劉軍凱, 崔振新

(中國民航大學(xué) 民航安全科學(xué)研究所, 天津 300300)

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基于組合賦權(quán)法的著陸沖出跑道事故影響因素評(píng)估

劉軍凱, 崔振新

(中國民航大學(xué) 民航安全科學(xué)研究所, 天津 300300)

為了研究著陸沖出跑道事故的影響因素,在綜合分析事故案例及已有研究成果的基礎(chǔ)上,建立了著陸沖出跑道事故影響因素的指標(biāo)體系,其中包括“人、機(jī)、環(huán)、管”為主的4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和14個(gè)二級(jí)指標(biāo),運(yùn)用組合賦權(quán)法構(gòu)建著陸沖出跑道事故影響因素的評(píng)估模型。采用該模型對(duì)近幾年官方發(fā)布的完整的43起著陸沖出跑道事故調(diào)查報(bào)告進(jìn)行評(píng)估,分別運(yùn)用熵權(quán)法和層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀及主觀權(quán)重,之后利用組合賦權(quán)法得到組合權(quán)重并對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。評(píng)估結(jié)果表明,引入組合賦權(quán)法可以得到著陸沖出跑道事故影響因素的科學(xué)的權(quán)重大小,對(duì)防范著陸沖出跑道事故的發(fā)生以及改善民航安全有一定的指導(dǎo)意義。

著陸沖出跑道事故; 熵權(quán)法; 層次分析法; 組合賦權(quán)法

0　引言

著陸階段是整個(gè)飛行過程中事故及事故征候的高發(fā)階段,其中,沖偏出跑道在著陸階段出現(xiàn)的事故中所占的比例最大?？罩锌蛙嚬景凑誌CAO的事故分類方法統(tǒng)計(jì)了近20年(截止到2010年)全球所有飛機(jī)全損事故數(shù)據(jù),沖偏出跑道事故數(shù)量位列第一,約占所有事故類別的1/3[1]。根據(jù)中國民用航空安全信息網(wǎng)的數(shù)據(jù),自2005年1月1日至2010年12月31日,中國民航發(fā)生87起運(yùn)輸嚴(yán)重事故征候,其中25起是偏沖出跑道,不僅位列第一,而且遠(yuǎn)高于其他類別的嚴(yán)重事故征候數(shù)量[2]。2010年至2014年官方發(fā)布的完整的著陸沖偏出跑道事故調(diào)查報(bào)告75起(其中著陸沖出跑道43起,著陸偏出跑道32起),起飛偏沖出跑道10起,可見著陸沖出跑道所占跑道偏離事故的比例最大。所以,對(duì)著陸沖出跑道事故的影響因素進(jìn)行分析研究對(duì)航空安全具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

目前國內(nèi)外諸多研究人員和學(xué)者已經(jīng)利用各種模型和方法對(duì)飛機(jī)沖偏出跑道進(jìn)行了大量的研究和影響因素分析。例如,張曉全等[3]利用WBA方法對(duì)沖出跑道事故存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究;崔振新等[4]利用Reason和SHEL模型對(duì)近幾年發(fā)生的沖出跑道事故進(jìn)行了分析;李小燕[5]對(duì)近10年全球商用噴氣式飛機(jī)出現(xiàn)沖出跑道的事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

雖然之前學(xué)者對(duì)著陸沖出跑道事故已經(jīng)做了很多的研究,但是在對(duì)影響因素的重要度或者關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析時(shí),一般是直接計(jì)算相關(guān)系數(shù),或者利用層次分析法計(jì)算各個(gè)因素的權(quán)重,在以上各種方法中都沒有把主觀權(quán)重和客觀權(quán)重放在一起進(jìn)行分析研究。本文利用熵權(quán)法計(jì)算影響因素的客觀權(quán)重，利用層次分析法計(jì)算影響因素的主觀權(quán)重，最后綜合利用組合賦權(quán)法將主、客觀權(quán)重組合運(yùn)算,計(jì)算出最終權(quán)重。組合賦權(quán)法能夠有效彌補(bǔ)僅憑借單一權(quán)重作為分析結(jié)果的缺點(diǎn),發(fā)揮了主觀和客觀權(quán)重的優(yōu)點(diǎn),能夠得到更為準(zhǔn)確的分析結(jié)果。

1　基于組合賦權(quán)法的著陸沖出跑道

事故評(píng)估模型

1.1熵權(quán)法

假設(shè)有m個(gè)著陸沖出跑道事故為研究對(duì)象,n個(gè)著陸沖出跑道事故的影響因素為評(píng)價(jià)指標(biāo),則有原始數(shù)據(jù)矩陣X=[xij]m×n,xij≥0。在實(shí)際計(jì)算中,一般取xij≥0是為了保證采用均值轉(zhuǎn)化后pij的取值范圍為[0,1][6]。

首先,需要對(duì)原始評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采用歸一化的方法進(jìn)行處理,即:

(1)

得到處理后的矩陣為P=[pij]m×n[7]。對(duì)于系統(tǒng)中的某個(gè)指標(biāo)xj,其信息熵為:

(2)

式中:k=1/lnn。

第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)定義為:

(3)

1.2層次分析法

(1)根據(jù)著陸沖出跑道事故的影響因素各指標(biāo)之間的隸屬關(guān)系構(gòu)建相應(yīng)的指標(biāo)體系圖。

(2)對(duì)每一層次的各項(xiàng)指標(biāo)采用兩兩比較的方法確定兩者的相對(duì)重要性,一般用一種標(biāo)度形式賦值(本文采用1～5比例標(biāo)度),建立判斷矩陣R。

(3)利用公式CR=CI/RI對(duì)判斷矩陣R進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。其中,CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率;CI=(λ-n)/(n-1)為判斷矩陣的一致性指標(biāo)(λ為最大特征值;n為矩陣的階數(shù));RI為n對(duì)應(yīng)的隨機(jī)一致性指標(biāo)的數(shù)值。一般當(dāng)CR<0.1時(shí),則認(rèn)為矩陣A的不一致程度在容許范圍內(nèi),這時(shí)可用其歸一化特征向量作為權(quán)重向量[8]。

(4)對(duì)R的一致性進(jìn)行檢驗(yàn)之后,利用RW=λmaxW計(jì)算權(quán)重。其中,λmax為R的最大特征根,W為屬于特征值λmax的特征向量,即所求的權(quán)向量[7]。

(5)計(jì)算底層指標(biāo)相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重,如下式所示[9]:

(4)

1.3組合賦權(quán)法

(5)

2　實(shí)例分析

2.1指標(biāo)體系的構(gòu)建及原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2010～2014年官方發(fā)布的完整的著陸沖出跑道事故調(diào)查報(bào)告共43起。將著陸沖出跑道作為頂層事件A,分為“人、機(jī)、環(huán)、管”共4個(gè)主要因素B1～B4,又把4個(gè)主要因素劃分成14個(gè)具體的影響因素C1～C14,其具體影響因素的指標(biāo)體系如圖1所示。

根據(jù)上述影響因素指標(biāo)體系圖,對(duì)43起著陸沖出跑道事故的14個(gè)具體影響因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,分別統(tǒng)計(jì)了14個(gè)因素在43起事故中的發(fā)生次數(shù),如表1所示。

圖1　著陸沖出跑道事故影響因素的指標(biāo)體系Fig.1　The evaluation index system of influencing factors for landing overrun runway accidents

影響因素發(fā)生次數(shù) 機(jī)組決策、技能失誤C130 違章C217 喪失情景意識(shí)C320 CRM失效C424 反推失效C52 擾流板失效C61 其他機(jī)械故障C73 雨、雪、霧C821 順風(fēng)、陣風(fēng)C99 跑道濕滑、污染C1023 航空公司文件缺陷C1112 培訓(xùn)缺陷C1211 跑道管理缺陷C1313 空中交通服務(wù)缺陷C147

將事故案例按照發(fā)生時(shí)間分為兩組,2004～2008年一組,2009～2013年一組。把這兩組作為研究對(duì)象,分別記為X1和X2。將14項(xiàng)影響因素C1～C14作為評(píng)價(jià)指標(biāo),將每項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的發(fā)生次數(shù)作為原始數(shù)據(jù)。則由原始數(shù)據(jù)構(gòu)造的原始矩陣為：X=[xij]n×m,xij≥0(i=1,2;j=1,2,…,14),即：

對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,由式(1)得到處理后的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為:

2.2采用熵權(quán)法確定著陸沖出跑道事故影響因素

的客觀權(quán)重

由式(2)可以得到每個(gè)指標(biāo)的信息熵為:

Ej=[0.816 9,0.588 1,0.689 3,0.740 8,0.090 8,0.098 1,0.189 0,0.666 2,0.558 9,0.445 7,0.504 2,0.483 7,0.542 4,0.383 4]

由式(3)得到每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重為:

2.3采用層次分析法確定著陸沖出跑道事故影響

因素的主觀權(quán)重

根據(jù)著陸沖出跑道影響因素的指標(biāo)體系圖1,采用層次分析法確定各項(xiàng)權(quán)重。著陸沖出跑道作為頂層事件,以4個(gè)關(guān)鍵因素“人、機(jī)、環(huán)、管”作為一級(jí)指標(biāo)為例,向20名長期從事民航一線事故/事件調(diào)查分析相關(guān)工作的專家發(fā)放問卷,由專家定量給出著陸沖出跑道事故影響因素兩兩比較時(shí)的重要性指標(biāo)。統(tǒng)計(jì)了多位專家的打分結(jié)果,然后對(duì)每項(xiàng)指標(biāo)求平均值得到能夠代表眾多專家意見的評(píng)分表,寫成如下判斷矩陣形式:

式中:數(shù)值等于1.00表示兩個(gè)評(píng)估指標(biāo)同樣重要;數(shù)值大于1.00表示相對(duì)重要性逐漸提高;數(shù)值小于1.00表示相對(duì)重要性逐漸降低。

首先對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn),然后求判斷矩陣的最大特征值及其所對(duì)應(yīng)的特征向量,所求得的特征向量即為權(quán)重向量,從而可得出一級(jí)指標(biāo)各參數(shù)的權(quán)重為:

w1=[0.471 3,0.159 2,0.231 2,0.138 3]

之后用類似方法可以得到一級(jí)指標(biāo)人為因素下的二級(jí)指標(biāo)的判斷矩陣為:

對(duì)該矩陣經(jīng)過一致性檢驗(yàn)后,可求得相應(yīng)的權(quán)重向量,即二級(jí)指標(biāo)各參數(shù)的權(quán)重為:

w11=[0.321 9,0.372 7,0.195 9,0.109 6]

重復(fù)采用上述方法能夠分別求得機(jī)械因素、環(huán)境因素、管理因素對(duì)應(yīng)的二級(jí)指標(biāo)各參數(shù)的權(quán)重分別為:

利用式(4)求得二級(jí)指標(biāo)相對(duì)于最高層的權(quán)重為:

2.4采用組合賦權(quán)法求得著陸沖出跑道事故影響

因素的組合權(quán)重

按照式(5)利用組合賦權(quán)法對(duì)上述兩種權(quán)重進(jìn)行組合,通過與專家的交流和討論,確定了當(dāng)θ=0.5時(shí),可以很好地將主、客觀權(quán)重進(jìn)行組合,并能夠在很大程度上減少主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的不利影響,最終得到組合賦權(quán)后二級(jí)指標(biāo)各參數(shù)的權(quán)重并按權(quán)重大小排序,如表2所示。

根據(jù)表2中的權(quán)重大小排序可以看出：影響最大的前5項(xiàng)因素依次為違章C2，反推失效C5，機(jī)組決策、技能失誤C1，擾流板失效C6及CRM失效C4,其中3項(xiàng)屬于人為因素,2項(xiàng)屬于機(jī)械因素。此外跑道濕滑、污染C10，順風(fēng)、陣風(fēng)C9和雨、雪、霧C8這3個(gè)因素的排序緊跟其后,可見天氣原因?qū)χ憶_出跑道事故的影響程度不容忽視。另外,管理因素作為潛在因素也應(yīng)該引起重視,比較突出的是培訓(xùn)缺陷C12和空中交通服務(wù)缺陷C14,這些影響因素也在一定程度上促成了著陸沖出跑道事故的發(fā)生。

表2　著陸沖出跑道事故影響因素組合權(quán)重排序表

2.5評(píng)估結(jié)果分析

通過建立基于組合賦權(quán)法的評(píng)估模型,對(duì)著陸沖出跑道事故進(jìn)行評(píng)估,得到了不同于以往學(xué)者在該方面的研究結(jié)果：文獻(xiàn)[3-5]研究得到的影響因素排序?yàn)槿藶橐蛩亍h(huán)境因素、管理因素和機(jī)械因素,而本文研究得到的影響因素排序?yàn)槿藶橐蛩亍C(jī)械因素、環(huán)境因素和管理因素,主要原因如下:

(1)通過組合賦權(quán)法計(jì)算影響因素的權(quán)重是將主觀和客觀一起研究,不僅僅因?yàn)橛绊懸蛩匕l(fā)生次數(shù)多其權(quán)重結(jié)果就大，或者影響因素發(fā)生次數(shù)少其權(quán)重結(jié)果就小這樣簡單的映射關(guān)系。此外著陸沖出跑道事故往往不是由一項(xiàng)或兩項(xiàng)因素引起的,往往會(huì)涉及到兩項(xiàng)或者兩項(xiàng)以上[13]。

(2)機(jī)械因素中的反推失效和擾流板失效雖然發(fā)生的次數(shù)很少,但是只要有該類因素發(fā)生,就很難通過機(jī)組的操作來阻止事故的發(fā)生,所以就會(huì)極大地增加著陸沖出跑道事故發(fā)生的概率,所以這兩項(xiàng)因素的所占權(quán)重也較大。

(3)筆者認(rèn)為該方法能夠準(zhǔn)確合理地解釋不同影響因素對(duì)該類事故的影響程度大小,能夠?yàn)榉婪对擃愂鹿实陌l(fā)生及改善民航安全提供一定的依據(jù)。

3　結(jié)論

(1)航空公司應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)飛行員的專項(xiàng)訓(xùn)練,特別是針對(duì)機(jī)組違章以及機(jī)組決策、技能失誤方面的培訓(xùn),主要包括:訓(xùn)練飛行員準(zhǔn)確有效地執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)操作程序,明確穩(wěn)定進(jìn)近的標(biāo)準(zhǔn);正確地使用反推、剎車以及擾流板。此外還要加強(qiáng)飛行員在特殊情況下的飛行訓(xùn)練,提高飛行員的應(yīng)對(duì)能力,主要包括:在特殊天氣和機(jī)場環(huán)境下的著陸訓(xùn)練;濕滑和污染跑道上的剎車訓(xùn)練;緊急情況下的復(fù)飛程序訓(xùn)練。

(2)航空公司和機(jī)場的相關(guān)維修單位應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)飛機(jī)剎車系統(tǒng)、反推以及擾流板等設(shè)備的檢查和維修,適當(dāng)?shù)乜s短檢查和維修間隔,及時(shí)對(duì)疲勞或故障部件進(jìn)行更換,準(zhǔn)確記錄檢查及維修狀況。

(3)機(jī)場要建立完善的污染或濕滑跑道的檢查標(biāo)準(zhǔn),跑道出現(xiàn)污染或濕滑等情況時(shí)要及時(shí)檢測跑道摩擦系數(shù)并向飛行機(jī)組準(zhǔn)確地反饋，組織人員及時(shí)清除跑道上的冰、雪等污染物。當(dāng)跑道摩擦系數(shù)低于規(guī)定值時(shí),果斷關(guān)閉跑道,停止飛行,避免事故的發(fā)生。

(4)管制員要嚴(yán)密監(jiān)控進(jìn)離場飛機(jī)的動(dòng)態(tài),為機(jī)組提供穩(wěn)定進(jìn)近的飛行條件;管制員還要向飛行機(jī)組及時(shí)準(zhǔn)確地反饋機(jī)場跑道道面情況和機(jī)場周圍的氣象條件等;做好對(duì)飛行參數(shù)的實(shí)時(shí)觀察,當(dāng)發(fā)現(xiàn)飛行參數(shù)出現(xiàn)較大偏差時(shí),及時(shí)向機(jī)組成員發(fā)出提醒。

[1]霍志勤.跑道安全理論與實(shí)務(wù)[M].北京:中國民航出版社,2013:104.

[2]中國民用航空局航空安全辦公室,中國民航科學(xué)技術(shù)研究院.中國民航不安全事件統(tǒng)計(jì)分析報(bào)告[R].北京:中國民航出版社,2011.

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(編輯：姚妙慧)

Evaluation of the influencing factors for landing overrun runway accidents based on combination weighting approach

LIU Jun-kai, CUI Zhen-xin

(Research Institute of Civil Aviation Safety, Civil Aviation University of China,Tianjin 300300, China)

In order to analyze the influencing factors for landing overrun runway accidents, on the basis of the comprehensive analysis of accident case and previous research, an influencing factors index system for landing overrun runway accidents was set up, including the "human, mechanical, environment, management" factors of 4 primary indexes and 14 secondary indexes, and the landing overrun runway accidents evaluation model of influencing factors is established by applying the approach of combination weighting. The report for the 43 landing overrun runway accidents released in recent years was evaluated officially with the model. The entropy weighting approach and the analytic hierarchy process (AHP) were used to calculate and evaluate objective weighting and subjective weighting respectively. Then, combination weighting was obtained with the use of combination weighting approach, and the evaluation results were analyzed. Evaluation results show that introduction of the approach of combination weighting could scientifically get the weights of influencing factors for landing overrun runway accidents, and could provide certain significant guidance for preventing the landing overrun runway accidents and improving the civil aviation safety.

landing overrun runway accident; entropy weighting approach; analytic hierarchy process; combination weighting approach

2015-11-04;

2016-03-16; 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2016-04-22 09:52

國家自然科學(xué)基金資助(61304207)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(ZXH2012P001)

劉軍凱(1990-)，男，山東廣饒人，碩士研究生，研究方向?yàn)槊窈桨踩芾?、航空安全信息?/p>

V328.1

A

1002-0853(2016)05-0077-05