劉 穎，李 祥，陳可嘉，林 靜

(1.中國(guó)民航科學(xué)技術(shù)研究院, 北京 100028； 2.福州大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，福建 福州 350108)

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基于可拓學(xué)的空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)

劉 穎1，李 祥1，陳可嘉2，林 靜2

(1.中國(guó)民航科學(xué)技術(shù)研究院, 北京 100028； 2.福州大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，福建 福州 350108)

空中交通管理系統(tǒng)作為民航運(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，其安全運(yùn)作與否直接影響民航安全。因此，針對(duì)空管系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，可以了解空管系統(tǒng)的安全狀態(tài)，使得相關(guān)部門(mén)可以依此進(jìn)行宏觀管理，提升民航安全水平。首先，在分析空管系統(tǒng)以及明確指標(biāo)選取原則的基礎(chǔ)上，從“人、機(jī)、環(huán)、管”4個(gè)方面，建立空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其次，采用模糊序關(guān)系分析法確定指標(biāo)權(quán)重，并引入可拓學(xué)理論框架，建立基于可拓學(xué)的空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法。最后，通過(guò)對(duì)某空管單位安全評(píng)價(jià)的實(shí)例研究，驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性。

空管系統(tǒng)；安全評(píng)價(jià)；可拓學(xué)；模糊序關(guān)系分析法

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的變革，民航運(yùn)輸業(yè)也隨之不斷發(fā)展，給人們生活帶來(lái)了巨大的方便，從而在人類生活中占據(jù)著越來(lái)越重要的位置?？罩薪煌ü芾硐到y(tǒng)作為民航運(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，其安全運(yùn)作與否直接影響著民航安全。

關(guān)于空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方面的研究，已經(jīng)有不少學(xué)者做了相關(guān)工作。SHORROCK[1]通過(guò)對(duì)空管錯(cuò)誤類型的歸納分析，認(rèn)為管制員對(duì)所接收的信息能否及時(shí)地做出判斷關(guān)系著空管的安全能否得到保障。SUBOTIC等[2]評(píng)估了空管設(shè)備出現(xiàn)故障情況下空管系統(tǒng)的可靠性。KIRWAN等[3]分析了空管系統(tǒng)中管制員的管制失誤，并對(duì)如何提高空管系統(tǒng)安全給出了建議。杜紅兵等[4]鑒于空管安全因素間彼此影響相互關(guān)聯(lián)的情況，采用了模糊-網(wǎng)絡(luò)層次分析對(duì)空管安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。張曉全等[5]應(yīng)用SHELL模型系統(tǒng)地識(shí)別出空管安全因素集，并運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。高揚(yáng)等[6]利用模糊評(píng)價(jià)理論對(duì)空管系統(tǒng)危險(xiǎn)發(fā)生后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)估，利用不確定分布估計(jì)來(lái)估算危險(xiǎn)發(fā)生的可能性。ZHANG等[7]采用模糊集值統(tǒng)計(jì)理論對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)，使用模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)了空管系統(tǒng)安全。陳芳等[8]從靜態(tài)能力與動(dòng)態(tài)能力兩方面構(gòu)建空管安全運(yùn)行保障能力模型，并認(rèn)為安全投入、設(shè)備能力和風(fēng)險(xiǎn)管理是提高安全運(yùn)行保障能力最直接有效的3個(gè)方面。梁曼等[9]通過(guò)使用目標(biāo)分析法和輸出分析法對(duì)民航空管設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。

空管系統(tǒng)安全受到人、設(shè)備、環(huán)境及管理等多方面因素影響，空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜與抽象的評(píng)價(jià)問(wèn)題，而當(dāng)前關(guān)于空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法的研究主要集中于模糊方法和灰色方法?？赏貙W(xué)是為解決矛盾問(wèn)題而誕生的一門(mén)邊緣學(xué)科，其通過(guò)把復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為易理解的形象化模型，在此基礎(chǔ)上得到相應(yīng)的解決辦法?？赏貙W(xué)構(gòu)建的評(píng)價(jià)方法，通過(guò)量化的數(shù)值描述評(píng)價(jià)結(jié)果，從而達(dá)到較為完整地反映事物綜合水平的目的，并且方便計(jì)算機(jī)進(jìn)行規(guī)范化處理[10]。因此，筆者提出基于可拓學(xué)的空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法，并通過(guò)實(shí)例研究，驗(yàn)證該方法的可行性和有效性。

1 空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

參考已有的研究成果[11-12]，并按照科學(xué)性、層次結(jié)構(gòu)、可操作性、定性定量相結(jié)合的原則，建立的空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)值

2 基于可拓學(xué)的空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法

設(shè)R表示物元，C為評(píng)判因素集，C={c1,c2,…,cl}，其中l(wèi)為評(píng)判因素的個(gè)數(shù)。根據(jù)各影響因素的特點(diǎn)以及被評(píng)價(jià)事物的安全程度大小，劃分不同的安全級(jí)別，構(gòu)建出安全級(jí)別域U，U={u1,u2,…,um}，其中m代表安全級(jí)別數(shù)。

2.1 確定經(jīng)典域和節(jié)域

式中：Rj為經(jīng)典域；Vj為評(píng)判因素集C關(guān)于安全等級(jí)Uj的量值范圍。

式中：Ru為節(jié)域；Vu為評(píng)判因素集C關(guān)于所有安全級(jí)別U的量值范圍。

2.2 確定待評(píng)物元

對(duì)待評(píng)價(jià)對(duì)象，把實(shí)際調(diào)研取得的數(shù)據(jù)用Ri表示：

(3)

式中：Ri為待評(píng)價(jià)對(duì)象；vik為關(guān)于cik的量值(k=1,2,…,p)；p為評(píng)判因素的個(gè)數(shù)。

2.3 計(jì)算關(guān)聯(lián)度

第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)中第k個(gè)二級(jí)指標(biāo)關(guān)于安全等級(jí)j(j=1,2,…,m)的關(guān)聯(lián)度kj(cik)為：

2.4 模糊序關(guān)系分析法確定權(quán)重

(2)相對(duì)重要程度的比較判斷。在序關(guān)系分析法中ck-1與ck間相對(duì)重要程度ωk-1/ωk通常是一個(gè)具體數(shù)值，沒(méi)有考慮人員判斷的模糊性，所以筆者引入三角模糊數(shù)來(lái)給定ck-1與ck間相對(duì)重要程度的比較判斷。即ωk-1/ωk=rk(k=m,m-1,…,2)。其中，rk用三角模糊數(shù)表示。

(5)

2.5 多級(jí)可拓評(píng)價(jià)

(1)一級(jí)評(píng)價(jià)。一級(jí)指標(biāo)對(duì)各安全等級(jí)的關(guān)聯(lián)度矩陣K(ci)等于二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量ωi=(ωik)乘以二級(jí)指標(biāo)對(duì)各安全等級(jí)的關(guān)聯(lián)度矩陣K(cik)=(kj(cik))。

(6)

(2)二級(jí)評(píng)價(jià)。待評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)各安全等級(jí)的關(guān)聯(lián)度K(N)等于一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重ω=(ωj)乘以一級(jí)指標(biāo)對(duì)各安全等級(jí)的關(guān)聯(lián)度K(C)=(kj(ci))。

(7)

(8)

(9)

其中，j*為目標(biāo)層安全級(jí)別的變量特征值，即安全級(jí)別的程度。

3 實(shí)例研究

3.1 數(shù)據(jù)的收集

空管系統(tǒng)的安全評(píng)估指標(biāo)體系中，有定量指標(biāo)和定性指標(biāo)。定量指標(biāo)有具體指標(biāo)值，是通過(guò)空管單位記錄統(tǒng)計(jì)收集而來(lái)的；而定性指標(biāo)是通過(guò)專家打分獲得，筆者選擇5個(gè)專家分別為塔臺(tái)管制室、飛行服務(wù)室、氣象預(yù)報(bào)室、技術(shù)保障部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備室和安監(jiān)科的工作人員打分，然后求平均算出該定性指標(biāo)最終的得分。對(duì)于每個(gè)指標(biāo)，可根據(jù)安全程度劃分為5個(gè)等級(jí)：很好(K1)、較好(K2)、一般(K3)、較差(K4)、很差(K5)，根據(jù)以往數(shù)據(jù)分析及專家意見(jiàn)，可以得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)(見(jiàn)表1)。

3.2 確定經(jīng)典域和節(jié)域

以二級(jí)指標(biāo)設(shè)備因素為例，根據(jù)式(1)、式(2)對(duì)其經(jīng)典域和節(jié)域進(jìn)行求解，其他指標(biāo)依次類推。其經(jīng)典域?yàn)椋?/p>

其節(jié)域?yàn)椋?/p>

3.3 確定待評(píng)物元

由式(3)可知，針對(duì)某空管單位，確定待評(píng)價(jià)空管單位的物元。vik為關(guān)于cik的量值，其分值如表1所示。

3.4 計(jì)算關(guān)聯(lián)度

由式(4)可得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度與權(quán)重的計(jì)算結(jié)果，如表2所示。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度與權(quán)重

3.5 模糊序關(guān)系分析法確定權(quán)重

根據(jù)上述步驟對(duì)各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，得到的匯總結(jié)果如表2所示。

3.6 多級(jí)可拓評(píng)價(jià)

由式(6)、式(7)分別計(jì)算出各一級(jí)指標(biāo)和待評(píng)價(jià)對(duì)象的關(guān)聯(lián)度，如表3所示。由表3可知：maxkj(N)=k2(N)，因此該空管單位的安全狀況處于“較好”這一等級(jí)。根據(jù)式(8)和式(9)可求得j*=1.962 4，即準(zhǔn)確的等級(jí)特征值為1.962 4，介于“很好”與“較好”之間，但更偏向“較好”。4個(gè)子系統(tǒng)中，設(shè)備因素和管理因素子系統(tǒng)的安全狀況等級(jí)為“很好”，說(shuō)明該空管單位在設(shè)備方面和管理方面做出了很大的努力，也達(dá)到了一個(gè)較為安全的管理水平。人為因素和環(huán)境因素子系統(tǒng)的安全狀況等級(jí)為“較好”，說(shuō)明在人為因素和環(huán)境因素方面仍需努力，特別是人為因素更應(yīng)該引起重視，大量航空安全事故原因調(diào)查發(fā)現(xiàn)：人為因素已經(jīng)成為造成航空事故的主要原因。因此在人為因素方面應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)員工的管理，加大人員培訓(xùn)力度，提高員工的安全意識(shí)和責(zé)任意識(shí)。環(huán)境因素方面則應(yīng)該收集更全面的數(shù)據(jù)，依靠信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息化管理，為飛機(jī)飛行提供一個(gè)安全的飛行環(huán)境。從空管系統(tǒng)整體來(lái)看，該空管單位的安全管理仍需加強(qiáng)才能更好地實(shí)現(xiàn)飛機(jī)飛行安全，保障機(jī)上人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

表3 一級(jí)指標(biāo)和待評(píng)價(jià)對(duì)象的關(guān)聯(lián)度

通過(guò)與灰色證據(jù)理論[14]的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者高度吻合，進(jìn)一步證明了可拓學(xué)理論評(píng)價(jià)方法的穩(wěn)定性，具體對(duì)比情況如表4所示。

表4 可拓學(xué)理論評(píng)價(jià)方法與灰色證據(jù)理論

4 結(jié)論

空管的安全與否直接關(guān)系機(jī)上所有人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全。筆者從影響空管系統(tǒng)安全的因素入手，建立了包含“人、機(jī)、環(huán)、管”4個(gè)方面的空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在評(píng)價(jià)方法方面，充分利用可拓學(xué)理論可以量化表示評(píng)價(jià)結(jié)果并且較為全面反映事物綜合水平的優(yōu)點(diǎn)，提出了基于可拓學(xué)的空管系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法；在權(quán)重確定方面，考慮到人員決策判斷的模糊性，引入了模糊序關(guān)系分析法。將所提出的方法應(yīng)用于某空管單位的安全評(píng)價(jià)，開(kāi)展實(shí)例研究，得出了該空管單位的安全狀況等級(jí)及各子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)結(jié)果，為該空管單位進(jìn)一步提升其安全管理水平提供了決策支持。

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LIU Ying:Assistant Researcher, China Academy of Civil Aviation Science and Technology, Beijing 100028,China.

Air Traffic Control System Safety Evaluation Based on Extenics Theory

LIUYing,LIXiang,CHENKejia,LINJing

Air traffic management system as a key component of the civil aviation transportation system. Its safe operation or not directly affects the civil aviation safety. Therefore, to evaluate the safety of ATC system can make us understand security of air traffic control systems. Allowing departments to conduct macro-management, and enhance the security level of civil aviation. Firstly, based on the analysis of the air traffic control system and the index selection principle clarification, the air traffic control safety evaluation index system is established including the four aspects of human, equipment, environmental, management. Next, weight values of indexes are determined by the fuzzy order relation analysis method. The air traffic control system safety evaluation method based on the extenics theory is developed. Finally, through the empirical study of an air traffic control unit safety evaluation, the feasibility and validity of the method is verified.

air traffic control system; safety evaluation; extenics theory; fuzzy order relation analysis method

2095-3852(2016)05-0524-05

A

2016-05-21.

劉穎(1972-)，女，遼寧錦州人，中國(guó)民航科學(xué)技術(shù)研究院助理研究員.

X949 DOI：10.3963/j.issn.2095-3852.2016.05.002

國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)與中國(guó)民用航空局聯(lián)合資金項(xiàng)目(61179061)；教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資金項(xiàng)目(NCET-11-0903)；民航局科技計(jì)劃資金項(xiàng)目(MHRD20150211).