岳仁田，高 靜

（中國民航大學空中交通管理學院，天津 300300）

隨著中國空中交通量的快速增長，不安全事件發(fā)生數(shù)量也在增長，促使管理方式逐步轉(zhuǎn)向事前的預測預防。建立科學的空管運行系統(tǒng)風險評估指標體系，并采取有效的方法對空管運行系統(tǒng)進行風險評估尤為重要。

國內(nèi)外對空管運行系統(tǒng)風險評估的研究日漸豐富：Pasquini 等[1]構(gòu)建了全面考慮空管運行環(huán)境的安全評估體系，并開發(fā)了一種綜合方法來評估空管運行環(huán)境；Peter[2]應用系統(tǒng)的、結(jié)構(gòu)化的綜合方法評估空管系統(tǒng)的安全風險；張曉全等[3]運用SHELL（software，hardware，environment，liveware）模型識別空管風險因素集，并使用灰色關聯(lián)分析對系統(tǒng)進行了定量評價；張兆寧等[4]通過分析危險天氣下管制系統(tǒng)運行過程，建立了基于信息熵的管制運行風險評估模型；趙嶷飛等[5]從“人—機—環(huán)—管”4 個方面構(gòu)建了空管運行系統(tǒng)評價指標體系，并運用集對分析方法評價了管制單位風險程度。國內(nèi)外學者構(gòu)建的空管風險評估指標體系考慮了系統(tǒng)的各個方面，具有較高的借鑒和參考意義，但考慮各指標間的相互影響和相互關系的研究較少，而壓力-狀態(tài)-響應（PSR，pressure-state-response）模型以“發(fā)生了什么，為什么發(fā)生，應該如何做”表征風險評估指標之間的聯(lián)系[6]，已經(jīng)在道路交通[7]、電網(wǎng)[8]等領域得到了一定應用。

基于以上分析，運用PSR 模型從“產(chǎn)生風險的壓力因素，壓力作用下系統(tǒng)內(nèi)各部分狀態(tài)，為使系統(tǒng)更好發(fā)展做出的努力”3 個方面出發(fā)，闡述空管運行系統(tǒng)風險的產(chǎn)生和發(fā)展過程，構(gòu)建風險評估指標體系并進行評估，可為空管運行系統(tǒng)的安全管理提供技術(shù)支持。

1 基于PSR 模型的風險評估指標體系構(gòu)建

由于空管運行系統(tǒng)具有復雜性，要實現(xiàn)合理、準確的評估，必須建立完備且科學的指標體系。

PSR 模型最初應用在環(huán)境問題指標體系的構(gòu)建中，突出了環(huán)境受到的壓力和其發(fā)生退化之間的因果關系，從壓力、狀態(tài)、響應3 個方面綜合、深入地分析了從問題發(fā)生到對策措施制定的全過程。

在分析空管運行系統(tǒng)不安全事件，參考相關文獻[3-5]和民航空管運行單位實施安全管理體系（SMS，safety management system）建設指導手冊的基礎上分析管制運行過程，采用PSR 模型[6-8]劃分并構(gòu)建空管運行系統(tǒng)風險評估指標體系，其模型的邏輯思維關系如圖1所示，以此將指標體系分為壓力指標P、狀態(tài)指標S 和響應指標R 3 類。

圖1 PSR 模型邏輯思維圖Fig.1 Logical diagram of PSR model

1.1 壓力指標

壓力指標表征空管運行系統(tǒng)中存在的擾動，能夠描述系統(tǒng)在運行過程中可能誘發(fā)不安全事件的風險因素。壓力指標可著重從交通量和外部環(huán)境兩方面來分析，包含以下5 個指標。

1）航班保障架次增長情況P1

該指標反映空管運行系統(tǒng)航班保障量較上月（上一時期）同期航班保障量的增長情況，可用來衡量空管運行系統(tǒng)壓力增長情況。

2）人均航班保障量情況P2

該指標反映空管運行系統(tǒng)平均航班保障量的工作壓力，從“人機比”維度，即管制員人均航班保障量來反映了工作量，保障量增加時，管制工作保障壓力也會增加。

3）空域環(huán)境復雜程度P3

復雜的空域環(huán)境會給管制員指揮航空器增加難度，會使非常規(guī)情況下的指揮難度和風險大大增加。

4）惡劣天氣狀況P4

不可控且影響范圍較大的惡劣天氣往往給管制員的指揮增加難度，成為管制員巨大的壓力源之一。惡劣天氣包括雷暴、低空風切變、大霧等。

5）薪酬影響程度P5

薪酬水平會影響管制員的工作積極性，過低的薪酬待遇往往成為管制員的壓力源之一。

1.2 狀態(tài)指標

狀態(tài)指標表征空管運行系統(tǒng)的運行狀態(tài)，可從以下5 個方面進行分析。

1）管制技能熟練程度S1

熟練的管制技能有助于管制員在各種不利情況下及時做出正確的決策，此項指標是管制員工作狀態(tài)的重要體現(xiàn)。

2）管制員錯、忘、漏情況S2

在大流量和復雜的空域環(huán)境條件下，管制員易出現(xiàn)疲勞狀態(tài)，使得“錯、忘、漏”等差錯的發(fā)生概率增大，反映了管制員在壓力情況下呈現(xiàn)的狀態(tài)。

3）規(guī)章違反情況S3

在管制工作中，管制員在壓力因素作用下易出現(xiàn)違反規(guī)章的情況，該指標反映管制員的規(guī)章遵守情況。

4）班組勝任程度S4

班組是整個空管系統(tǒng)中最小的組織結(jié)構(gòu)單元，班組運行狀態(tài)直接影響空管運行系統(tǒng)的安全性，班組勝任程度從一個側(cè)面反映了空管運行系統(tǒng)的狀態(tài)情況。

5）空中交通流狀態(tài)S5

空中交通流在時間和空間上的不均衡程度從一個側(cè)面反映了空管運行系統(tǒng)的狀態(tài)。

1.3 響應指標

響應指標是指管制單位為提高空管運行系統(tǒng)的安全和效率，減小不安全事件出現(xiàn)概率，提高系統(tǒng)狀態(tài)采取的應對措施，包含以下5 種情況。

1）定期安全培訓情況R1

定期進行安全培訓與考核提升管制技能，例如模擬大流量和空域限制等情景練習，可以最大限度地預防、控制和降低各種突發(fā)事件對系統(tǒng)造成的傷害。

2）空域資源優(yōu)化配置情況R2

對現(xiàn)階段的空域情況進行綜合分析，并對其進行優(yōu)化配置。合理劃分空域資源可以提升飛行安全性，減少壓力因素對狀態(tài)帶來的影響。

3）流量管理措施情況R3

預先對交通流進行合理管理，在應對惡劣天氣、軍航活動和突發(fā)事件時使用適當?shù)牧髁抗芾泶胧?，可減少不安全事件發(fā)生的可能性。

4）應急預案完備情況R4

完備的應急預案可以控制、減輕或消除突發(fā)事件引起的嚴重危害，能使空管運行系統(tǒng)應對壓力因素更加有效。

5）班組建設管理情況R5

班組建設涉及多方面因素，可反映空管運行系統(tǒng)在班組管理中存在的問題。從班組建設管理角度減小壓力帶來的影響，可使系統(tǒng)狀態(tài)變得更加穩(wěn)定。

根據(jù)以上分析，建立了基于PSR 模型的空管運行系統(tǒng)風險評估指標體系，如圖2所示，涉及的各影響指標之間發(fā)生交互作用，處在一個動態(tài)平衡之中。運用PSR 模型進行整個系統(tǒng)的全方面分析，著重從空管運行系統(tǒng)的風險因素、系統(tǒng)運行狀態(tài)、管理規(guī)章制定和應急等方面評估空管系統(tǒng)安全，并不只是針對其中的某一環(huán)節(jié)。

圖2 基于PSR 模型的空管運行系統(tǒng)風險評估指標體系Fig.2 Risk assessment index system of ATC operation system based on PSR model

2 基于信息熵-未確知測度的評估過程

未確知測度理論可以充分考慮系統(tǒng)的不確定性，減小指標體系的不確定性帶來的影響，并且可以進行定量分析，獲得較為準確的評估結(jié)果，目前已經(jīng)成功應用在多個領域的風險評估工作中[9-11]。

假設評估對象有n 個，即指標空間X={x1，x2，…，xn}，每個評估對象有m 個評估指標，即評估指標空間I={I1，I2，…，Im}，則評估對象xi風險評估指標測量值可表示為m 維向量Zi=（xi1，xi2，…，xim）。對于xij有p個評估等級，記評估等級空間U={C1，C2，…，Cp}，其中Ck表示第k 個評估等級。設k 級比k+1 級強，即Ck＞Ck+1，則稱{C1，C2，…，Cp}為評估等級空間U 上的一個有序分割類[12]。

2.1 單指標未確知測度

假設uijk=u（xij∈Ck）（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；k=1，2，…，p）表示測量值xij屬于第k 個評估等級Ck的程度，且要求u 滿足“非負有界性”“歸一性”和“可加性”，即

稱u 為未確知測度，簡稱測度[9-11]，則評估對象xi單指標測度評估矩陣為

在構(gòu)建單指標測度評估矩陣時，首先構(gòu)建單指標測度函數(shù)。在較多的構(gòu)建方法中，直線型未確知測度函數(shù)應用最廣泛、最簡易，故采用直線型未確知測度函數(shù)。

2.2 信息熵法確定權(quán)重系數(shù)

權(quán)重確定方法的客觀與否影響到評價結(jié)果的準確性，采用信息熵的方法確定各項指標權(quán)重可以減少主觀因素帶來的影響。

設wij表示評估指標Ij（j=1，2，…，m）相對于其他指標的重要程度，且wij還需滿足：0≤wij≤1，則稱wij為指標Ij的權(quán)重[9]。權(quán)重的計算如下

式中

2.3 多指標綜合測度

2.4 置信度識別準則

已知C1＞C2＞…＞Cp，采用置信度識別準則，設置信度λ（0.5≤λ≤1），且令

此外，若未確知測度uik滿足：0≤uik≤1，

則認為評估樣本xi屬于級別Ck0。

2.5 空管運行系統(tǒng)風險評估流程

根據(jù)提出的評估方法步驟繪制出空管運行系統(tǒng)風險評估流程，如圖3所示。

圖3 空管運行系統(tǒng)風險評估流程圖Fig.3 Flowchart for risk assessment of ATC operation system

2.6 評估指標分級

為有效評估空管運行系統(tǒng)風險等級，在參考文獻[12]的基礎上，將評估空間分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅵ，Ⅴ5 個等級，其中：評分>90 為Ⅰ級，81～90 為Ⅱ級，71～80 為Ⅲ級，61～70 為Ⅵ級，≤60 為Ⅴ級。5 個風險等級分別對應風險性低、風險性較低、風險性中等、風險性較高、風險性高5 個級別，即整體評估等級空間U={C1，C2，C3，C4，C5}，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

3 實例評估及分析

選取某空管單位作為評估對象，向該單位經(jīng)驗豐富的管制員發(fā)放45 份問卷，回收40 份，通過對問卷進行數(shù)據(jù)分析獲得了指標統(tǒng)計值，對應的具體數(shù)值如表2所示。

表2 空管運行系統(tǒng)風險評估指標值Tab.2 Risk assessment index value of ATC operation system

3.1 單指標測度函數(shù)構(gòu)建

根據(jù)式（4）有關單指標測度函數(shù)的定義和表1中有關各指標評判標準，構(gòu)建空管運行系統(tǒng)風險評估的各指標測度函數(shù)，進而求得各指標的測度值。具體指標測度函數(shù)曲線如圖4所示。

圖4 單指標測度函數(shù)曲線Fig.4 The curve of single-index measurement function

3.2 單指標測度評估矩陣計算

由表2的指標統(tǒng)計值和式（4）單指標測度函數(shù)求得單指標測度評估矩陣

3.3 指標權(quán)重確定

根據(jù)信息熵法的思路，由式（5）、式（6）和式（9）中的數(shù)據(jù)計算各指標的權(quán)重為

3.4 多指標綜合測度評估向量計算

根據(jù)單指標未確知測度矩陣和各評估指標計算得出的權(quán)重，由式（7）得到該空管運行系統(tǒng)風險評估的多指標綜合測度評估向量

u1×5=（0，0.152，0.369，0.356，0.128）

3.5 置信度識別

根據(jù)置信度取值范圍，取置信度λ=0.5，在已得到的多指標綜合測度評估向量基礎上，由式（8）計算當p0=3 時，從小到大有0.152+0.369=0.521＞0.5，即該空管單位運行系統(tǒng)風險等級為Ⅲ級；從大到小，0.128+0.356+0.369=0.853＞0.5 評估等級也為Ⅲ級。由此可見，從兩方面對管制單位評估結(jié)果一致，由此可判定該管制單位的風險等級為Ⅲ級。

3.6 結(jié)果分析

根據(jù)置信度識別結(jié)果，該管制單位的風險評估等級為Ⅲ級，即風險性中等，可預防接受，需針對性處理。

通過分析式（9）得到，航班保障架次增長情況、惡劣天氣狀況和薪酬影響程度風險等級較高，對空管運行系統(tǒng)造成壓力。該單位管制的空域環(huán)境復雜，空域限制多，交通流量大，人均航班保障量多，管制員和空中交通流在壓力作用下呈現(xiàn)緊張狀態(tài)。該單位定期安全培訓、應急預案完備情況和班組建設管理等響應工作對于增強管制員技能熟練程度，減少管制員錯、忘、漏和改善班組勝任程度產(chǎn)生作用，一定程度上降低了人員因素對系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，但對于規(guī)章違反情況作用力度相對較小，后續(xù)工作中應加強規(guī)章制度建設。此外空域資源優(yōu)化配置和流量管理措施的完備性仍有待改進和加強。

該單位近年來發(fā)生不安全事件屬于可控范圍，評估結(jié)果與管制單位實際情況相符，驗證了該方法的有效性和可行性。

4 結(jié)語

基于PSR 模型從壓力、狀態(tài)、響應3 個角度構(gòu)建風險評估指標體系，應用信息熵法和未確知測度理論相結(jié)合評估空管運行系統(tǒng)風險等級。實例表明，PSR模型和未確知測度可用于空管運行系統(tǒng)的風險評估，且評估結(jié)果與實際情況吻合度較高。影響因素的分析有助于空管單位及時采取應對措施，進一步保障空管運行系統(tǒng)的安全。下一步可針對特定類型的管制單位調(diào)整指標，構(gòu)建適用于特定管制類型的評估指標體系，還可以嘗試應用于空管運行系統(tǒng)亞健康評估。