基于SHEL模型与层次分析法的跑道侵入影响因素研究

盛昀 冯自立 陈惊宇 方学东

摘 要：文章以跑道侵入为主要研究对象，简述了跑道侵入的研究意义和相关概念。利用SHEL模型分析跑道侵入的风险因素，建立跑道侵入风险评价指标体系。根据各级指标，选取层次分析法构建判断矩阵，对相关指标进行权重占比计算，得出对跑道侵入风险产生影响的主要因素是人员因素;根据跑道侵入危险等级提出预防跑道侵入事件发生的有效措施，从而尽量避免类似事件的发生，提高航空器运行效率。

关键词：跑道侵入;SHEL模型;层次分析法

中图分类号：V328 文献标识码：A

Abstract：Taking runway intrusion as the main research object，this paper briefly describes the research significance and related concepts of runway intrusion.The risk factors of runway intrusion are analyzed by SHEL model，and the risk evaluation index system of runway intrusion is established.According to the indicators at all levels，AHP is selected to construct the judgment matrix，and the weight proportion of the relevant indicators is calculated.It is concluded that the main factor affecting the runway invasion risk is the personnel factor.According to the risk level of runway intrusion，effective measures are proposed to prevent runway intrusion events，so as to avoid similar events as far as possible and improve the efficiency of aircraft operation.

Key words：Runway Incursion;SHEL Model;AHP

近年來，我国经济实力不断增强，国际地位显著提高，航空运输作为促进国内外交互融合的重要载体，对促进我国社会发展起到了重要作用。航空运输在提供快捷、高效服务的同时，航空安全也成为人们广泛关注的焦点。航空安全首要任务就是确保跑道安全运行，防止跑道侵入发生。2016年10月11日，上海虹桥机场跑道侵入事件引起了社会广泛关注。2018年3月18日吉祥航空A320冲绳机场未获许可起飞。2018年9月14日以色列AIT航空E145特拉维夫侵入跑道。2020年西南地区某机场仅一条联络道，也发生了跑道侵入事件。由此可见，跑道侵入事件时有发生。

根据美国FAA在对机场跑道侵入数据分析后得出结论：“越是复杂，航班流量大的机场越容易发生跑道入侵”[1]。为了满足日益增长的航空需求，我国机场方面采取了一系列措施，例如：航站楼扩建，增加跑道数量、延长跑道长度，增加机坪数量，采用人工智能设备等措施来更加高效快捷的服务旅客。这些措施在一定程度上满足了航空需求，提高了服务效率，但是对于机场来说，也增加了运行的复杂性，相应的发生跑道侵入事故的可能性也有所提高。为避免跑道侵入事件发生，机场需采取一定的方法与手段。目前，我国对于跑道侵入问题的研究基本还处于不太成熟和完备的阶段，一些比较有创新和严谨的理论仍在研究中，对于该风险的处理和预防还未形成一套合理完整的防御体制，也就是说，这对于中国民航仍是一个任重而道远的任务。

本文先阐述了跑道侵入的定义，对跑道侵入危险程度等级进行划分。根据影响因素不同类型分别从SHEL模型四个匹配界面对机场跑道侵入指标进行分析，基于SHEL模型从“人员—设备—环境—管理”四个方面确定各级风险评价指标，计算相应指标的权重占比。根据影响跑道侵入的最主要因素及相关因素，明确机场及相关单位安全责任，制定相应的规避方法，提高跑道运行安全能力，这对民航事业的发展具有重要意义。

1 跑道侵入的定义及等级分类

目前，针对跑道侵入的定义国际上和国内都没有统一的标准，各组织都有着自己不同却也相似的理解。通常跑道侵入的定义可归纳为：航空器、地面车辆以及人员在未经授权下非法闯入跑道，对跑道运行造成干扰或者威胁的行为。我国发布的《民用航空器事故征候》，将跑道侵入等级划分为五类，如表1所示。

2 SHEL模型跑道侵入原因分析

SHEL模型由爱德华提出，是一个被广泛应用的风险评估模型，SHEL模型的主要思想是以人为主要影响因素，是事故发生的主要原因，其他因素是基于人的因素产生的，所以在该模型中，元素L（Liveware：人）处在最中间的位置，其他元素围绕着人产生如图1所示[2]。

在SHEL模型中，S（Software：软件）与H（Hardware：硬件）分别对应管理因素和设备因素，E（Environment：环境）对应环境因素。SHEL模型的关键在于它不是独立的部分，而是系统中的人、软件、硬件以及环境与人的相互作用关系。从而构成了SHEL模型的四个界面，即人—人（L—L）;人—软件（L—S）;人—硬件（L—H）;人—环境（L—E）。在跑道侵入案例中，四种界面的含义如下：

（1）人员—软件：主要指针对航空飞行相关人员的规章制度、标准手册等文件或资料，人员培训管理等。

（2）人员—硬件：主要是指机器、设备等与飞行相关的设施发生故障或受到干扰时对人员产生的影响，主要从通信设备、飞行区设施设备、空管设备进行分析。

（3）人员—环境：主要指人处于多个环境中，如机场的运行环境，相关人员的工作环境，以及影响飞行安全的自然环境如大风、暴雨、雷电等。

（4）人员—人员：系统中的相关人员及相关系统中的其他人员，分析角度主要有心理和身体素质、语言表达能力、学习能力、决断力、专业技能。

根据SHEL模型从“人员—设备—环境—管理”四维度进行分析，影响跑道侵入的原因主要有以下方面，如表2所示：

3 基于层次分析法的跑道侵入因素风险评估

风险评估是按照科学的程序和方法，首先对发生了或者未发生的事件进行分析，预测该风险事件发生可能带来的影响或损失。随后根据分析结果，为评估系统的整体状况进行了解并为制定安全防御体制提供科学依据。通过SHEL模型建立跑道侵入风险评价指标体系，以“人—机—环境—管理”为一级评价指标，并进行细化分析构建二级评价指标，根据层次分析法确立跑道侵入风险指标的各级判断矩阵，根据判断矩阵得到各级指标的权重占比，从而明确跑道侵入的最主要影响因素，制定相应的防御体系，减少跑道侵入的影响[3-5]。

3.1 跑道侵入风险指标体系的建立

上文根据SHEL模型从“人员—设备—环境—管理”四维度，分析了跑道侵入的原因，在此基础上建立跑道侵入风险指标评估体系，如图2所示。

3.2 一级指标权重计算

运用层次分析法求解影响因素权重值时，根据層次分析法评价标准，由专家进行打分，评判结果如表3所示，构建判断矩阵A。

根据表3的打分结果，计算一级指标权重，计算结果如表4所示。

最大特征根：

计算一致性比率CR：

对矩阵进行一致性检验，通过查表，可得当n=4时，RI=0.9，故：

CR=CIRI=0.02230.9=0.0248

因为CR=0.0248<0.1，说明一级指标判断矩阵符合一致性检验标准。由此得到跑道侵入风险的一级指标权重W=（0.5755，0.2101，0.0836，0.1308）T。

同理，按照上述计算方法，针对二级指标B1、B2、B3、B4构建判断矩阵进行权重计算，计算结果如表5所示。

4 跑道侵入预防建议措施

通过上述计算可知，造成跑道侵入的主要原因是人员因素和设备因素。为了减少跑道侵入的风险，需要从这两个方面进行重点管控[6-7]。

4.1 人员方面

对于跑道侵入事件，管制人员是这个系统中最主要的因素。为了避免SHEL模型分析出的跑道侵入原因，管制员应使用标准陆空通话用语，养成养好的管制习惯，随时认真监听飞行员的回复和请求，避免因为误听指令引起跑道侵入。管制员发布的指令必须有明确的滑行界限，当滑行许可的界限超越跑道时，即使相应的跑道没有使用，也必须含有明确的可以穿越跑道的许可。对于较复杂的指令，可将指令分成若干部分，按照先后次序发送，避免飞行员误解。

引起飞行员造成的跑道侵入事件的原因主要有经验不足、错误使用机场图、操作不当等。对此，飞行员需要提前熟悉并明确机场相关设施设备、滑行道和停机位，通过加强培训，多做模拟机，增加驾驶时间等措施克服这类问题。

对于机场场务人员等地面工作人员，当发现飞行区内设备故障或有外来物入侵时，应该及时通报塔台，等待下一步许可后立即进行处理，确保机场运行正常，避免发生跑道侵入事件。

4.2 设备方面

针对设备风险而言，避免跑道侵入主要从两方面入手：改善通信质量和改进机场飞行区的设计和道面引导标识。机场需要定期检查通信设备，保障通信质量，提前排查无线电路，才能尽可能保障航空安全。同时机场场面标识、各种目视引导标识和机场灯光引导系统的安装和使用，都应符合国际标准，能保障各类人员在夜间和复杂气象条件下识别明显地识别各种标志，才能真正地加强跑道安全。

5 结语

通过上文的分析，跑道侵入问题主要是受人员因素和设备因素的影响。通过行业标准、规章制度等措施进行管理，在一定程度上可以较好地减少跑道侵入现象的发生。但是，这些举措并不能完全杜绝跑道侵入的发生。开发新设备、研究新技术，实现从“人防”与“技防”相结合，应是未来跑道侵入研究的主要方向。

参考文献：

[1]FAA Air Traffic Organization.Annual Runway Safety Report[R].Washington DC，2010.

[2]李佳玥.基于SHEL模型的航空情报工作的研究[J].科技经济导刊，2020，28（19）：38.

[3]唐迎曦，罗晓利.基于SHEL模型的贝叶斯网络民航安全评价研究[J].中国民航飞行学院学报，2020，31（01）：16-20.

[4]丁松滨，刘佳玙，徐苏.跑道侵入风险评价的改进网络层次分析法研究[J].航空工程进展，2019，10（02）：187-193.

[5]张晓全，于露，曹钧.基于模糊层次分析法的跑道偏离风险管理[J].安全与环境学报，2012，12（04）：239-242.

[6]雍正，朱黎.浅谈跑道侵入的预防[J].科技风，2019，（25）：213.

[7]黄阳广.跑道侵入原因分析与预防[J].科技创新导报，2015，12（21）：214-215.

作者简介：盛昀（1994— ），男，汉族，江苏扬州人，硕士，助教，研究方向：机场飞行区管理、机场安全管理。