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1、航空公司飞行安全综合评估方法研究 丁松滨 谷倩倩 南京航空航天大学民航学院 摘 要： 人的因素是影响飞行安全的关键因素, 并且各决策因素具有难以度量的不确定性。以机组人为因素为主要研究对象, 利用 SHELL 模型建立飞行安全评估指标体系, 并利用 AHP 方法计算评估指标体系中各个指标的权重;运用物元理论建立评估模型并利用该模型进行飞行安全综合评估, 找出影响飞行安全的主要指标;通过实例验证所用方法的可行性、有效性。结果表明:所用方法可行、有效, 能够最大限度地解决评估过程中的不确定性, 可为航空公司进行飞行安全管理提供一个可行的方法。关键词： 航空运输; 飞行安全; SHELL 模型; 物
2、元理论; 综合评估; 作者简介：谷倩倩, (1991-) , 女, 硕士研究生。主要研究方向:飞行系统安全与人为因素、飞行性能工程。作者简介：丁松滨 (1964-) , 男, 博士, 教授。主要研究方向:飞行系统安全与人为因素、飞行性能工程。收稿日期：2017-07-11Research on Comprehensive Evaluation Method of Airline Flight SafetyDing Songbin Gu Qianqian College of Civil Aviation, Nanjing University of Aeronautics and Astro
3、nautics; Abstract： Human factors are the key factors which affect flight safety, and the factors of decision-making possess are of the characteristic of uncertainty, and difficult to measure.The human factors of the aircrew are the main research object.The flight safety evaluation index system is es
4、tablished by the SHELL model, and the weights of the related index in the evaluation index system are calculated by AHP method.The evaluation model is established by the matter-element theory, which is used to evaluate the flight safety and find out the main indexes that affect flight safety.The rat
5、ionality and feasibility of this method are validated from the application.The results show that the method is feasible and effective, and can solve the uncertainty in the evaluation process to the maximum extent, which can provide a feasible method for airline flight safety management.Keyword： air
6、transportation; flight safety; SHELL model; matter-element theory; comprehensive evaluation; Received： 2017-07-110 引言随着我国民航业的高速发展, 飞机已成为人们生活中必不可少的一种交通工具。人们对其安全性也越来越关注, 飞行的安全性不仅与旅客的人身及财产安全直接相关, 还对航空公司的声誉、经济效益乃至生存产生重大的影响。因此, 开展飞行安全分析评估的主要目的是确定飞行安全的安全等级, 提前发现飞行安全系统中存在的薄弱环节, 找出影响安全的危险因素, 以便于有针对性地采取纠正不安全
7、行为的措施, 从而降低飞行事故及飞行事故征候的发生率, 提高安全管理水平。目前, 国内外学者对如何提高飞行安全的管理水平, 做了大量的研究。国外学者主要采用事件树1-3、故障率4等方法以及通过分析飞机飞行时的飞行包线5、飞机尾流间隔6等开展飞行安全研究。国内学者主要是通过确定评价指标, 选取灰色系统理论7-8、特尔菲法9、效用理论10、相关向量机11、改进的层次分析法12等不同的方法开展飞行安全评估研究。然而, 由于事故的发生率越来越低, 导致样本数据减少, 限制了依赖数据统计理论方法的使用。从我国学者开展飞行安全研究的成果中可以看出:问题主要体现在评价方法的选择上, 并且从现有的评价方法来看
8、存在的主要问题是没有能够很好地解决各影响因素之间的不确定性问题以及缺少对关键影响因素的确定与分析。从世界航空安全历史发展趋势来看, 飞行事故万时率总体呈下降趋势, 早期下降明显, 后期下降缓慢。其中人的因素导致的事故减少与机械因素导致的事故减少并不同步, 人的因素导致的事故下降要缓慢的多13。本文采用以机组人为因素为中心的 SHELL 模型, 建立飞行安全评估指标体系, 并借鉴飞行安全评估具有物元可拓性的思想, 构建飞行安全物元理论评估模型, 以改进现有评估方法的不足, 最后通过实例验证分析所用方法的可行性和有效性。1 基于 SHELL 模型的飞行安全评估指标体系的构建1.1 SHELL 模型
9、SHELL 模型是由 Elwyn Edwards 在 1972 年提出的描述飞行中人的因素的概念模型, 它由软件 (S) 、硬件 (H) 、环境 (E) 、人员 (L) 四部分组成14。在该模型中, “人员”处于模型的中心, 其他要素围绕在它的周围。通过该模型可以分析以人为中心构成界面的四个要素之间的相互关系。1.2 飞行安全评估指标体系的构建通过分析总结 ASN (中国民用航空安全信息系统) 网站15提供的飞行事故数据库中的事故描述属性, 从飞行事故数据库中筛选影响飞行安全的主要因素。经过不完全统计与分类暂且将影响因素界定在 SHELL 模型的 4 个界面上以及机组人员自身因素上, 建立飞行
10、安全评估指标体系, 如图 1 所示。(1) 人-人因素:主要是指飞行人员和机组其他成员, 以及和 ATC、签派员等其他人员之间的信息交流与配合度, 若飞行员和其他人员之间的信息交流出现偏离、误解, 就会为最终差错埋下伏笔。(2) 人-环境因素:主要是指气压、温度、噪声、复杂天气等, 都会增加飞行人员犯错的机率。(3) 人-硬件因素:主要是指机载设备显控界面设计和使用理念与人的生理认知特点不符, 或者对意外情况缺乏考虑等, 致使机组人员的差错很容易产生。(4) 人-软件因素:主要是指软件设计的不合理性、信息显示的不恰当性或对信息的误解、误用等, 都会诱发飞行员产生错误。(5) 机组自身因素:主要
11、是指由于机组人员自身的性格心理、生理、技能水平等因素诱使飞行人员产生错误。图 1 飞行安全评估指标体系 Fig.1 Flight safety assessment index system 下载原图2 物元理论物元理论的研究对象主要是一些多层次、多目标的复杂不相容问题, 即通过系统物元变换处理系统中存在的不相容问题。用物元理论研究问题的核心是通过建立关联函数进行计算, 从而从定性和定量两个角度来表示事物具有某种性质的程度16。将物元理论应用于飞行安全评估研究, 不仅计算工作量小和计算过程简单, 并且能够将评价对象的质与量结合起来进行综合评价。2.1 物元的基本概念给定研究对象的事物名称 N,
12、 其中事物 N 的特征 U 用 X 来度量。因此以 R= (N, U, X) 有序三元组来描述事物 N 的元, 简称物元。若事物 N 的特性体现在多个方面, 即以 U1, U2, U3, , Um个特征的度量值 X1, X2, X3, , Xm来描述事物N 的特性, 则称 R 为 m 维物元, 用矩阵的形式表示为2.2 单指标评价在飞行安全评估指标体系中, U=U i为评价指标集合, 其中 Ui (i=1, 2, , m) 为影响因素层, U i=uij, uij (i=1, 2, , m;j=1, 2, , n) 为指标层。(1) 经典域与节域的确定经典域是指评估指标关于各个评价等级的量值范
13、围, 用矩阵的形式表示为式中:U if表示当一级影响因素的评价等级为第 f 级时, 二级指标 uin的经典域为aifn, bifn。节域是指评估指标关于所有评价等级所规定的量值范围, 用矩阵的形式表示为式中:U ip为一级影响因素的所有评价等级, p=1, 2, , f;a ipn, bipn为二级指标 uin关于所有评价等级所规定的取值范围。(2) 确定待评物元待评物元是指评估指标通过物元分析得到的具体数据, 用矩阵的形式表示为式中:U i为评估指标体系中相应的一级影响因素;Y in为一影响因素 Ui下的二级指标 uin的具体物元量值。(3) 关联度关联度的大小表征了评估指标隶属于某一评价等
14、级的程度。单指标关联度:一级影响因素 Ui中第 j 项二级指标的安全等级为第 f 级时的关联度为其中2.3 综合评估(1) 一级影响因素对各安全等级的关联度当一级影响因素 Ui (例如人-人因素) 的安全等级为第 f 级时的关联度为(2) 综合关联度计算待评事物 N (航空公司飞行安全) 当飞行安全等级为第 f 级时的关联度为(3) 安全等级评定由上文得到的航空公司飞行安全对各安全等级的关联度数值, 根据最大隶属度原则可知, 整体航空公司飞行安全的安全等级, 即3 实例验证为了验证此方法的可行性和有效性, 以国内某航空公司飞行安全的实际情况为例进行说明。在确定出评估指标体系权重的基础上, 利用
15、物元理论建立模型开展飞行安全定量化评价分析, 得到航空公司飞行安全等级以及影响飞行安全的关键指标 (违规操作发生率、机组人员培训不合格率) 以便于航空公司有针对性的采取措施, 加强防范, 保证飞行安全。3.1 基于物元理论的单指标评价首先, 将评估指标的安全等级化分为很安全、安全、较安全、不安全四个等级, 针对每个评估指标的经典域有专家根据专业的知识以及经验来确定其安全等级。其次, 由 15 名民航领域的专家根据评估指标的经典域, 给出每个二级评估指标的物元值, 并取所有物元值的平均作为此二级评估指标最终的物元值。现以人-人因素下的评估指标为例进行具体的分析。(1) 评估指标的经典域(2) 评
16、估指标的节域(3) 评估指标的物元值由 (1) 、 (2) 、 (3) 确定出评估指标的经典域、节域、物元量值以后, 利用式 (5) 式 (7) 分析计算人-人因素 (U 1) 下的二级评估指标:机组配合不利程度 (u 11) 、飞行人员与管制人员的配合度 (u 12) 、违规操作发生率 (u 13) 、关键指令误用率 (u 14) 4 个评估指标对“很安全 (p 1) 、安全 (p 2) 、较安全 (p 3) 、不安全 (p 4) ”四个评估等级的关联度值, 如表 1 所示, 且从表中的数据可知, 飞行人员与管制员的配合度 (u 12) 与关键指令误用率 (u 14) 这两个评估指标是需要重点关注的指标。(4) 评估指标的关联度表 1 人-人因素指标各等级关联度 Table 1 The relevance of each level of human-human factors index 下载原表
