，在特定的时间、空间和环境下，造成空管不安全事件发生的可能性，以及引发空管事故带来的人员伤亡和财产损失的程度。

2 空管安全单因素风险

空管风险因素是诱发空管不安全事件的最基本单元，单个风险因素往往处在不安全事件的萌芽状态，对于空管安全大系统来说，通常不会造成重大的故障，但是当多个风险因素在同一时间、同一地点、同一环境下耦合后，它们之间就会相互影响、相互作用，当耦合后的风险产生共振作用后就会导致风险放大，因而对空管安全系统产生重大威胁，很有可能造成系统故障。因此，空管单因素风险是导致空管不安全事件发生的始端，研究空管单因素风险，对于弄清空管安全风险发生的根本原因，有着极其重要的现实意义。

2.1 人为因素风险

在空管安全系统中，人是安全的主导因素，涉及到管制、导航和气象服务等业务。人为因素风险分为技术因素风险、生理因素风险和心理因素风险［8］，其中技术因素风险包括安全基础知识掌握不牢、规章制度熟悉程度不够、航行情报资料不全、工作经验不足、业务熟练程度不够、特情处置能力欠缺、漏发放行指令和违规操作等;生理因素风险包括感知器官灵敏度不够、疲劳上岗、带病上岗、误用关键指令、管制员口误、管制员双语通话不适应和饮酒后上岗等;心理因素风险包括工作责任心不够、服务意识不强、纪律性不强、思想麻痹、心理素质不稳定、部门间配合不够默契和注意力分配不当等。因此，人为因素风险是指空管安全系统中安全人员的素质或能力所引发的风险。

2.2 设备因素风险

随着科技的日新月异，涉及到导航、照明、通信和监视等领域的空管系统设备不断完善，自动化程度越来越高。设备因素引发的风险主要来自3个方面:一是空管设备设计、制造方面的问题;二是自动化设备的工作效率问题;三是先进设备造成了人员的依赖性问题。设备因素造成的风险具体表现为设备损坏而未及时更换或修理、网络维护不到位、系统软件出现问题、设备故障、设备没有足够的备件、雷达标牌未自动相关或相关错误，以及雷达信号丢失或信号虚假等。

2.3 环境因素风险

经济和社会的快速发展，导致了自然环境和社会环境逐渐复杂起来。对于空中交通有重要影响的气候条件变化多端，特别是随着空中交通运输的日益繁忙，涉及到空管系统安全运行的航路空域环境、通信环境和人文环境等所引起的风险也越来越不容忽视。环境因素隐藏的风险具体体现为恶劣天气阻碍飞行、空中交通流量过大航班过密、航路设计不合理、非空中交通专用信号干扰、高原山地异物障碍、高空飞行动物干扰、社会非法活动干扰和空管室内工作环境不适等。

2.4 管理因素风险

空管运行系统中，管理因素的比例越来越大，涉及到空管安全组织的安全指导思想、安全文化、空管安全保障单位的组织人事结构、安全规章制度建设和安全人员的培训等方面，管理因素隐藏的风险具体表现为规章制度不完善、工作程序不合理、排班不科学、空域管理不当、管理制度落实不到位、执行决策不力、人力资源管理不配套和决策失误等。

3 耦合情况下的空管安全风险

3.1 空管安全风险耦合的含义

“耦合”一词源于物理学，是指两个或两个以上的体系或两种运动形式之间通过各种相互作用而彼此影响以致联合起来的现象。在风险管理领域，存在着系统中某个风险的发生及其影响力依赖于其他风险，以及这种风险影响其他风险发生及影响力程度的现象，这种风险间的相互影响、相互依赖关系称为风险耦合。因此，空管安全风险耦合是指在空管安全系统的整个安全活动过程中，风险与风险之间形成的相互依赖和相互影响关系。

3.2 空管安全耦合风险的分类

空管安全单个风险之间的耦合，扩大了以往空管安全风险的范畴，在空管安全系统中，不仅有单项风险，还有风险与风险之间的耦合风险。因此，根据风险的耦合情况相对应地将空管安全系统中的耦合风险分为3类，即单因素耦合风险，双因素耦合风险和多因素耦合风险。

(1)单因素耦合风险。在空管安全系统中，单因素耦合引发的风险无时不有，无处不在。由于影响空管安全的人、机、环、管4大系统因素中，风险因子成分众多，涉及到空管系统安全的方方面面。因此，把空管安全系统中单个风险因素所属的风险因子之间的相互作用和影响所引发的新风险称为单因素耦合风险。根据民航总局空中交通管理局安全管理处编制的不安全事件报告，对2000—2009年度的数据进行统计、分析，发现由于空管原因造成的不安全事件共524起，其中单因素耦合造成的不安全事件高达410起，占78.24%。

空管安全是一项系统工程，尽管小系统与小系统之间，甲环节与乙环节之间有着千丝万缕的联系，但安全责任的落实往往又具有独立性，某个单位、某个岗位、某个员工都担负着特定的安全责任，如果某个环节发生问题，风险就会沿着风险链进行传导，遇到其他的风险因子就会耦合，因而可能对空管安全系统造成难以想像的后果。因此，单因素耦合风险的存在需要空管系统每一位与安全有关的人员保持高度的警惕，对空管安全风险进行及时有效的防范。如2002年2月28日，长沙区域管制室发生了一起由空管人为因素造成的空管事故征候，当时值班的管制员在已意识到飞行冲突并制定了正确预案的情况下，由于扇区内飞行活动较多，当班的管制员注意力集中在其他冲突上，指挥时发生口误，呼错航班号，造成两机危险接近［9］。这起空管事故征候是人为因素中的两个风险因子，即管制员注意力分配不当和口误，在同一时空下耦合而引发的耦合风险，对空中交通安全造成巨大的威胁。如果当班的管制员合理分配注意力，在复杂的环境下保持冷静，类似事件应该可以减少甚至避免。

3.住房金融极度膨胀，余额比重越来越大，危及整个金融安全、稳定，带来系统性金融风险。房地产贷款余额占GDP之比从2004年的29.4%逐步攀升至2017年的75.4%，居民住房贷款余额占GDP之比由2004年的9.9%逐步攀升至2017年的26.5%。如图13所示。

(2)双因素耦合风险。耦合风险是指影响空管安全的人为因素风险、设备因素风险、环境因素风险和管理因素风险，它们之间的相互作用和影响所引发的新风险。评价不同的风险因素相互耦合后形成新的风险状态，主要方法是计算它们四者之间的交互信息［10］，其计算公式如下:

pm，n，r，s为风险发生的概率，即人在第 m 种风险状态、设备在第n种风险状态、环境在第r种风险状态和管理在第s种风险状态下，相互耦合后发生风险的可能性大小。T值为空中交通安全风险总体状况的数量化评估。

双因素耦合风险是空管安全单个风险之间局部耦合所引发的风险，如设备因素风险和管理因素风险耦合后导致的空管不安全事件，当其与设备因素关系不大时，就界定为两个风险局部的耦合。因此，考察局部耦合的风险情况，可以通过计算两者之间的信息交互来体现风险的大小，即:

同理可列出 T(a，c)、T(a，d)、T(b，c)、T(b，d)、T(c，d)的计算公式。根据 2000—2009年度空管不安全事件的统计，双因素耦合造成的不安全事件共99起，占18.89%，其中人-管耦合造成的不安全事件43起，机-环耦合造成的不安全事件44起。根据两种风险因素耦合的不同情况发生的概率，可计算出双因素耦合风险的T值。

统计结果表明，人为因素与管理因素、环境因素与设备因素耦合的风险较多，可以看出当前安全管理人员与安全管理的不适应性、空管安全设备对环境变化的不适应性。因此，要加强对一线安全人员的培训，改善系统安全的风险管理，提高设备对环境的适应性。如2000年7月，法国航空公司的一架协和飞机在巴黎戴高乐机场起飞后不久坠毁，机上109名人员全部遇难［11］。事故调查结果表明，协和飞机因为发动机维护而延误了原定的起飞时间，在该航班起飞前，一架DC-10飞机掉下一片发动机上的金属衬环滞留在协和飞机起飞的跑道上。当协和飞机在高速滑跑中机轮轧上了该残片，引起轮胎炸裂，炸裂的轮胎碎片击中了飞机的发动机与燃料箱，燃油泄露，立即起火。空管员发现飞机起火后立即通知了机组，机组决定继续起飞，希望在9 km外的另一机场就近迫降。遗憾的是飞机只坚持了8 km就坠毁了。协和飞机由于发动机维护导致起飞时间延误，隐藏了设备因素风险;滞留在跑道上的金属衬环，导致了环境因素风险。协和飞机在高速滑跑中机轮轧上了金属衬环，设备因素风险与环境因素风险耦合，最终酿成了航空事故。如果另一飞机没有掉下金属衬环，或者及时清理跑道，又或者协和飞机起飞时间没有延误，机轮就不会扎上金属衬环。因此，减少空管安全风险因素的耦合，能够避免一系列的空管不安全事件发生。

(3)多因素耦合风险。在空管安全系统中，多因素耦合风险是指人、机、环、管因素中，3个或4个系统风险之间的相互影响和相互作用所导致的新风险，其中3个系统之间的耦合风险是局部耦合的较大化，4个系统之间的耦合风险是全局风险的耦合。空管系统三者之间的耦合风险计算公式为:

同理可列出 T(a，b，d)、T(a，c，d)、T(b，c，d)的计算公式。在2000—2009年度发生的空管不安全事件中，多因素耦合造成的不安全事件15起，仅占2.86%，其中人-环-管耦合造成的不安全事件就达13起;事故征候多达4起，占总数27起的14.81%。根据3种风险因素耦合的不同情况发生的概率，可计算出空管安全多因素耦合风险的T值。

4 耦合下的空管安全整体风险模型构建

由于空管耦合风险的存在，对于空管安全整体风险突破了传统的认识，不仅局限于人、机、环、管4大因素风险，还包括单因素耦合风险、双因素耦合风险和多因素耦合风险。因此，构建了基于耦合的空管安全整体风险模型，如图1所示。

图1 基于耦合的空管安全整体风险模型

5 结论与对策

(1)空管安全风险耦合的因素越多，发生不安全事件的可能性就越小，但严重程度却越来越高。

(2)空管安全系统中的耦合风险是客观存在的。风险耦合情况下的空管安全整体风险比不考虑风险耦合情况下的整体风险要复杂得多，同时风险值也大得多。

上述结论验证了空管行业的高风险性。因此，对于空管安全风险，特别是耦合风险应提升认识，制定切实有效的措施加强防范和监控:

(1)加强对空管安全风险单因素系统的监控，使各个系统的风险网格化，构筑风险之间的防火墙、防盗网，避免空管多因素风险耦合，减少多因素耦合风险的发生。

(2)在空管安全风险耦合的过程中，控制主观因素造成的耦合风险要比控制客观因素耦合造成的风险容易得多。因此，在安全保障过程中，要充分调动安全人员的积极性，发挥安全人员的主观能动性，及时控制风险耦合的情况发生，减少风险耦合造成的不安全事件的发生。

(3)加强对空管安全人员的全方位培训，熟悉环境变化的规律，掌握设备的运行规则，对人、机、环、管风险之间的关系进行深入观察和探讨，增强人与设备、环境之间的友好合作，减少客观因素造成的耦合风险发生。

［1］刘继新，沈丽楠.空管安全系统中人为因素的本体建模研究［J］.武汉理工大学学报:信息与管理工程版，2011，33(4):656-669.

［2］SVEN T，ROLAND A.A method，DEB analysis，for proactive risk analysis applied to air traffic control［J］.Safety Science，2004，42(7):657-673.

［3］PETER S.Risk assessment＆mitigation in ATM［J］.Safety Science，2006，44(7):629-655.

［4］袁乐平，孙瑞山，成媛.基于模糊评价和未确知数的空管安全风险评估［J］.中国民航学院学报，2006，7(4):55-57.

［5］万健，夏洪山，李敬.空管灾害诱因分析及监测指标体系的构建［J］.中国民航大学学报，2007，25(5):1-3.

［6］罗帆，贾贵娟，陈高明，等.空管安全风险评估指标体系的优化设计［J］.中国安全科学学报，2009，19(8):115-120.

［7］罗帆，刘堂卿.基于N-K模型的空中交通安全耦合风险分析［J］.武汉理工大学学报:信息与管理工程版，2011，33(2):267-270.

［8］丁松滨，石荣.空中交通管制人员风险评价的证据理论模型［J］.系统仿真学报，2007，19(15):3368-3371.

［9］谭鑫，牟海鹰.空中交通管制员的情境意识与航空安全［J］.中国安全生产科学技术，2006，2(5):99-102.

［10］郭晓林.产业共性技术创新体系及共享机制研究［D］.武汉:华中科技大学图书馆，2006.

［11］唐卫贞.空管人因不安全事件发生机理与控制方法研究［D］.成都:西南交通大学图书馆，2008.

［12］刘堂卿.空中交通管制安全风险耦合机理研究［D］.武汉:武汉理工大学图书馆，2011.