基于层次分析—熵权法的通用航空 运行风险评估与分析

石 英, 孟 斌, 路 娜, 马 锐

(郑州航空工业管理学院 民航学院, 郑州 450046)

摘要 ：针对国内通用航空不安全事件致因因素统计数据有限和部分指标难以量化的问题,基于层次分析—熵权法进行主客观组合赋权并得到各个风险指标权重,构建通用航空运行风险评估体系.研究结果表明,该评价方法对通用航空运行风险研究具备适用性和科学性,能够真实反映通航运行风险现状.结合研究结果,提出保障通用航空运行安全相关建议可为通用航空运行风险的分析、管理和决策提供参考.

关键词 ： 通用航空; 运行风险; 综合权重; 风险评估技术

随着低空空域的逐步开放,我国通用航空进入快速发展阶段.在确保安全的基础上,促进运输航空和通用航空“两翼齐飞”将会为我国产生巨大的社会效益和经济效益.然而相较于运输航空,我国通用航空具有任务复杂、机型多样、作业环境多变等特点,加之通用航空保障条件不足、安全监管缺乏、安全管理体系和机制不健全等造成通用航空飞行事故和事故征候高于运输航空^[1].截至2017年我国运输航空百万小时重大事故率十年滚动值为0.015,远低于世界平均水平的0.175^[2].相比之下,近几年通用航空不安全事件时有发生,安全形势总体严峻.伴随着我国通用航空企业数量和飞行小时数的高速增长,未来通用航空运行风险在数量和复杂度上会呈几何式增长.因此,开展通用航空运行风险研究对提高通用航空飞行安全水平具有重要意义.

重配置指的是时期与时期之间进行的委员会成员的更新迭代。由于敌手的存在，敌手可能会对诚实用户实施腐化，腐化后的用户被敌手完全控制。为了防止敌手控制的用户比例超过一定限制，就必须对委员会成员进行更新。混合共识中，重配置通过PoW或PoS的方法，选取新的节点对旧的委员会成员进行替换。由于委员会需要持续运作，一般只替换掉委员会中的部分成员，而不是每次重配置都全部更新。

总而言之，改进政府档案管理工作，能够建立起一个信息化的政府档案管理系统可以说是对办公室工作效率提升的一条必经之路，同时也是信息技术发展下的一个必然要求。虽然现在政府的档案管理工作已经逐步向着信息化迈进，也有了一定程度上的进步，但是我们现在的政府档案管理工作中还存在着许多的弊端，管理的信息化水平有待提高，因此我们需要积极加强政府档案信息化建设，确保政府管理档案工作效率的进一步提升。

近年来,通用航空安全管理问题研究成为热点.师梦^[3]针对通用航空生产运行进行风险源的识别、分析和评价,建立相应的安全管理体系;邱红平^[4]对通用航空的航空器、运行环境、从业人员素养等主要运行要素进行定性分析,并提出相应改善措施;张粉婷^[5]对通用航空运行的危险源进行识别,建立危险源库并分类,进行风险分析和评估;董念清^[6]从空域无法有效使用、通用机场严重不足、专业技术人员缺乏等方面探讨通用航空发展的困境并进行对策研究;薛宇敬阳等^[7]对通用航空飞行事故中的不安全动作作用路径进行统计分析,认为通用航空从业人员的不安全动作对飞行事故有直接作用,组织内的间接原因是不安全动作路径关键影响因素.

现有针对通用航空运行风险的研究多借用运输航空风险管理的模式,但两者在任务类型及运行特点上存在较大区别,直接套用运输航空风险管理体系容易在危险源识别、定量评估、潜在危害程度等方面造成误判.此外,现有研究多采用定性或半定量化评价运行风险,评价体系往往针对通用航空运行的某一方面展开,指标体系不够健全.从系统工程学角度来看,通用航空不安全事件的产生是系统各要素之间相互作用的结果.随着通用航空安全管理的需求不断深入,建立全面的通用航空运行风险指标体系进行定量化评估已迫在眉睫.

由于目前国内针对通用航空不安全事件致因因素统计数据有限,导致这些数据没有典型的分布规律,难以采用常规的数理统计方法分析.本文在现有研究成果的基础上,对通用航空的运行风险体系进行全面构建,基于层次分析—熵权法建立通用航空的运行风险评估模型.

1 运行风险指标体系的建立

同理得二级指标权重向量分别为W ₁=(0.121,0.121,0.053,0.015,0.040);W ₂=(0.072,0.036);W ₃=(0.118,0.048,0.019);W ₄=(0.023,0.097,0.047,0.096,0.015,0.041,0.038).

（2）基本情况。一年前诊断为布病，曾服阿奇霉素分散片等药物未有好转，近日乏力，发汗，关节游走性疼痛，故来我诊所就诊，查平板凝集检查PAT0.1+++，试管凝集实验SAT1：200++，肝肾彩超检查正常，诊断慢性布病。

2 运行风险评估的理论基础

层次分析法(AHP)是一种将定性和定量分析相结合的系统分析综合决策方法,适用于复杂的多目标决策问题,主要思想是将评价体系的各层次结构的指标要素进行相对的重要性排序和定性预定量分析,通过一致性检验后得到各指标要素的权重.但层次分析法主要基于受访专家学者的经验知识的丰富程度来判定,结果往往受其主观性和偏好性等影响,不同专家学者的评价结果有时难以达成共识^[9],容易造成一定误差.熵权法是基于信息熵原理提出的一种根据指标变异性的大小来客观赋权的方法^[10],为去除各评估指标要素不同的影响,对收集的原始数据进行无量纲化和归一化处理,然后确定各个指标要素的熵权.如果所收集的原始数据存在较大的偏差效应,运用熵权法可能影响其评价效果^[9].

本文综合层次分析法和熵权法的优劣,建立基于层次分析—熵权法的通用航空运行风险评估模型,将确定的主客观权重结合,弥补单一数据挖掘方法存在的不足,最终得到相对精确、有效的评估结果^[11].

2.1 层次分析法

层次分析法主要是将同一层级间的指标体系进行两两比较,得出其重要程度.构造判断矩阵A =(a _ij )_n×n ,根据特征方程A w=λ _max计算各个指标的权重.通过归一化处理和一致性检验,得到各级指标体系权重向量W =(w ₁,w ₂,…,w _n ).

4.1 减少病原 我们实施了冬季清园试验：及时清除枣园中的落叶、落吊、落果，去除树上病枝，早春刮树皮，所有病残体都集中起来烧毁或深埋。早春树体喷5波美度石硫合剂铲除越冬菌源，与苹果树、梨树、桃树间作或周围环境有杨树、榆树、刺槐等树种的枣园，其他树木与枣树一同用药防治，减少病原菌的初侵染来源。结果表明，上述措施能够极大地降低浆烂果病的发病率。

表1 通用航空运行风险指标体系
Table 1 Indicator system of general aviation operational risk

2.2 熵权法

为尽量客观反映评价指标的重要性,本文采用乘法合成法进行组合赋权,即,则

则熵值为

H _i =-k ∑t _ij lnt _ij

同理得二级指标权重向量分别为.

则各级熵权向量

2.3 综合权重

熵权法的基本思想是根据各个待评价指标所包含信息量的多少来确定指标的客观权重.设评价维数为m ,每维的元素数量为n ,通过隶属度函数算出定量评语集,得到隶属矩阵为

3 风险评估模型的构建

3.1 基于层次分析法主观权重的计算

在通用航空运行风险指标构成体系中,评价对象因素集合为U ={U ₁,U ₂,U ₃,U ₄};U ₁={U ₅,U ₆,U ₇,U ₈,U ₉};U ₂={U ₁₀,U ₁₁};U ₃={U ₁₂,U ₁₃,U ₁₄};U ₄={U ₁₅,U ₁₆,U ₁₇,U ₁₈,U ₁₉,U ₂₀,U ₂₁}.

由专家采用“1-9”及其倒数的标度法对表1中通用航空运行风险同一层级指标体系的重要程度进行两两比较,经多位专家多轮评判和初步数据处理后,得到一级指标判断矩阵为

根据特征方程得到一级指标权重向量为W =(0.351,0.109,0.189,0.351),其中CR=0.004<0.1,通过一致性检验.

美国联邦航空管理局(FAA)曾提出采用“5M”模型识别民航安全管理中的风险,“5M”模型即分析任务(Mission)、人员(Man)、飞机设备设施(Machine)、环境(Media)和组织管理(Management)^[8].本文基于“5M”模型的框架,通过对多起通用航空不安全事件的历史数据统计和归纳,分析其致因因素和发生概率值,根据相关专家(资深通用航空飞行员5名、运控专家3名、航空人因专家2名)的意见,结合德尔菲法,从人员、设备设施、环境和组织管理4个方面构建通用航空运行风险指标体系,见表1.

3.2 基于熵权法客观权重的计算

针对通用航空运行风险程度,专家将各指标以百分制评分,区间临界值划分为{>80～100,>60～80,>40～60,>20～40,0～20},将区间数值对应的评价评语集表示为V ={高,较高,中,较低,低},从而构建各个指标体系的隶属矩阵,通过计算熵权得到各指标客观权重值,一级指标熵权向量

W ′=(0.298,0.193,0.250,0.259)

式中:i =1,2,…,n ;t _ij =r _ij ∑r _ij ;k =1/lnm .确定H _i 后,得熵权值为

3.3 综合权重的计算

根据综合权重计算公式,将通用航空运行风险各级指标体系主客观权重进行组合,最终得综合权重结果,见表2.

3.4 结果分析

对一级指标和二级指标的权重进行分析,结果如图1和图2所示.

由图1可知,利用层次分析法和熵权法确定的通用航空运行风险指标体系的主观权重、客观权重和综合权重的分布规律具有一定的相似性.一级指标组合权重大小排序为U ₁>U ₄>U ₃>U ₂,与通用航空运行风险现状一致,说明该方法具有一定的合理性和可行性.

表2 运行风险指标权重
Table 2 Indicators weights of operational risk

图1 一级指标权重对比分析
Fig.1 Comparative analysis of first level indicators ’weights

图2 二级指标各权重对比分析
Fig.2 Comparative analysis of second level indicators ’weights

2) 对于二级指标体系,飞行员的技术技能水平、非技术技能水平、规章制度、监督审查、地理空间环境、机载设施设备和气象环境等7个指标的权重之和超过0.7,该结论也与我国目前通用航空发展遇到的瓶颈一致:通用航空飞行员严重短缺,技能水平良莠不齐;复杂任务环境下,飞行员的非技术技能缺失是诱发不安全事件的主要因素之一;通用航空相关的规章制度和审查监管存在很大漏洞,盲目依附于运输航空体系,缺乏针对性,导致很多运行标准、规章制度、监管模式脱离实际需求,诱发大量不安全行为;通用航空低空作业环境复杂、气象环境多变,大多采用目视飞行,加之基础设施、机载设施设备落后,导致事故率居高不下.

4 结论与建议

对通用航空运行而言,一个指标对运行安全所占权重(贡献率)越大,意味着该指标如果处于不良状态则存在的风险就越大.通过以上结果分析可以得出以下结论.

根据设计单位要求，分别计算3种工况下地下车库的局部抗浮能力、局部整体抗浮能力和整体抗浮能力，得出各工况下临界抗浮水头取值，如表2所示.

该算式可以进行定量评价，但很难进行深入分析。因此，要附加两个条件：衰减要小（κ／k≪1）；观测点之间的距离要远大于波长（kr≫1）。首先，格林函数的远场近似如下：

1) 通用航空运行的风险源主要由人员因素、组织管理因素、环境因素和设备设施因素组成,提高这4个方面的抗风险能力是保证通用航空运行安全的主要途径.

由图2可知,二级指标体系的3种权重分布规律具有一定的相似性,指标综合权重大小排序为:U ₅>U ₆>U ₁₆>U ₁₈>U ₁₂>U ₁₀>U ₁₃>U ₇>U ₁₇>U ₂₁>U ₂₀>U ₉>U ₁₁>U ₁₅>U ₈=U ₁₄>U ₁₉.

此外，城乡规划还有点瑕疵，还需整理。例如：大道两侧还有居民区，斑块农田路、渠、林散乱等。同时，耕地的多重功能作用宣传力度不足，特别是农作物具有生态氧吧的作用没有及时做好宣传。

3) 有些指标虽然所占权重不高,但属于“5M”风险管理体系不可或缺的一部分,也不可忽视.从系统工程学的角度和事故链模型来看,通用航空不安全事件的产生往往是系统各要素之间相互作用的结果,单独强调某一要素,并不能确保整个通用航空系统整体运行的安全.

针对保障和提高通用航空运行安全,本研究提出以下建议.

1) 提高通用航空专业人才教培能力.人才保障是未来通用航空发展的关键因素,我国通用航空起步晚,发展滞后,飞行、签派、机务、情报等通用航空专业人才严重匮乏,严重制约该行业健康发展,人才数量和质量亟待提升.

据说，这里自从有了人民政府以后，有了不少新时代的生活设施，一直到后来，有收音机、电视机，也没和陆地上差十几年。而且这里的县长也不太管事，也就这么几百号人，本来就是一个渔村，三百多年前为了逃避康熙年间的迁海令，大家不愿内迁五十里，才逃到了这个无人的小海岛，有了属于自己的一套生活。最初来这里的几个行政人员都是来养老，但是他们发现海风把他们吹得更老，所以现在的行政人员都是海岛上的自己人。

抗耐病(虫)品种，是控制病虫害发生的最有效、最经济的途径。2004年由灰飞虱传播的水稻病毒病-条纹叶枯病大发生，2004年、2005年采取切断传毒媒介-灰飞虱传毒为主的防控措施，采取喷雾、熏蒸等措施，水稻秧田期防治灰飞虱的达到5-6次，多的8-10次；而2006年后，随着盐稻8号、徐稻3号、淮稻5号等抗条纹叶枯病的水稻品种大面积种植后，水稻条纹叶枯病发生逐年减轻，近几年一直轻发生。

2) 大力建设通用航空安全管理体系(SMS).保障安全是通用航空企业生存和发展的基础,管理方和企业应不断完善通用航空运行标准、规章制度和监管模式,从系统安全、风险管理的角度,进行闭环管理、持续改进.

3) 科学规划、布局通用航空机场,完善配套设施设备.目前我国通用机场数量严重不足,机场设施设备落后,一些已经广泛应用于运输航空的新技术如基于性能的导航(PBN)、广播式自动相关监视(ADS-B)等在通用航空领域应用较少,影响通用航空运行安全.

4) 建立通用航空不安全事件数据库.美国联邦航空管理局研究表明美国近年来事故率降至历史最低水平正是因为持续对过去教训的总结和数据的分析.单一或者少量的通用航空不安全事件难以发现其必然规律和发展趋势,但通过建立完善分类详尽的通用航空不安全事件数据库,寻求有效的数据挖掘技术,多角度分析致因因素,可从大量数据中分析出通用航空事故发生机理和潜在隐患,有利于制定相应的针对性预防措施,提高抗风险能力^[12].

5 结 语

针对目前国内通用航空不安全事件详细的致因因素统计数据有限和部分指标具有模糊性、难以量化的难点,本文通过基于层次分析—熵权组合赋权的通用航空运行风险评估方法有效地评估了各个指标的影响程度,实现对通用航空运行风险的综合性、系统化的分析,该结果符合通用航空运行实际,表明该评价方法的合理性,可以为通用航空运行风险的分析、管理和决策提供参考.

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Risk Assessment and Analysis of General Aviation Operation Based on AHP and Entropy Weight

SHI Ying ,MENG Bin ,LU Na ,MA Rui

(School of Civil Aviation, Zhengzhou University of Aeronautics, Zhengzhou 450046, China)

Abstract ： Aiming at the problems of the limited statistical data of domestic general aviation insecurity events causes and the difficulty of quantifying some indicators,the subjective and objective combination weight was used to obtain the weight of each indicator based on the analytic hierarchy process(AHP) and entropy weight method,and the general aviation operation risk assessment system was constructed.The results reflect that general aviation operation risk research is applicable and scientific.Combined with the research results,the relevant suggestions to ensure the safety of general aviation operations were put forward,which can provide reference for the analysis,management and decision-making of general aviation operational risks.

Key words ： general aviation; operation risks; synthesis weights; risk assessment technology

中图分类号： V 328.1

文献标志码： A

文章编号 ：1009-444X(2019)01-0047-05

收稿日期： 2018-07-20

基金项目： 河南省科技计划资助项目(182400410089)

作者简介： 石 英(1966-),女,教授,硕士,研究方向为民航安全管理、航空人因工程.E-mail:shiying@zua.edu.cn

通信作者： 孟 斌(1987-),男,讲师,硕士,研究方向为民航安全管理、航空人因工程.E-mail:mengbin12345@126.com

(编辑: 单明霞)

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