盧 飛，張宗路，張兆寧

（1.中國民航大學(xué)國家空管運行安全技術(shù)重點實驗室，天津 300300；2.深圳航空有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518128）

基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法的跑道侵入風(fēng)險模糊評價

盧 飛1，張宗路2，張兆寧1

（1.中國民航大學(xué)國家空管運行安全技術(shù)重點實驗室，天津 300300；2.深圳航空有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518128）

近年來，隨著機場交通量的增大，跑道侵入事件迅速增加，為了保障機場運行安全，對跑道侵入風(fēng)險進行綜合評價顯得尤為重要。首先，在對跑道侵入影響因素進行分析的基礎(chǔ)上，建立跑道侵入風(fēng)險評價指標(biāo)體系。綜合分析各評價指標(biāo)之間的相關(guān)性，運用網(wǎng)絡(luò)層次分析法，構(gòu)建跑道侵入的ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并借助Super Decision軟件計算各評價指標(biāo)權(quán)重。然后，應(yīng)用模糊綜合評價法對跑道侵入風(fēng)險進行評價。通過實例分析，驗證了該評價方法的有效性。最后，根據(jù)評價結(jié)果，對該機場降低跑道侵入風(fēng)險的對策提出建議。

跑道侵入；風(fēng)險評價；指標(biāo)相關(guān)性；網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ANP）；模糊綜合評價

跑道侵入是指在機場的任何航空器、車輛或人員錯誤進入指定用于航空器著陸和起飛的地面保護區(qū)的情況[1]。跑道侵入很容易造成災(zāi)難性航空事故的發(fā)生。2001年10月8日1架北歐航空公司MD-87客機在意大利米蘭國際機場起飛時與1架私人噴氣式飛機C500在跑道上相撞，隨后MD-87傾斜著猛烈地撞向機場的一幢建筑物。撞機造成了機上114人及地面4人遇難[2]。近幾十年來，隨著全球空中交通運輸量的急劇增長，跑道侵入問題日益嚴(yán)峻。據(jù)統(tǒng)計，全球航空運輸業(yè)每年由于跑道侵入造成的經(jīng)濟損失超過1億美元[3]。跑道侵入問題已成為威脅機場運行安全最主要的原因之一，減少跑道侵入事件的發(fā)生和保障跑道安全是提高機場運行安全的關(guān)鍵。

國內(nèi)外對跑道侵入風(fēng)險的研究起步較晚。2007年，歐洲航空安全組織（EUROCONTROL）經(jīng)過大量的事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計和實地調(diào)研，應(yīng)用列表式方法建立了跑道侵入風(fēng)險評價模型（ARIA）[4-5]。2010年，許桂梅等將認(rèn)知可靠性與失誤分析方法運用于跑道侵入風(fēng)險評價，提出了一種跑道侵入風(fēng)險評價的新方法，構(gòu)建了基于人的可靠性的跑道侵入風(fēng)險評價模型[6]。同年，許桂梅、黃圣國又從人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程的角度建立了跑道侵入風(fēng)險評價指標(biāo)體系，對跑道侵入風(fēng)險進行了評價[7]。2012年2月，Dohyun Kim等以韓國金浦機場為研究對象，提取出15個跑道侵入風(fēng)險評價指標(biāo)，使用層次分析法（AHP）確定指標(biāo)權(quán)重，并應(yīng)用故障樹分析法對金浦機場跑道侵入風(fēng)險進行了評價[8]。

影響跑道侵入風(fēng)險的眾多因素之間并不都是相互獨立的，有些因素之間存在著相關(guān)性。而上述對跑道侵入風(fēng)險的評價中并未考慮評價指標(biāo)間相關(guān)性的影響。利用網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ANP）綜合考慮各評價指標(biāo)的內(nèi)部依存和反饋關(guān)系，確定相互影響的各指標(biāo)權(quán)重，更能真實準(zhǔn)確地反映跑道侵入風(fēng)險的實際情況。本文在建立跑道侵入風(fēng)險評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，使用ANP法對評價指標(biāo)賦權(quán)，并選用模糊綜合評價法，為跑道侵入風(fēng)險評價提供一種新思路。

1 跑道侵入風(fēng)險評價指標(biāo)體系建立

從跑道侵入責(zé)任主體和機場運行過程的角度對跑道侵入影響因素進行分析，結(jié)合國內(nèi)外跑道侵入方面的相關(guān)文獻[9-11]，并綜合考慮近10年來國內(nèi)外發(fā)生的跑道侵入事件特點和跑道安全專家意見，總結(jié)歸納跑道侵入的眾多影響因素，遵循定性指標(biāo)與定量指標(biāo)相結(jié)合的原則，建立跑道侵入風(fēng)險評價指標(biāo)體系，如表1所示。

2 基于ANP確定評價指標(biāo)權(quán)重

跑道侵入風(fēng)險評價指標(biāo)體系中各級指標(biāo)間不僅存在遞階層次結(jié)構(gòu)，而且指標(biāo)體系中的5個一級指標(biāo)和28個二級指標(biāo)又在層次結(jié)構(gòu)之間互相影響，并且層次結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各個指標(biāo)之間也會產(chǎn)生相互影響。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層次分析法的基礎(chǔ)理論[12]，通過綜合分析各指標(biāo)間的相關(guān)性，建立跑道侵入的ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并利用Super Decision軟件計算出各指標(biāo)權(quán)重。

2.1 構(gòu)建跑道侵入ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

綜合分析并列出各評價指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立跑道侵入風(fēng)險的ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。如圖1所示。

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

Super Decision軟件（超級決策軟件，SD軟件）是由美國Expert Choice公司開發(fā)的一個典型的ANP計算軟件，它可以幫助用戶進行復(fù)雜的ANP運算。參照上述建立的跑道侵入風(fēng)險的ANP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在SD軟件中建立相應(yīng)的組和節(jié)點，并在具有相互關(guān)聯(lián)的組和節(jié)點之間建立連接，以便對其進行兩兩比較。

表1 跑道侵入風(fēng)險評價指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system of runway incursion risk assessment

當(dāng)所有的組和節(jié)點之間的連接建立完成后，分別以5個組為準(zhǔn)則，各相關(guān)節(jié)點為次準(zhǔn)則，將ANP中的組與組、節(jié)點與節(jié)點之間進行比較判斷，建立判斷矩陣。SD軟件提供了5種進行兩兩比較的輸入模式，其中應(yīng)用最為廣泛的問卷模式的界面如圖2所示。然后需要對建立的判斷矩陣做一致性檢驗，根據(jù)一致性檢驗的結(jié)果決定判斷矩陣是否被接受。根據(jù)圖3所示，指標(biāo)體系中一級指標(biāo)判斷矩陣的一致性檢驗結(jié)果為0.073 54<0.1，所以接受該判斷矩陣，同時給出了各一級指標(biāo)的權(quán)重。

將ANP中所有組與組、節(jié)點與節(jié)點之間所對應(yīng)的判斷矩陣輸入SD軟件后，計算加權(quán)超矩陣和極限矩陣，求得各一級指標(biāo)和二級指標(biāo)的權(quán)重，如表2所示。

圖1 跑道侵入ANP結(jié)構(gòu)模型Fig.1 ANP structure model of runway incursion

圖2 SD軟件中問卷模式的界面Fig.2 Questionnaire model interface in Super Decision

圖3 一致性檢驗結(jié)果及指標(biāo)權(quán)重Fig.3 Consistency check result and index weight

3 跑道侵入風(fēng)險模糊評價

跑道侵入風(fēng)險評價中存在一些難以精確界定和量化的模糊因素。模糊綜合評價法運用模糊線性變換原理和最大隸屬度原則，可以很好地解決涉及模糊因素的評價問題。

3.1 構(gòu)建模糊評價矩陣

以問卷調(diào)查的形式，選取某機場的塔臺管制人員、飛行員及有關(guān)專家共30名為調(diào)查對象，通過現(xiàn)場發(fā)放調(diào)查問卷或發(fā)送電子郵件的方式，對影響該機場跑道侵入風(fēng)險的各項指標(biāo)的風(fēng)險程度進行打分。

確定跑道侵入風(fēng)險第一層因素集的評語集v= {v1，v2，v3，v4，v5}={很高，較高，中等，較低，很低}。測量標(biāo)度向量為H={5，4，3，2，1}，即問卷中每一問題滿分為5分，其中5分表示指標(biāo)風(fēng)險很高，4分表指標(biāo)風(fēng)險較高，3分表示指標(biāo)風(fēng)險中等，2分表示指標(biāo)風(fēng)險較低，1分表示指標(biāo)風(fēng)險很低。

表2 跑道侵入風(fēng)險評價指標(biāo)權(quán)重Tab.2 Evaluation results of runway incursion index weight

表3 模糊評價矩陣Tab.3 Fuzzy evaluation matrices

對調(diào)查問卷進行整理，得到該機場跑道侵入風(fēng)險的模糊評價矩陣。

3.2 初級評價

由表2可知子因素集u1的權(quán)重為

選用加權(quán)平均型的M（·，+）算子對R1進行模糊運算，求得u1的綜合評價向量B1為

同理可得

3.3 綜合評價

該機場跑道侵入風(fēng)險所構(gòu)成的模糊矩陣為

選用M（·，+）算子對進行模糊運算，求得該機場跑道侵入風(fēng)險的綜合評價向量

4 評價結(jié)果分析及對策建議

4.1 評價結(jié)果分析

根據(jù)最大隸屬度原則，由跑道侵入風(fēng)險的綜合評價向量B可知，在5個等級的隸屬度中，0.293 9的值最大，所以該機場跑道侵入風(fēng)險的綜合隸屬度為0.293 9，所屬評語集為“較高”，說明在該機場內(nèi)發(fā)生跑道侵入的風(fēng)險比較高。

如此高的跑道侵入風(fēng)險，嚴(yán)重影響了機場運行安全。需對評價結(jié)果做進一步的分析，找出影響跑道侵入風(fēng)險的主要因素，并采取具有針對性的措施，降低跑道侵入的風(fēng)險。將評價結(jié)果轉(zhuǎn)化為分值，并進行總體排序。設(shè)評語集

各因素風(fēng)險得分Gi=BiVT，計算得各指標(biāo)的分值和排序結(jié)果如表4所示。

表4 一級指標(biāo)風(fēng)險排序Tab.4 First index risk ranking

根據(jù)表4，造成該機場跑道侵入風(fēng)險較高的首要原因是機場布局和運行不合理，飛行員因素、管制員因素和管理因素也對跑道侵入風(fēng)險造成了一定的影響，氣象因素對跑道侵入風(fēng)險的影響較小。

4.2 對策建議

基于評價結(jié)果，提出對策建議，建議從機場布局和運行、飛行員、管制員和管理4個方面采取措施，降低該機場跑道侵入風(fēng)險。

1）改善機場布局和運行狀況。航空器頻繁的穿越跑道是引起跑道侵入的重要原因，建議該機場修建繞行滑行道，可以有效地減少跑道穿越次數(shù)，改善跑道運行安全狀況。機場地面燈光、標(biāo)志和標(biāo)記牌的設(shè)置要嚴(yán)格符號ICAO的規(guī)定。建議安裝跑道入口停止排燈和起飛等待燈。跑道入口停止排燈嵌入在滑行道和跑道的交叉路口，當(dāng)跑道上有航空器起飛或降落時，跑道入口停止排燈就會亮起。起飛等待燈是一系列安裝在跑道中線上的單向紅色燈光系統(tǒng)。當(dāng)跑道上預(yù)計起飛的航空器前方出現(xiàn)航空器或車輛時，紅色的起飛等待燈就會亮起。這兩種燈光系統(tǒng)可以幫助相關(guān)人員及時了解跑道運行狀態(tài)，避免由于航空器或車輛誤入跑道而發(fā)生跑道侵入事件。

2）提高飛行員和管制員情景意識。建議引入先進的跑道侵入防止與告警技術(shù)，提高飛行員和管制員的情景意識。據(jù)美國商業(yè)航空安全小組（CAST）研究表明，通過使用技術(shù)措施提高管制員和飛行員的情景意識，并且在發(fā)生運行沖突時向管制員和飛行員提供報警，可使機場發(fā)生跑道侵入的數(shù)量減少95%?，F(xiàn)在國內(nèi)外已開發(fā)的跑道侵入防止與告警技術(shù)包括先進的場面活動引導(dǎo)和控制系統(tǒng)（A-SMGCS）、跑道侵入監(jiān)視和沖突告警系統(tǒng)（RIMCAS）、X型機場地面探測設(shè)備（ASDE-X）、機場活動區(qū)域安全系統(tǒng)（AMASS）、最終進近跑道占有系統(tǒng)（FAROS）、跑道感知與咨詢系統(tǒng)（RAAS）和跑道侵入防止系統(tǒng)（RIPS）等。其中，先進的場面活動引導(dǎo)和控制系統(tǒng)（A-SMGCS）、X型機場地面探測設(shè)備（ASDE-X）和最終進近跑道占有系統(tǒng)（FAROS）已在國外許多大型機場得到了應(yīng)用，并且取得了良好的效果。

3）加強管理和培訓(xùn)。貫徹落實民航局跑道安全要求，建立健全管理組織機構(gòu)并完善工作機制。建議成立由管制單位、機場、航空公司等部門的專家組成跑道安全小組，對跑道運行安全進行綜合管理。同時，建議加強飛行員、管制員、車輛駕駛員等機場運行相關(guān)人員的培訓(xùn)和教育，以減少人為差錯的發(fā)生，也可以有效地降低跑道侵入風(fēng)險。

5 結(jié)語

隨著中國航空運輸業(yè)的迅速發(fā)展，跑道侵入問題越來越嚴(yán)重，對機場跑道侵入風(fēng)險進行評價顯得尤為重要。本文采用ANP法確定評價指標(biāo)權(quán)重，考慮了指標(biāo)間相關(guān)性的影響，使得評價結(jié)果更加準(zhǔn)確。同時采用模糊綜合評價法可全面考慮影響跑道侵入的多種因素，并且評價結(jié)果能方便地轉(zhuǎn)化為具體的分值，通過排序可以方便地找出引起跑道侵入風(fēng)險的主要因素，為采用具有針對性的解決措施提供依據(jù)。

[1]International Civil Aviation Organization（ICAO）.Manual on the Prevention of Runway Incursions[R].ICAO，2007.

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[5]EUROCONTROL.A Computer Based Aerodrome Runway Incursion Assessment Quick User Guide[Z].EUROCONTROL，2007.

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[7]許桂梅，黃圣國.基于改進關(guān)聯(lián)函數(shù)的跑道入侵風(fēng)險可拓評價[J].人類工程學(xué)，2010：16（4）：56-59.

[8]KIM DOHYUN，YANG HANMO.Evaluation of the risk frequency for hazards of runway incursion in Korea[J].Journal of Transport Management，2012.

[9]EUROCONTROL.Air Traffic Control Situational Awareness Occupied Runways[R].Released 1.0，2008.

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[11]羅 軍，林雪寧，閆永剛.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的跑道侵入影響因素研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2012，12（3）：196-199.

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（責(zé)任編輯：黨亞茹）

Fuzzy comprehensive evaluation of runway incursion risk based on analytic network process

LU Fei1，ZHANG Zong-lu2，ZHANG Zhao-ning1
（1.National key Labratory of Air Traffic Operation Safety Technology，CAUC，Tianjin 300300，China；2.Shenzhen Airlines，Guangdong Shenzhen 518128，China）

Along with the increase of the airport traffic，runway incursion events are increasing rapidly，which have severely affected the airport security.In order to guarantee the safe operation of the airport，the assessment of runway incursion risk is critically significant.Firstly，after analyzing runway incursion influencial factors，the runway incursion risk assessment index system is established.Analyzing the interdependency relations of evaluation index，the runway incursion analytic network process（ANP）network structure is constructed，and Super Decision software is used to determine the weight of every index.Then，fuzzy comprehensive evaluation method is used to assess runway incursion risk.Through case analysis，the feasibility of the assessment method is verified.Finally，the promotion countermeasures are proposed for the airport to reduce runway incursion risk based on the evaluation results.

runway incursion；risk assessment；evaluation index correlation；analytic network process（ANP）；fuzzy comprehensive evaluation

V328.3

：A

：1674-5590（2014）01-0010-05

2013-01-15；

：2013-04-02

中國民用航空局科技基金（MHRD201018）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項（2XH2011B004）

盧 飛（1984—），男，山東新泰人，助教，碩士，研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理.