终端区空域系统运行安全评估指标体系的构建

高源，杨新湦

(中国民航大学空中交通管理学院，天津 300300)

0 前言

空域是国家的重要资源，也是航空器运行的主要区域。保证航空器在空域系统中安全运行，是我国民航事业蓬勃发展的重要前提。终端区空域是我国管制空域的一部分，航空器在此部分运行冲突较多。因此，有必要对终端区空域系统运行的安全性进行研究与评估。而评估指标体系的建立是进行综合安全评估的基础和前提。目前，国内外多为针对空管系统、航空公司系统和机场系统分别进行安全性评估。Branka和Subotic等人［1］对管制员进行访谈，研究了空管系统中人与设备之间的关系以及对安全的影响。罗帆，贾贵娟等［2］按照人员、设备、环境、管理四方面进行分类、综合，设计了评估指标体系并进行优化，提炼出脉络分明的监控对象，有助于空管系统进行风险识别和综合预警。航空公司与FAA等部门［3］进行合作，内容包括民航安全合作行动、飞行运行质量保障以及其他关系到安全的关键因素，如航空器维修可靠性、员工培训等。文军［4］针对影响航空公司飞行安全诸多因素具有的灰色性，从机组、飞机、环境和管理四方面，提出了航空公司飞行安全风险评价的指标体系，建立基于灰色多层次的航空公司飞行安全风险评价模型。机场安全预警指标体系由行为人因素预警指标、机务因素预警指标、环境因素预警指标和管理因素预警指标等模块构成。［5］刘刚［6］在对机场安全风险进行评估的研究中，运用灰色系统等理论，分析得到机场危险源，建立了机场安全事故预测模型。

1 终端区空域系统运行安全性评估指标体系的初步建立

通过了解国内外民航安全评估研究现状，并对当前一线人员进行访谈，发现空管系统、航空公司系统、机场系统均对终端区空域系统运行安全性有影响，在此前提下，结合事故理论、系统工程理论以及人机工程理论，确定了从人员、设备、环境、管理四方面，对影响终端区空域系统运行安全性的因素进行分析与提炼。如图1所示。

1.1 人员因素

人是系统控制与决策的主体，据统计，导致航空事故或事故征候发生的影响因素中，人员因素的影响达到80%以上，严重制约着航空安全水平的提高。通过分析终端区空域系统运行特点，发现管制员和飞行员是对安全影响最直接的人员。管制员需要为在其所辖空域系统内运行的航空器提供航空管制等服务，飞行员直接操纵航空器，双方互相配合，共同保证航空器的运行安全。影响终端区空域系统运行安全的人员因素包括管制员和飞行员的专业技能、身心健康以及与其他人员之间配合的默契程度等。

图1 终端区空域系统运行安全性影响因素分析示意图

1.2 设备因素

随着我国民航事业的快速发展，各部门对设备的要求也越来越高。现代化设备能够提高系统运行的安全性，同时还能减轻人员的工作负荷。但由于长期使用先进设备，工作人员会增大对设备的依赖性，降低警觉性。设备一旦发生故障，就可能引发不安全事件。具体对终端区空域系统运行安全有影响的设备包括通信设备、导航设备、监视设备、航空器设备及机场灯光设备等。

1.3 环境因素

环境，一般包括自然环境、人文环境以及其他与系统运行相关的业务环境等。在环境因素中，虽然大多数并不是系统本身可控制的，如天气因素，但这些因素确实对系统运行的安全有很大影响。对终端区空域系统运行安全有影响的环境因素包括天气状况、地理地形环境以及管制室内环境等。

1.4 管理因素

管理是指对人员、设备、环境的资质和相互关系实施人为干预的过程。通过对人员、设备、环境影响因素的分析，可以发现造成系统运行安全不稳定的关键因素。建立合理的安全管理体系，能够有效促进系统的安全建设，为系统运行安全提供保障。影响终端区空域系统运行安全的管理因素主要有安全管理与监察制度及军民航协调情况等。

通过以上分析，并前往相关单位对管理人员和一线工作人员进行访谈，初步建立了终端区空域系统运行安全性评估指标体系，如图2所示。

图2 终端区空域系统运行安全性评估指标体系

2 基于层次分析法及区间估计理论的评估指标体系筛选

在已经建立的终端区空域系统运行安全性评估指标体系中，由于指标主要是通过定性的方法选取的，并没有一个明确的标准对指标进行筛选，因此可能造成指标体系中包含部分对评估对象影响较小的指标，从而增加了计算的复杂度，降低了最终评估结果的准确性。基于以上考虑，有必要对初步建立的评估指标体系进行指标的筛选。本文采用层次分析法对指标进行筛选，并当判断矩阵不一致时，结合区间估计理论，对指标进行筛选。

2.1 指标筛选模型

1)初步建立终端区空域系统运行安全性评估指标体系;

2)由专家及一线工作人员对需要进行筛选的同层次指标进行两两比较打分，建立判断矩阵:An=(aij)n×n(其中 aij＞0，aii=1，aij=1/aji，i，j=1，2，…，n);

3)通过|An-λE|=0，求出判断矩阵的最大特征值λmax;

4)对判断矩阵进行一致性检验，当CR≤0.1时，此时符合一致性，可以接受。利用公式AnW=λmaxW，求出各指标的相对权重向量W=(w1，w2，…，wn)，该向量的分量值即为各指标的相对权重值。选取适当的指标取舍权数 ξ，对指标进行筛选;

5)当CR＞0.1时，判断矩阵不满足一致性。此时将区间估计理论应用于层次分析法，计算各指标权重估计值的上限和下限。当An为不完全一致性时，最大特征值λmax＞n，将判断矩阵An可接受权重向量 W=(w1，w2，…，wn)的条件定义为，即 AnW≤λmaxW。令(其中En为单位矩阵)，则此时求解各指标权重估计值的上下限问题就转化为求解满足上述线性规划条件的wi的最大值和最小值问题，数学表达式为:

本文将以设备因素、管理因素的指标集为例，阐述指标筛选的具体过程。

2.2 设备因素指标筛选

首先由专家给出判断矩阵:

通过对矩阵进行运算，最大特征值 λmax=，通过判断矩阵阶数查表可知RI=1.35，则一致性指标CR=0.043 4＜0.1，此时判断矩阵满足一致性。求得归一化后的权重向量为:

本例中，选取指标取舍权数ξ=0.05，可以看出，W7＜ξ，所以“航空器已使用时间”为弱权重指标，可以将其从设备因素指标集中删除。

2.3 管理因素指标筛选

同理给出管理因素指标的判断矩阵:

对矩阵进行运算后得出，λmax=0.699 1，CI=，通过判断矩阵阶数查表可知RI=1.24，则一致性指标 CR=0.112 7 ＞0.1，此时运用层次分析的区间估计方法，建立相应的线性规划模型，并使用Lingo 8.0软件进行计算，得出的结果如表1所示。

表1 管理因素下层指标区间估计值

同理，可将指标“飞行员驾驶技术水平”和“导航方式”筛除。最终得到优化后的终端区空域系统运行安全性评估指标体系。

3 结论

终端区空域系统是整个空域系统的组成部分，保障其运行的安全对于我国民航运输的发展有重要意义。层次分析与区间估计理论相结合的方法，可以在判断矩阵不满足一致性的情况下对评估指标进行筛选，剔除对系统影响较小的弱权重指标，在降低随后权重的确定及综合安全评估计算复杂度的同时，提高了计算结果的精确度。基于优化后的评估指标体系，下一步将对各级指标的权重进行确定，并使用综合评估的方法对系统进行安全评估，掌握系统运行的安全水平，并根据影响系统运行的不安全因素，提出改进方案。

［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］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):117-119.

［3］Logan J Timothy.Error Prevention as Developed in Airlines［J］.International Journal of Radiation，2008，71(1):178-181.

［4］文军.基于灰色多层次的航空公司飞行安全评价研究［J］.航空动力学报，2010，4(5):137-140.

［5］熊英.浅谈机场信息安全管理体系建设［J］.中国民用航空，2008(11):80-81.

［6］刘刚.机场安全风险识别和评价预警问题研究［D］.南京:南京航空航天大学，2008.