基于AHP-Entropy综合权重法的防相撞与安全评价

李涵，於勇，贺祥

93868部队

防止航空器空中相撞是飞行安全工作的重要内容，而空中飞行矛盾激增，急须一种新的安全评价方法。以“人—机—环—管”理念为基础，结合层次分析法、熵权法，建立防相撞与安全评价方法模型，对影响航空器飞行安全的各种因素进行量化分析，以此为标准对各单位的防相撞工作进行评价，更好地指导各项防相撞工作的开展。

防相撞是空军明确的防范“十个领域”重大风险的重要内容，事关国家、军队声誉，人民生命、财产安全。切实做好防相撞工作是空中交通管理的一项重要任务。随着航空技术的不断发展，国防建设的不断推进，军用和民用航空器对空域资源的使用需求不断增长，由此带来的航空器相撞隐患也越来越大。

针对上述问题，本文提出基于AHP-Entropy综合权重法的防相撞与安全评价方法。在实际工作中，部队可对防相撞工作进行预先科学评价，有利于制订针对性强的实施方案，指导防相撞工作顺利有效开展。

本文首先建立防相撞与安全指标体系，然后利用AHP-Entropy综合权重法进行安全评价。

引发航空器相撞的因素

影响航空器飞行安全，致使航空器相撞的因素主要包括：人员的不安全行为、设备的不安全状态、环境中的不安全成分和管理中的不完善工作，即“人—机—环—管”理念。以系统安全为指导思想，全面分析空中交通管理系统中的人为因素、设备因素、环境因素和管理因素四者之间的内在联系，以此为依据建立防相撞与安全指标体系。

（1）人为因素

人为因素是指人的主观行为，包括人本身，人与人、环境甚至机器之间的行为等。人是最灵活、最具适应性的因素，但同时也容易产生差错。通常，对航空器飞行安全产生较大影响的人员可分为飞行人员、管制人员以及机务维修人员。

（2）设备因素

设备是进行空中交通活动的物质基础，其作用是为航空器正常、安全、经济和有效运行提供技术保障，主要包括通信、导航、监视、管制以及气象等设备。设备故障或者异常状态直接造成航空器相撞事故的概率较低，却是构成事故的一个重要因素。

（3）环境因素

系统科学认为，任何系统都是在一定的环境中产生，又在一定的环境中运行、延续，不存在没有环境的系统。空中交通管理系统也是如此，它必然处于一定的自然环境、空域环境以及机场环境之中。

（4）管理因素

航空器相撞事故研究表明，尽管事故通常是由“人—机—环—境”不安全因素中的单一或两个以上因素引发，但是总存在一个“条件事件”，这个“条件事件”就是管理因素。人、机、环境因素是造成事故的直接原因。而管理是事故的间接因素，却是本质原因。航空器在运行过程中，如果空中交通管理系统存在管理缺陷或混乱，不安全因素就会发生。通常，管理因素包括组织机制、组织监督、组织文化。

防相撞与安全指标体系建立

通过分析航空器相撞原因，汇总和分析相关资料以及利用专家咨询，以分层方式初步构建防相撞与安全指标体系，详见表1。

表1 防相撞与安全指标体系。

基于AHP-Entropy 综合权重法的评价

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）在分析繁琐、层次较多的问题时，将问题分层，分析各个因素之间的关联性和影响程度，从而令问题简化，方便直观理解。利用专家打分，将定性因素定量化。该方法方便、灵活、简洁，但是主观色彩浓厚，分析结果容易片面化。

熵权法（Entropy）将熵作为信息的一个度量，信息量越大，熵也越大。通过计算熵值可以判断一个事件的随机性和无序程度，或者某个指标的离散程度，离散程度越大，该指标对综合评价的影响也越大。熵权法是一种客观赋权法，仅依赖于数据本身的离散性。因此，评价结果客观，但极易受极差影响，可能导致结果不真实。

上述两种方法相结合，得到AHPEntropy综合权重法。利用数学计算，综合分析主观和客观因素，得到每个因素的影响权重，然后利用模糊综合评价法，对防相撞工作进行评价。具体步骤如下所述。

（1）确定综合权重

①利用层次分析法确定权重

步骤一：根据实际需要，建立相关递阶层次结构。在确定权重时，重点在于建立防相撞安全指标体系层次结构。通过专家打分，理顺各影响因素之间的关系和层次，建立目标层U、准则层V以及指标层X。

步骤二：构造判断矩阵。通过咨询专家，将统一准则层中的各个指标进行相互之间重要性对比，利用1 ～9位标度法，针对不同情况的结果，计算出数量标度，构成判断矩阵。例如，准则层中包含4个指标，通过专家打分，可以得出指标之间的权重关系y，得到式（1）判断矩阵：

步骤三：进行层次单排序和一致性检验。层次单排序是指根据判断矩阵，研究本层次中的因素对于上一层次中的某因素的重要性，并对其进行排序。接下来进行一致性检验。

式（3）中，λ为判断矩阵的最大特征根，n为指标数量（判断矩阵阶数），CR为一致性检验结果，CI为一致性指标。在式（2）中，RI为平均随机一致性指标，可查看表2。

表2 平均随机一致性指标取值参考。

当CR＜0.1时，判断矩阵具有一致性。反之，则须要调整判断矩阵，使其满足一致性检验。

②利用熵权法确定权重

假设有n个指标。

步骤一：计算第i个指标的信息熵：

步骤二：计算第i个指标差异因素：

步骤三：计算第i个指标的权重：

则得到指标体系权重向量W：

③计算综合权重

具体步骤如下。

步骤一：用层次分析法确定准则层的权重矩阵V，以及指标层的权重矩阵：

式（9）中，q表示准则层个数。式（10）中，p表示指标个数。

步骤二：利用熵权法确定指标层权重矩阵X2，并计算综合权重X：

式（13）为向量值计算过程。

步骤三：将X中的每个指标进行归一化处理，得到X’。

步骤四：计算每个指标的最后综合权重，并进行归一化处理，得到q×p的矩阵C。

（2）模糊综合评价

模糊综合评价一般有以下几个步骤。

①建立综合评价集

设立5个评价等级，分别为优秀（90分以上）、良好（80 ～90分）、一般（60 ～0分）、差（30 ～60分）、极差（30分以下），得到评价等级向量E（e1，e2，e3，e4，e5）。e1至e5分别代表90分、70分、50分、30分、10分，详见表3。

表3 评价等级表。

②计算综合隶属度向量

通过专家打分，对n项指标进行评价，得到隶属度矩阵R：

式（15）中，rij（i=1,2,3,4,5j=1,2,…,n）表示每个指标在每个评价等级中对应的可能程度，可能程度越大，代表此项指标越接近于此评价。

③计算评价结果

式（16）中，bij（i=1,2,…,n j=1,2,3,4,5）表示第i项因素对应第j项评价等级的可能程度；S为综合隶属度向量；G为量化分析评价等级。

实例分析计算

以2018年1月某机场防相撞与安全评价为例，分别利用层次分析法和熵权法计算权重，然后计算综合评价结果，对该机场进行模糊综合评价。

（1）基于AHP的权重计算

根据每个准则层以及各准则层中的每个指标层的专家评价结果，通过Matlab矩阵函数计算，可以得到准则层和指标层经归一化处理后的权重值，详见表4至表9。

表4 准则层分析。

表9 基于AHP的权重计算值。

（2）基于Entropy的权重计算

邀请5位防相撞专家组成评价小组，对防相撞与安全评价赋予分值，分值越高说明该指标在防相撞工作中存在的风险越大。同样，得到各个指标层的权重计算值，详见表10。

表10 Entropy 权重计算值。

（3）综合权重计算

将基于AHP和Entropy两种方法分别得到的权重计算值进行整理，可以得到14个指标层在目标层中所占的权重，即表11。

表11 综合权重值。

（4）模糊综合评价

将上一步计算出的综合权重值在同一准则层内进行归一化处理，得到该准则层的综合权重矩阵，分别为WV1，WV2，WV3，WV4，将所有准则层在目标层内进行归一化处理，得到权重矩阵WU。

表5 人为因素V1分析。

表6 设备因素V2 分析。

表7 环境因素V3分析。

表8 管理因素V4分析。

将某机场防相撞与安全评价指标的评价等级的隶属度进行整理，详见表12。

表12 安全评价指标隶属度统计表。

将每个权重向量与对应隶属度相乘，进行因素评价，得到的值即为评价结果。

人为因素V1的隶属度评价值SV1：

根据前文中得到的评价等级向量E（90，70，50，30，10），计算等级如下：

设备因素V2的隶属度评价值SV2：

计算等级如下：

由上面计算可知，2018年1月某机场涉及人为因素和设备因素的防相撞与安全评价等级为一般，涉及环境因素和管理因素的防相撞与安全评价等级为差，整个防相撞与安全评价等级为一般。

总结

本文在对目前防相撞工作进行充分考察的基础上，建立了防相撞与安全指标体系，结合层次分析法和熵权法的各自优势，将影响因素的主观性和客观性相结合，确定各指标的综合权重，并用模糊综合评价法对安全等级进行分类，希望为实际防相撞工作提供必要的理论依据。■