岳仁田， 李君尉， 韓亞雄

(中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院， 天津 300300)

航空公司作為民航體系中重要的組成部分，不僅承擔(dān)著乘客出行安全責(zé)任，同時影響著整個民航體系運作的安全，做好航空公司的航班運行風(fēng)險研究是保證航空公司運行安全的重要工作。在安全風(fēng)險管理工作中確定風(fēng)險評價值是開展風(fēng)險控制工作的重點[1]。因此，航空公司在開展航班運行風(fēng)險研究時要客觀、全面、科學(xué)地進行風(fēng)險指標識別，找出風(fēng)險影響因素，運用科學(xué)方法對指標進行評估，再針對評估結(jié)果采取對應(yīng)的措施，使風(fēng)險降至最低，從而保證航空公司安全運行。

關(guān)于航空公司運行安全方面研究頗多。目前，外國學(xué)者主要根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計方法，對歷史事件進行數(shù)理統(tǒng)計，評估航空公司運行安全。中國學(xué)者在航空公司運行安全研究方面主要運用證據(jù)理論評價、層次分析法等。丁松濱等[2]在研究航空公司安全風(fēng)險時為解決其中的不確定性問題，引入了證據(jù)理論；石榮等[3]采用變權(quán)綜合法對民航風(fēng)險影響因素進行評價，從而計算系統(tǒng)的風(fēng)險評價值；金燦燦等[4]

表1 航班運行風(fēng)險評價指標體系

采用熵權(quán)和層次分析法確定指標權(quán)重后，運用貝葉斯置信網(wǎng)絡(luò)方法對航空公司安全風(fēng)險進行綜合評估；唐衛(wèi)貞[5]根據(jù)航空公司風(fēng)險評價的物元可拓性，建立了風(fēng)險評價的多級物元模型；谷倩倩等[6]考慮到飛行安全風(fēng)險影響因素的不確定性，將灰色理論與賦權(quán)法相結(jié)合對飛行安全風(fēng)險進行定量評估。

前人研究可實現(xiàn)定性分析與定量分析有效結(jié)合，領(lǐng)域適用性較強，然而對于具有多因素且關(guān)系復(fù)雜的系統(tǒng)而言，計算繁雜，工作量較大，具有一定的局限性。針對此問題，可利用復(fù)雜系統(tǒng)分析方法確定系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，同時利用Choquet Integral的模糊測度消除指標間模糊不清的關(guān)系，實現(xiàn)對系統(tǒng)風(fēng)險的評價。為此，擬通過決策試行與評價實驗室(decision making trial and evaluation laboratory, DEMATEL)法對航空公司航班運行風(fēng)險因素間的相互影響進行研究，確定因素因果屬性并找出關(guān)鍵因素實現(xiàn)風(fēng)險因素指標優(yōu)化，最后利用Choquet 積分構(gòu)建風(fēng)險評價模型對航班運行風(fēng)險進行綜合評價，以期為航空公司安全管理決策提供理論支持。

1 航空運行風(fēng)險評價指標體系建立

通過對航空公司航班運行風(fēng)險因素的識別，建立航班運行風(fēng)險評價體系相關(guān)指標。由于航空公司航班運行風(fēng)險的復(fù)雜性與多樣性，對運行安全風(fēng)險因素的識別，可以采用安全系統(tǒng)工程的方法來進行分析。以安全管理中的人、物、環(huán)境、管理為對象，參考2007—2015年航空安全報告數(shù)據(jù)[7]，結(jié)合中國民航局已施行的民用航空公司安全評估指標體系和安全審計體系[8-9]中的指標進行整合，在遵循指標體系建立的全面性、科學(xué)性、合理性和適用性的原則下，構(gòu)建航空公司航班運行風(fēng)險評價指標體系，如表1所示。

2 基于DEMATEL-Choquet積分的風(fēng)險評價模型

2.1 基于DEMATEL的關(guān)鍵風(fēng)險因素辨識

DEMATEL法是一種運用圖論與矩陣論原理進行系統(tǒng)要素分析的方法[10]。通過分析評價指標體系中各個指標之間的邏輯關(guān)系，計算得到指標之間影響關(guān)系的綜合矩陣，確定各指標的因果屬性及其排序，最后找出航班運行風(fēng)險關(guān)鍵指標，從而實現(xiàn)對航空公司航班運行風(fēng)險的有效評價。利用DEMATEL方法進行關(guān)鍵因素辨識的步驟如下。

(1)設(shè)指標層因素為Ri(i=1,2,…,20)，準則層因素為Si(i=1,2,3,4)，且Ri,Si∈X，X為風(fēng)險因素集合。所研究的因素如表1所示。

(2)專家參照表2的風(fēng)險因素強弱評價標度，根據(jù)指標之間是否存在關(guān)系以及關(guān)聯(lián)程度的強弱對風(fēng)險因素進行打分，構(gòu)建系統(tǒng)因素的直接影響矩陣T為

(1)

由于兩因素間影響程度不等，因此，一般情況為tij≠tji；當i=j時，取tij=0。

表2 風(fēng)險因素強弱評價標度

(3)計算規(guī)范化直接影響矩陣H，H=[hij]n×n，其中，hij表示為風(fēng)險因素ti對風(fēng)險因素tj規(guī)范化后的影響程度，H的計算公式為

(2)

(4)計算綜合影響矩陣B，B=[bij]n×n，其中，bij為風(fēng)險因素ti對風(fēng)險因素tj直接與間接影響的疊加，B的作用是確定每一個指標相對于評價體系中最高水平的指標的最后影響，即

(3)

式(3)中：I為單位矩陣。

(5)計算各指標中心度(mi)與原因度(ni)。中心度是影響度(fi)和被影響度(ei)的和，原因度是影響度(fi)和被影響度(ei)的差，影響度fi為綜合影響矩陣B(B=[bij]n×n)中元素行相加之和，被影響度(ei)是綜合影響矩陣中元素列相加之和。

(4)

(5)

若原因度(ni)為正，則該指標影響或?qū)е缕渌笜说陌l(fā)生，稱為原因因素；若(ni)為負，則該指標被其他指標所影響，稱為結(jié)果因素。而中心度(mi)越大，表示指標對指標體系的影響程度高，反之亦然。

2.2 基于Choquet積分的航班運行風(fēng)險評價建模

Choquet積分法是日本學(xué)者Sugeno將約束條件較弱的單調(diào)性取代了經(jīng)典概率中的可加性條件，目的是解決指標間存在關(guān)聯(lián)但不具備可加性的多屬性決策問題，所提出的模糊測度的概念[11-12]?；谀：郎y度理論，Choquet積分可常用作基數(shù)信息的集結(jié)算子[13-14]。

航空公司航班運行風(fēng)險是一個綜合性風(fēng)險，且風(fēng)險之間具有關(guān)聯(lián)性，運用Choquet積分計算，可消除風(fēng)險之間的關(guān)聯(lián)性，從而得出綜合風(fēng)險值。

(6)

(7)

(5)對風(fēng)險值進行由小到大排序，使得R′1,R′2,…,R′n對應(yīng)的風(fēng)險值滿足z′1≤z′2≤…≤z′n。

(6)假設(shè)風(fēng)險因素集為R=(R1,R2,…,Rn)，μ為P(R)冪集到[0,1]上的函數(shù)，滿足條件μ(?)=0，μ(R)=1；具有連續(xù)單調(diào)性，存在集合A與B，當?A,B∈P，有A?B，則μ(A)≤μ(B)，可將μ為定義在P(R)上的λ模糊測度。

若?A,B∈P，A∩B=?且滿足式(8)，μ為R上的可加測度[16]，其表達式為

μ(A∪B)=μ(A)+μ(B)+λμ(A)μ(B)

(8)

結(jié)合DEMATEL方法求得的中心度與原因度計算模糊測度，由于影響因素存在相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，影響因素集為R=(R1,R2,…,Rn)，P(R)為R的冪集，μ為定義在P(R)上的模糊測度，則影響因素Ri的重要性指數(shù)定義為[16]

(9)

式(9)中：n、k分別為集合R和Q的基數(shù)；υi表示影響因素在整個集合中的權(quán)重，且滿足0≤vi≤1與v1+v2+…+vn=1。

假設(shè)影響因素集R的重要性指數(shù)權(quán)重為wi[17-18]，如式(10)所示：

(10)

模糊測度μ的定義為

(11)

(12)

(7)可通過Choquet積分進行集結(jié)計算綜合風(fēng)險Ze，設(shè)Z為定義在R上的非負實值函數(shù)，μ為定義在R上的模糊測度，Ri={r1,r2,ri,…,rn}表示函數(shù)Z在非空集合R上的一個置換，使得Z(r1)≤Z(r2)≤…≤Z(rn)，則函數(shù)Z關(guān)于μ的離散Choquet積分集合CIμ計算可表示為

(13)

(14)

3 實例分析

3.1 模型應(yīng)用

以中國某航空公司為例，采用專家評議法對該航空公司航班運行風(fēng)險指標體系進行評定(包括一級指標與二級指標)。以專家評議結(jié)果為基礎(chǔ)，建立直接影響矩陣，并利用式(2)將其進行標準化處理，接著利用式(3)計算綜合影響矩陣B。最后利用式(4)、式(5)計算得到各風(fēng)險指標的中心度與原因度，如表3所示。

根據(jù)表3可知，經(jīng)過專家評議后可保留中心度排名前13的風(fēng)險指標有：機組專業(yè)技能水平較低、機組協(xié)調(diào)決斷失誤、飛行系統(tǒng)運行異常、飛機維修維護不達標、飛行期間天氣惡劣、航路結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、空管指揮失效、機場環(huán)境危險、通信導(dǎo)航與監(jiān)視設(shè)備工作故障、人員技術(shù)培訓(xùn)不足、安全方針的制定與實施不完善、監(jiān)管部門監(jiān)管不力、應(yīng)急管理不達標，從而實現(xiàn)對評價指標的精簡。根據(jù)專家權(quán)重w=(0.4,0.3,0.3)與指標對應(yīng)的風(fēng)險向量與風(fēng)險概率代入式(6)、式(7)得到對應(yīng)的風(fēng)險值以及排名如表4所示。

根據(jù)重新排序后的影響因素根據(jù)上述式(10)、式(12)計算模糊測度向量為

μG=(1,0.984,0.904,0.867,0.763,0.720,0.596,0.547,0.507,0.292,0.189,0.068)

(15)

3位專家評議w=(0.4,0.3,0.3)的模糊測度如表5所示。最后代入式(14)可計算出該航空公司的航班運行風(fēng)險值為0.964。

3.2 結(jié)果分析

以中國某航空公司為例，先運用DEMATEL方法得到風(fēng)險指標的中心度和原因度。由表3，從二級指標得知，原因?qū)傩缘闹笜擞校簷C組專業(yè)技能水平較低(R2)、機組責(zé)任感不強(R4)、機組安全意識與態(tài)度不足(R5)、飛行期間天氣惡劣情況(R11)、航路結(jié)構(gòu)復(fù)雜度(R12)、空管指揮失效情況(R13)、機場環(huán)境危險(R14)、通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備工作情況(R15)、人員技術(shù)培訓(xùn)不足(R16)、安全方針的制定與實施情況(R17)、監(jiān)管部門監(jiān)管不力(R18)、應(yīng)急管理培訓(xùn)不達標(R20)。這些指標屬于致因因素，會導(dǎo)致結(jié)果屬性的因素發(fā)生。

表3 指標的分析結(jié)果Table 3 Analysis results of indicators

表4 指標的風(fēng)險值及排名

結(jié)果屬性的指標有：機組違規(guī)操作(R1)、機組協(xié)調(diào)決斷失誤(R3)、機組心理素質(zhì)較差(R6)、空中停車情況(R7)、飛行系統(tǒng)運行異常情況(R8)、飛機維修維護不達標(R9)、機務(wù)維修失誤(R10)、簽派決策失誤(R19)。從一級指標得知，環(huán)境因素屬于原因?qū)傩?，且對?yīng)二級指標普遍排名較高，中心度較高，可見對其他因素起著決定性的作用，也是導(dǎo)致航空公司航班運行風(fēng)險的最主要原因。機組因素屬于結(jié)果屬性，且中心度最高，可知當環(huán)境類因素對機組因素影響最大。

經(jīng)過篩選后的13個指標，利用Choquet積分進行指標體系的風(fēng)險評價，由表4可知，管理因素的直接引起的風(fēng)險值較小，而機組人員面對突發(fā)情況做出錯誤決斷時所導(dǎo)致的風(fēng)險損失是最大的，而突發(fā)情況的產(chǎn)生一般是由于飛機設(shè)備故障、危險天氣等因素所引起的。由表5的模糊測度評估得到的風(fēng)險值表明，該航空公司航班運行風(fēng)險較低，與實際情況相吻合。綜上，航空公司管理者與風(fēng)險管理團隊，加強培養(yǎng)針對不同環(huán)境情況的機組飛行專業(yè)技能、應(yīng)急決斷能力等，同時做好日常風(fēng)險管理工作，從根源上消除危險因素，以提升航空公司運行安全水平。

表5 指標的模糊測度

4 結(jié)論

(1)運用復(fù)雜系統(tǒng)因素分析的DEMATEL方法對航空公司航班運行風(fēng)險因素進行分析，得知環(huán)境因素主要影響航班運行風(fēng)險，以及各影響因素的重要程度，明確關(guān)鍵指標，達到進一步優(yōu)化指標的效果。

(2)通過Choquet積分算子對精簡后的關(guān)鍵影響因素進行計算，能夠消除由于指標相互影響的關(guān)聯(lián)方式帶來的評價結(jié)果失真問題，可知機組人員對突發(fā)事件處理成功與否直接影響風(fēng)險的大小，最后計算得到該航空公司航班運行風(fēng)險較低。

(3)整個評價指標體系風(fēng)險中需要較高專家評議過程復(fù)雜且計算量較大，仍需進一步研究。在計算綜合評價值后還應(yīng)針對航空公司實際安全管理情況，設(shè)置相應(yīng)的風(fēng)險參考區(qū)間。