李楠，李寧，徐肖豪

（1.中國(guó)民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津300300；2.中國(guó)民航局空管行業(yè)辦公室，北京100710）

基于模糊層次分析法的機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)評(píng)價(jià)

李楠1，李寧2，徐肖豪1

（1.中國(guó)民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津300300；2.中國(guó)民航局空管行業(yè)辦公室，北京100710）

采用模糊綜合評(píng)判法與層次分析法相結(jié)合的評(píng)估方法，對(duì)機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)仿真度進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)需求功能選取恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估指標(biāo)，用層次分析法建立機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)仿真度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后分層次進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。最后以某機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)為例，對(duì)其仿真度進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明這種方法科學(xué)合理且容易實(shí)現(xiàn)，為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備選型提供了合理的依據(jù)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)；層次分析法；模糊綜合評(píng)價(jià)；仿真度

機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)是用于培訓(xùn)塔臺(tái)管制員的仿真系統(tǒng)，能夠逼真地模擬包括塔臺(tái)終端設(shè)備、管制用戶界面、塔臺(tái)視景等所有與訓(xùn)練相關(guān)的對(duì)象，提供一個(gè)接近真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境。機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)是空中交通管制專業(yè)教學(xué)以及實(shí)際生產(chǎn)單位管制員崗前培訓(xùn)和復(fù)訓(xùn)中必不可少的培訓(xùn)設(shè)備[1]。隨著國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)的研發(fā)以及國(guó)外設(shè)備的引進(jìn)，中國(guó)民航局空管行業(yè)辦正在起草《機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)需求技術(shù)分析》，從實(shí)現(xiàn)的功能和指標(biāo)上對(duì)機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)進(jìn)行分類，以滿足不同的培訓(xùn)需求。

在滿足功能需求的同時(shí)，還需要建立一套科學(xué)合理的方法對(duì)機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)的仿真逼真度進(jìn)行評(píng)價(jià)，為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備選型提供更合理的依據(jù)。首先采用層次分析法從《機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)需求技術(shù)分析》討論稿中的功能列表中選取恰當(dāng)?shù)脑u(píng)估指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系，然后采用專家評(píng)判確定各指標(biāo)權(quán)重，最后分層次進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。以某機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)為例，對(duì)其仿真度進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明這種方法為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的選型及評(píng)價(jià)提供了科學(xué)合理的依據(jù)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

1 基于層次分析的仿真度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

建立機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)仿真度評(píng)價(jià)的層次模型時(shí)，首先考慮選取評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性及可操作性原則[2]，能夠使定性與定量相結(jié)合，使評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重更加客觀合理，從而保證評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和可靠性。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

機(jī)場(chǎng)管制模擬訓(xùn)練中塔臺(tái)管制員通過視景顯示系統(tǒng)觀察終端區(qū)及機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面運(yùn)行情況，同時(shí)采用終端區(qū)監(jiān)視終端、場(chǎng)面監(jiān)視終端、飛行計(jì)劃終端、氣象終端等作為輔助手段，通過通訊系統(tǒng)向模擬機(jī)長(zhǎng)發(fā)出語音命令來進(jìn)行管制。模擬機(jī)長(zhǎng)接收管制員的指令，對(duì)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行操控[3]。

通過對(duì)《機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)需求技術(shù)分析》功能列表進(jìn)行分析研究，從中提煉出影響仿真程度的因素及子因素。同時(shí)多次征求行業(yè)專家、生產(chǎn)崗位管制教員和行業(yè)院校教師的意見，按功能進(jìn)行分類，建立三級(jí)層次模型，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)。

評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)集：U={U1，U2，…，Um}，其中Ui是U中的一個(gè)指標(biāo)。Ui={Ui1，Ui2，…，Uin}，Uij是指標(biāo)集Ui的一個(gè)指標(biāo)，Uij={Uij1，Uij2，…，Uijs}，Uij k是指標(biāo)集Uij的一個(gè)指標(biāo)，建立三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。一級(jí)指標(biāo)3個(gè)，二級(jí)指標(biāo)11個(gè)，三級(jí)指標(biāo)79個(gè)，如圖1所示。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

采用1～9的打分標(biāo)度，通過兩兩比較建立判斷矩陣，構(gòu)造判斷矩陣。采用方根法[4]進(jìn)行歸一化處理，確定U中各因素的權(quán)重向量Wi，滿足Σmj=1Wij=1，Wij＞0，計(jì)算并檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性指標(biāo)。下面首先求取一級(jí)層次模型的模擬管制環(huán)境U1中3個(gè)元素的權(quán)重值，建立終端軟件顯示界面、終端軟件操作方式和模擬通信系統(tǒng)三個(gè)二級(jí)指標(biāo)關(guān)于模擬管制環(huán)境U1的判斷矩陣如下

采用方根法進(jìn)行歸一化處理得權(quán)重向量W1= （0.104 7，0.258 3，0.637 0），判斷矩陣一致性比例為0.037。同理可得U2各權(quán)重向量W2=（0.100 7，0.225 5，0.673 8）；U3各權(quán)重向量W3=（0.029 9，0.090 0，0.236 7，0.179 4，0.464 0）。采用上述方法對(duì)各層權(quán)重值進(jìn)行計(jì)算，其他各層指標(biāo)權(quán)重值如圖1所示。

模擬機(jī)中航空器的運(yùn)動(dòng)仿真是教員、管制員和專家最關(guān)心的核心問題，并直接影響管制學(xué)員的訓(xùn)練[5]，從各指標(biāo)權(quán)重值的計(jì)算結(jié)果中可以明確地體現(xiàn)出這個(gè)結(jié)果，由此說明評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立是合理可信的。

1.3 評(píng)判集

設(shè)評(píng)判集：V={V1，V2，…，Vn}，Vj（j=1，2，…，n）表示由高到低的評(píng)價(jià)。本模型中n=3，采用{A級(jí)，B級(jí)，C級(jí)}，各級(jí)的定義如下所述[1]。

A級(jí)：系統(tǒng)仿真程度滿足高級(jí)培訓(xùn)的訓(xùn)練需要；

B級(jí)：系統(tǒng)仿真程度接近實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)；

C級(jí)：系統(tǒng)仿真程度與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)一致。

圖1 機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)仿真度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系圖Fig.1Architecture of aerodrome control simulator evaluation

2 模糊綜合評(píng)價(jià)模型的建立

模糊綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)[6]。仿真度本身是一個(gè)模糊概念，所以評(píng)判結(jié)論也應(yīng)該是一種模糊性結(jié)論。模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種非常有效的多因素決策法，適用于對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)以及無法進(jìn)行精確定量計(jì)算的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)模塊組成，存在大量難以量化的模糊因素，所以采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法十分適合。

設(shè)R為單因素的評(píng)價(jià)矩陣，R=（Rij）m×n表示因素Ui被評(píng)為Vj的隸屬度，Rij=xij/X。其中X為專家人數(shù)，xij為把因素Ui評(píng)為Vj的專家人數(shù)，i=1，2，…，X。

采用上述模糊綜合評(píng)價(jià)方法按照?qǐng)D1所示的三層指標(biāo)體系從下至上逐層遞推的方法計(jì)算每一層次指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果。根據(jù)每層計(jì)算的分值，再向上遞推直到頂層獲得最終評(píng)價(jià)結(jié)果。評(píng)判時(shí)采用最大隸屬度原則，評(píng)估結(jié)果采用Bj中的最大值對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)。

3 實(shí)例分析

3.1 單因素評(píng)價(jià)矩陣

邀請(qǐng)10位專家對(duì)某機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立評(píng)價(jià)，參照第2節(jié)所述，可獲得單因素評(píng)價(jià)矩陣R，結(jié)果如表1～表10所示。

3.2 模糊評(píng)價(jià)計(jì)算

3.2.1 最大最小模型

采用模糊運(yùn)算（∨，∨）模型，即bj=max{min[wi，rij]}進(jìn)行計(jì)算。

1）B11=W11°R11=（0.10.20.454 5），歸一化得B′11=（0.1330.2650.602）

B12=W12°R12=（0.10.250 60.434），歸一化得B′12=（0.1270.3190.553）

表1 R11Tab.1R11

表2 R12Tab.2R12

表3 R13Tab.3R13

表4 R21Tab.4R21

表5 R22Tab.5R22

表6 R23Tab.6R23

表7 R31和R32Tab.7R31and R32

表8 R33Tab.8R33

表9 R34Tab.9R34

表10 R35Tab.10R35

B13=W13°R13=（0.30.20.467 9），歸一化得B′13=（0.3100.2070.483）

R1=W1°（B′11B′12B′13）=（0.3100.258 0.483），歸一化得R′1=（0.2950.2460.460）

2）B21=W21°R21=（0.30.30.354），歸一化得B′21=（0.3140.3140.371）

B22=W22°R22=（0.258 20.258 20.2582），歸一化得B′22=（0.3330.3330.333）

B23=W23°R23=（0.20.20.253 9），歸一化得B′23=（0.3060.3060.388）

R2=W1°（B′21B′22B′23）=（0.306 0.306 0.388）3）B31=W31°R31=（0.30.50.2）

B32=W32°R32=（0.173 20.40.478 6），歸一化得B′32=（0.1650.380.455）

B33=W33°R33=（0.30.3910.3），歸一化得B′33=（0.3030.3950.303）

B34=W34°R34=（0.40.40.333 9），歸一化得B′34=（0.3530.3530.294）

B35=W35°R35=（0.191 70.343 40.343 4），歸一化得B′35=（0.2180.3910.391）

R3=W1°（B31B32B33B34B35）=（0.237 0.391 0.391），歸一化得R′3=（0.2320.3840.384）

4）B=W°R=W°（R1R2R3）=（0.3060.384 0.388），歸一化得B′=（0.2840.3560.36）

3.2.2 加權(quán)平均模型

采用模糊運(yùn)算（⊕，·）模型，即bj=⊕（wi，rij）=

1）B11=W11°R11=（0.0680.2080.724）

B12=W12°R12=（0.0680.2350.697）

B13=W13°R13=（0.2320.2560.512）

R1=W1°（B′11B′12B′13）=（0.173 0.245 0.582）

2）B21=W21°R21=（0.2610.4140.325）

B22=W22°R22=（0.2710.4030.326）

B23=W23°R23=（0.2010.3030.496）

R2=W1°（B′21B′22B′23）=（0.223 0.337 0.440）

3）B31=W31°R31=（0.3330.4670.2）

B32=W32°R32=（0.1320.4050.463）

B33=W33°R33=（0.2410.3570.402）

B34=W34°R34=（0.2680.3710.361）

B35=W35°R35=（0.1700.3800.450）

R3=W1°（B31B32B33B34B35）=（0.206 0.378 0.416）4）B=W°R=W°（R1R2R3）=（0.2060.352 0.442）

按最大隸屬度原則，這種機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)的仿真逼真度屬于C類，即系統(tǒng)仿真程度與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)一致。

3.2.3 結(jié)果分析

按最大隸屬度原則，采用最大最小計(jì)算模型，從計(jì)算結(jié)果看屬于B類和屬于C類的隸屬度相近，但更貼近于C類；采用加權(quán)平均模型，從計(jì)算結(jié)果看屬于C類。利用兩種模型計(jì)算，結(jié)果顯示此類型模擬機(jī)屬于C類，即系統(tǒng)仿真程度與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)一致，但采用加權(quán)平均模型對(duì)所有因素依權(quán)重大小均衡兼顧，更好地體現(xiàn)了整體特性。

4 結(jié)語

本文采用模糊層次分析法對(duì)機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)仿真度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果表明該方法適用于機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)仿真度評(píng)價(jià)。該模型能夠把影響機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)仿真度的多種因素進(jìn)行綜合考慮，對(duì)所有因素依權(quán)重大小均衡兼顧，更好地體現(xiàn)了整體特性，避免了由個(gè)別人來評(píng)判易加入個(gè)人主觀臆斷的缺點(diǎn)，比較好地保證了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備選型工作中的公正性和實(shí)用性，為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的選型及評(píng)價(jià)提供了科學(xué)合理的依據(jù)，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值且容易實(shí)現(xiàn)。

[1]機(jī)場(chǎng)管制模擬機(jī)需求技術(shù)分析（討論稿）[Z].北京：中國(guó)民航局空管行業(yè)辦，2011.

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（責(zé)任編輯：黨亞茹）

Fidelity evaluation of aerodrome control simulator based on fuzzy AHP

LI Nan1，LI Ning2，XU Xiao-hao1
（1.College of Air Traffic Management，CAUC，Tianjin 300300，China；2.ATC Industry Management Office，CAAC，Beijing 100710，China）

Fuzzy comprehensive evaluation method and analytical hierarchy process are used to evaluate the fidelity of aerodrome control simulator.According to the demand function of the aerodrome control simulator，the evaluation index system is established by the analytic hierarchy process and then sub-levels of fuzzy comprehensive evaluation are applied.Finally，the results show that this method is scientific and reasonable and easy to implement for equipment selection.

aerodrome control simulator；analytical hierarchy process（AHP）；fuzzy comprehensive evaluation；simulation fidelity

V355；TP391.9

A

1674-5590（2013）03-0010-04

2012-04-13；

2012-10-15

國(guó)家自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目（61039001）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（ZXH 2009D004）；天津市高等學(xué)校本科教學(xué)改革與質(zhì)量工程研究計(jì)劃（D02-0818）

李楠（1978—），女，遼寧撫順人，副教授，博士研究生，研究方向?yàn)榭罩薪煌ㄒ?guī)劃管理及仿真技術(shù).