趙寧寧，林典毅

（中國(guó)民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院,天津 300300）

引言

隨著航班量的不斷增加，許多飛行中出現(xiàn)的各種飛行的安全性問(wèn)題也越來(lái)越突出?！鞍踩边@兩個(gè)字始終是航空工業(yè)的一個(gè)重要先決條件。國(guó)外對(duì)于航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的研究起步較早也較為完善，早期，外國(guó)學(xué)者對(duì)于民航運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)采取定性和定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。Janick等［1］對(duì)民航危險(xiǎn)與安全性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并對(duì)其成因進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并對(duì)其進(jìn)行了定量分析。Lee等［2］采用綜合模糊語(yǔ)言標(biāo)度的方式，建立了一個(gè)量化的飛機(jī)安全性因子評(píng)價(jià)模型。Shyur等［3］利用事故和安全指標(biāo)的數(shù)據(jù)來(lái)量化人為失誤造成的航空風(fēng)險(xiǎn)。研究并證明了將基線風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)視為二次樣條函數(shù)的特定比例風(fēng)險(xiǎn)模型在航空風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的適用性。使用該模型可以調(diào)查航空安全因素的非線性影響，并靈活評(píng)估航空風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，該模型是一種更具前景的方法，有可能在實(shí)踐中變得非常有用，并進(jìn)一步推廣航空風(fēng)險(xiǎn)分析。Skorupski［4］將模糊風(fēng)險(xiǎn)矩陣帶入到航空運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)估當(dāng)中，將事故發(fā)生的可能性以及后果用模糊理論來(lái)表示，對(duì)飛行事故進(jìn)行了分析。

在對(duì)于航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制領(lǐng)域雖然我國(guó)起步較晚，但也緊跟外國(guó)專家的腳步，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)步發(fā)展。孫瑞山等［5］分析了民航安全的特性，提出了“人、機(jī)、環(huán)境”系統(tǒng)工程思想，將其運(yùn)用于民航安全評(píng)估的理論和實(shí)踐中，并將評(píng)估方法帶到航空公司安全評(píng)估實(shí)例中。王巖韜［6］運(yùn)用事故樹(shù)分析法和基元分析法分析和評(píng)價(jià)簽派放行評(píng)估體系中氣象、航路、機(jī)場(chǎng)、飛機(jī)、機(jī)組等潛在風(fēng)險(xiǎn)，然后運(yùn)用模糊隸屬函數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系矩陣計(jì)算，建立了一套實(shí)用安全的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。谷潤(rùn)平［7］首次將PCA（主成分分析法）和CA（聚類分析法）結(jié)合運(yùn)用到航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)估當(dāng)中。此方法可以快速、精準(zhǔn)的劃分航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并將風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)降維，以主成分為變量對(duì)各類航班的風(fēng)險(xiǎn)特征進(jìn)行分析，制定風(fēng)險(xiǎn)緩解措施。王巖韜等［8］首次將一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)有向加權(quán)模型帶入航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)估當(dāng)中，并結(jié)合人類社會(huì)系統(tǒng)傳染病模型，分析元素狀態(tài)演化以及航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)傳播特性，采取多參數(shù)控制的方式，找出影響航班安全運(yùn)行的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素，抑制風(fēng)險(xiǎn)傳播，提出控制風(fēng)險(xiǎn)傳播的方案。

之前學(xué)者多數(shù)采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的篩選與降維，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化，降低數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度。但是例如主成分分析法等線性降維方法，容易在特征提取的過(guò)程中將不相關(guān)的兩個(gè)因素進(jìn)行特征擬合得到一個(gè)新特征，從而可能舍去比較重要的因素指標(biāo)。隨機(jī)森林算法是以決策樹(shù)為基學(xué)習(xí)的集成學(xué)習(xí)算法，由于采用了集成算法，因此本身精度高［9-10］，可以解決特征過(guò)擬合問(wèn)題。且很多學(xué)者［11-14］也實(shí)證了隨機(jī)森林算法對(duì)指標(biāo)降維的可行性，例如喬宇穎利用隨機(jī)森林算法對(duì)微生物指標(biāo)的篩選，確定和預(yù)測(cè)了表征土壤健康的最優(yōu)微生物評(píng)價(jià)指標(biāo)。伍明稱［12］利用隨機(jī)森林算法對(duì)于肺結(jié)節(jié)病差異基因的篩選，篩選出了有意義的肺結(jié)節(jié)病差異基因等。

研究將根據(jù)華北區(qū)域統(tǒng)計(jì)的航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素，通過(guò)隨機(jī)森林算法及結(jié)合民航局咨詢通告AC-121-FS-2015-125中附件2：航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)因素分析，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)降維，然后構(gòu)建有向加權(quán)航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)模型，分析不同的受控結(jié)點(diǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)傳播參數(shù)，通過(guò)與人類社會(huì)系統(tǒng)中傳染病的模型進(jìn)行對(duì)比，構(gòu)建改進(jìn)SIR模型，分析航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)傳播的特性，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)傳播的動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的方法，統(tǒng)計(jì)感染峰值、感染周期等數(shù)據(jù)的變化情況，研究出不同情況下航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的影響規(guī)模、傳播速度、控制效果的特點(diǎn)和規(guī)律，并提出控制風(fēng)險(xiǎn)傳播的方案。

1 航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

1.1 航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)收集

通過(guò)收集分析華北區(qū)域航班運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以將航班運(yùn)行所涉及的各個(gè)因素系統(tǒng)地分為六大類：維修相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，航空器相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)場(chǎng)相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，飛行員相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，管制指揮風(fēng)險(xiǎn)，航班風(fēng)險(xiǎn)。一共包括96個(gè)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)和一個(gè)總運(yùn)行狀態(tài)。數(shù)據(jù)已對(duì)航班運(yùn)行225天各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分。風(fēng)險(xiǎn)值9表示已出現(xiàn)不安全事件；8～9表示當(dāng)天雖未發(fā)生不安全事件，但有明顯運(yùn)行差錯(cuò)；5～8表示運(yùn)行限制較多，運(yùn)行單位安全運(yùn)行壓力較大；2～5表示運(yùn)行壓力較??；1表示無(wú)明顯運(yùn)行安全影響［14］。各項(xiàng)數(shù)據(jù)具體數(shù)值如表1所示，因篇幅問(wèn)題僅展示部分?jǐn)?shù)據(jù)。

表1 華北區(qū)域航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)

1.2 航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)降維

根據(jù)隨機(jī)森林算法，得出各節(jié)點(diǎn)的重要度排序如表2所示。

表2 各風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)重要度

鑒于中國(guó)民航局咨詢通告《航空承運(yùn)人運(yùn)行控制風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)實(shí)施指南》在2015年頒布實(shí)施以來(lái)，已在多家航空公司實(shí)踐多年證實(shí)有效，且其風(fēng)險(xiǎn)要素終端因素可與運(yùn)行數(shù)據(jù)一一對(duì)應(yīng)。如運(yùn)行數(shù)據(jù)中目的地機(jī)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施條件節(jié)點(diǎn)，起飛機(jī)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施條件節(jié)點(diǎn)，航路備降機(jī)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施條件節(jié)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)終端因素機(jī)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施條件；機(jī)組疲勞程度節(jié)點(diǎn)，機(jī)組壓力程度節(jié)點(diǎn)，機(jī)組飛行時(shí)間節(jié)點(diǎn)，機(jī)組執(zhí)勤時(shí)間節(jié)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)終端因素短暫性疲勞和累積性疲勞；繞飛等操縱節(jié)點(diǎn)，指揮撤離節(jié)點(diǎn)，起飛節(jié)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)終端因素機(jī)組成員技術(shù)水平和機(jī)長(zhǎng)飛行經(jīng)驗(yàn)以及其余機(jī)組人員飛行經(jīng)驗(yàn)；簽署整機(jī)接收節(jié)點(diǎn)，繞機(jī)外觀檢查節(jié)點(diǎn)，飛機(jī)系統(tǒng)檢查節(jié)點(diǎn)和機(jī)務(wù)人員經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰?jié)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)終端因素飛行檢查。通過(guò)對(duì)各節(jié)點(diǎn)和各終端因子進(jìn)行逐一的匹配和過(guò)濾，最后得到了32個(gè)結(jié)點(diǎn)，見(jiàn)表3。結(jié)果表明：1～13個(gè)結(jié)點(diǎn)為“人”風(fēng)險(xiǎn)因素，14～26個(gè)結(jié)點(diǎn)為“環(huán)”風(fēng)險(xiǎn)因素，27～32個(gè)結(jié)點(diǎn)為“機(jī)”風(fēng)險(xiǎn)因素。

表3 風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

以節(jié)點(diǎn)11為例，特殊旅客一般包括重要旅客，老弱病殘，犯人及犯罪嫌疑人等。因?yàn)樘厥饴每偷囊恍﹤€(gè)人原因或言論就會(huì)使得航班出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)民航不安全事件記錄就曾有一犯人謊稱飛機(jī)上有炸彈，隨后飛機(jī)緊急返航。因此，機(jī)上有特殊旅客是一個(gè)潛在風(fēng)險(xiǎn)。再以節(jié)點(diǎn)16航路上天氣為例，天氣瞬息萬(wàn)變，飛機(jī)在飛行途中可能遭遇各種危險(xiǎn)天氣，例如晴空顛簸，雷暴等，這些都是航班運(yùn)行的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 構(gòu)建航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)無(wú)向網(wǎng)絡(luò)與有向網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)2009年至今以來(lái)的民航不安全事件記載，統(tǒng)計(jì)各類不安全事件，事故征候以及各類工作差錯(cuò)，當(dāng)事件記載有表明兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間存在關(guān)系時(shí)將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連線，例如有“...因機(jī)場(chǎng)臨時(shí)受限，導(dǎo)致飛機(jī)無(wú)法降落在空中盤旋等待，使得機(jī)組成員疲勞程度加重”，此時(shí)可以認(rèn)為節(jié)點(diǎn)24與節(jié)點(diǎn)9和節(jié)點(diǎn)10有關(guān)系，將節(jié)點(diǎn)14分別與節(jié)點(diǎn)9和節(jié)點(diǎn)10連線。再比如“...因發(fā)現(xiàn)有超高障礙物，申請(qǐng)修改航線...”，可認(rèn)為節(jié)點(diǎn)21與節(jié)點(diǎn)13和節(jié)點(diǎn)14有關(guān)系，將節(jié)點(diǎn)21與節(jié)點(diǎn)13和節(jié)點(diǎn)14分別連線。在沒(méi)有任何記錄的情況下，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)不連接。完成連線后，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)28至節(jié)點(diǎn)32與其它節(jié)點(diǎn)不存在關(guān)聯(lián)，且被隔離于該網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)參考數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的分析，目前的運(yùn)營(yíng)條例將28號(hào)和29號(hào)作為最基礎(chǔ)的起飛條件，即航空器都需滿足這兩項(xiàng)要求才允許被投入使用，因此這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)失去了成為潛在風(fēng)險(xiǎn)的資格，不考慮在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)。而節(jié)點(diǎn)30，31和32，都屬于航空器自身屬性，例如機(jī)齡，飛機(jī)機(jī)齡一般在25～30年，如果機(jī)齡不符合要求則不會(huì)投入運(yùn)行使用，再如節(jié)點(diǎn)31，如果飛機(jī)性能有問(wèn)題也不會(huì)被投入到航班運(yùn)行當(dāng)中，因此予以清除。由此，構(gòu)建無(wú)向網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

由于在實(shí)際的運(yùn)行中，各風(fēng)險(xiǎn)因素之間并不是簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)，而是具有傳播方向，所以需要在無(wú)向網(wǎng)絡(luò)上加上箭頭以弄清節(jié)點(diǎn)間的因果關(guān)系，認(rèn)為節(jié)點(diǎn)21對(duì)節(jié)點(diǎn)13和節(jié)點(diǎn)14產(chǎn)生影響，所以應(yīng)該在連線上加上由節(jié)點(diǎn)21指向節(jié)點(diǎn)13和節(jié)點(diǎn)14的箭頭。經(jīng)過(guò)相關(guān)人員及專家探討評(píng)定，設(shè)定權(quán)重規(guī)定如表4所示，根據(jù)影響次數(shù)，定義網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，建立有向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

表4 權(quán)重設(shè)置規(guī)定

1.4 參數(shù)分析

1.4.1 度值及度分布值（Degree value）

度分布是指在一個(gè)特定的度值處，所處的結(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所占據(jù)的比例，用以表示該網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)度值的分配狀況。

假定某個(gè)網(wǎng)絡(luò)在具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)且具有度值為a的節(jié)點(diǎn)F個(gè)時(shí)，其度分布P的表達(dá)式為：

1.4.2 聚合系數(shù)（Clustering coefficient）

聚合系數(shù)是一個(gè)具有局部特色的網(wǎng)路特性，它能反映鄰近兩個(gè)人的交際圈的交集，也就是這個(gè)結(jié)社中的好友。假定一個(gè)節(jié)點(diǎn)具有k條邊，那么由k條邊所相連的節(jié)點(diǎn)（k）的條數(shù)最大為k（k-1）/2，由已有的邊數(shù)除以最多的邊數(shù)所獲得的分值作為該節(jié)點(diǎn)的聚合系數(shù)。如果Z條邊真實(shí)存在，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)聚合系數(shù)的表達(dá)式為：

1.4.3 介數(shù)（Betweenness）

介數(shù)是反映整個(gè)復(fù)雜網(wǎng)路整體的一個(gè)關(guān)鍵參量。在一種有向權(quán)重的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，如果任何兩個(gè)節(jié)點(diǎn)（假定是節(jié)點(diǎn)x和y）的最小的路徑的權(quán)值被計(jì)算成A，并且通過(guò)該兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短的通道i的通路權(quán)重用C表示，兩個(gè)參量之比被確定為該節(jié)點(diǎn)i的一個(gè)介數(shù)，其表達(dá)式為：

通過(guò)對(duì)各節(jié)點(diǎn)的總度值、入度值、出度值、聚合系數(shù)和介數(shù)進(jìn)行了運(yùn)算，得出結(jié)果輸出如表4所示。根據(jù)總度值排序，前五節(jié)點(diǎn)分別為9，10，3，14，20；根據(jù)出度值排序，前五節(jié)點(diǎn)分別為16，10，14，20，9；根據(jù)入度值進(jìn)行排序，前五節(jié)點(diǎn)分別為9，10，3，7，、5；根據(jù)聚合系數(shù)排序，前五節(jié)點(diǎn)分別為1，2，6，8，15；根據(jù)介數(shù)排序，前五節(jié)點(diǎn)分別為10，9，16，13，23。

2 航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)傳播動(dòng)力學(xué)模型

2.1 航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)傳播分析

查閱有關(guān)資料并與相關(guān)人員及專家討論，經(jīng)過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)的分析，節(jié)點(diǎn)14～27是影響航班起飛后的飛行安全的主要危險(xiǎn)因素，節(jié)點(diǎn)1～13在航班起飛之前很有可能會(huì)對(duì)飛行的安全性造成一定的威脅，所以將節(jié)點(diǎn)1～13按順序設(shè)定為第一個(gè)被感染的節(jié)點(diǎn)。設(shè)定無(wú)人為干擾時(shí)，傳染率β為0.5，復(fù)原率γ為0.2。按順序?qū)⒐?jié)點(diǎn)1～13設(shè)定為起始感染點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行100次仿真?zhèn)鞑ィ策M(jìn)行1300次仿真?zhèn)鞑?。傳播后總結(jié)發(fā)現(xiàn)，雖然每次初始感染節(jié)點(diǎn)都不相同，但是每個(gè)階段的傳播趨勢(shì)和結(jié)果都是一樣的。隨著病毒的擴(kuò)散，S（易感人群）節(jié)點(diǎn)降低，R（治愈者）節(jié)點(diǎn)升高，I（受感染者）節(jié)點(diǎn)則先升高，后下降，最后達(dá)到了一個(gè)平穩(wěn)的水平。將1300次的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的平均化，如表5及圖3所示，可見(jiàn)I（受感染者）節(jié)點(diǎn)的高峰為13.69。

表5 對(duì)節(jié)點(diǎn)控制前后風(fēng)險(xiǎn)傳播結(jié)果

參照中國(guó)民用航空局2011年采取六大措施進(jìn)一步推進(jìn)持續(xù)安全戰(zhàn)略，措施包括嚴(yán)把專業(yè)技術(shù)人員資質(zhì)能力關(guān)，大力抓好機(jī)長(zhǎng)的資質(zhì)管理和能力建設(shè)，強(qiáng)化駕駛艙的管理提升機(jī)組間的配合協(xié)作，嚴(yán)格執(zhí)行繞機(jī)檢查標(biāo)準(zhǔn)操作，嚴(yán)格執(zhí)行交叉程序檢查以及要求機(jī)場(chǎng)要認(rèn)真貫徹《民用機(jī)場(chǎng)管理?xiàng)l例》，對(duì)復(fù)雜機(jī)場(chǎng)的試飛嚴(yán)格訓(xùn)練增加駕駛員熟悉程度，推進(jìn)機(jī)場(chǎng)安全管理體系（SMS）建設(shè)，做好防機(jī)坪設(shè)施設(shè)備與航空器刮碰工作。根據(jù)以上措施，可以將節(jié)點(diǎn)4，5，3，20和22定義為控制節(jié)點(diǎn)，即“機(jī)組成員技術(shù)水平”、“機(jī)長(zhǎng)飛行經(jīng)驗(yàn)”、“機(jī)組人員協(xié)作能力”、“起飛步驟的復(fù)雜性”、“機(jī)場(chǎng)設(shè)備和設(shè)施狀況”。將控制節(jié)點(diǎn)感染率β’設(shè)置為0.1，恢復(fù)率γ’設(shè)為0.9，即派遣經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)組，且合作多次并且表現(xiàn)良好；加強(qiáng)對(duì)相關(guān)檢查技術(shù)人員的資質(zhì)排查，提高其安全意識(shí)和專業(yè)技能；全面開(kāi)展運(yùn)行質(zhì)量安全管理體系建設(shè)，完善設(shè)備運(yùn)行保障機(jī)制。仿真后取平均值，感染峰值下降為約8.89個(gè)，下降率35.4%。模擬后的平均數(shù)據(jù)如表5所示，顯示了在這些節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)人為的有效管理后，風(fēng)險(xiǎn)的傳播受到了很大的阻礙。實(shí)際上，正是中國(guó)民航重點(diǎn)監(jiān)控了飛機(jī)的工作，減少了飛機(jī)的安全隱患，這也使得在東航飛機(jī)墜毀前，中國(guó)的飛機(jī)已連續(xù)安全飛行131個(gè)月，9540萬(wàn)個(gè)小時(shí)，并保持了19年的空中安保紀(jì)錄。從運(yùn)輸航空每百萬(wàn)飛行小時(shí)重大事故率五年滾動(dòng)值來(lái)看，世界平均水平為0.088，而中國(guó)民航為0，這表明中國(guó)民航安全水平現(xiàn)在位居世界第一，也體現(xiàn)了中國(guó)民航的控制措施對(duì)于航班安全運(yùn)行的重要性。

2.2 有向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制分析

根據(jù)計(jì)算所得的有向加權(quán)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，依次選取總度值，出度值，入度值，聚合系數(shù)和介數(shù)各參數(shù)排名較為靠前的五個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制。結(jié)果如表6和圖4所示。

表6 按不同參數(shù)控制節(jié)點(diǎn)后的風(fēng)險(xiǎn)傳播結(jié)果

按總度值進(jìn)行控制。排名前5節(jié)點(diǎn)依次為節(jié)點(diǎn)9，10，3，14，20，即短暫性疲勞，累積性疲勞，機(jī)組人員協(xié)作能力，臨時(shí)更改航線，起飛步驟的復(fù)雜性。對(duì)五個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制后，感染峰值下降為7.18，下降率為49.3%。

按出度值進(jìn)行控制。排名前五節(jié)點(diǎn)依次為節(jié)點(diǎn)16，10，14，20，9，即航線上天氣，累積性疲勞，臨時(shí)更改航線，起飛步驟的復(fù)雜性，短暫性疲勞。對(duì)五個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制后，感染峰值下降為8.49，下降率為38.3%。

按入度值進(jìn)行控制。排名前五節(jié)點(diǎn)依次為節(jié)點(diǎn)9，10，3，7，5.即短暫性疲勞，累積性疲勞，機(jī)組人員協(xié)作能力，其余人員飛行經(jīng)驗(yàn)，機(jī)長(zhǎng)飛行經(jīng)驗(yàn)。對(duì)五個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制后，感染峰值下降為9.21，下降率為33.7%。

按介數(shù)進(jìn)行控制。排名前五節(jié)點(diǎn)依次為節(jié)點(diǎn)10，9，16，13，23，即累積性疲勞，短暫性疲勞，航線上天氣，起飛前更改航線，跑道坡度和長(zhǎng)度。對(duì)五個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制后，感染峰值下降為7.88，下降率42.4%。

按聚合系數(shù)進(jìn)行控制。排名前五節(jié)點(diǎn)依次為節(jié)點(diǎn)1，2，6，8，15，即機(jī)組技術(shù)級(jí)別搭配，機(jī)組人員英語(yǔ)水平，機(jī)長(zhǎng)對(duì)航線的熟悉程度，其余人員對(duì)機(jī)場(chǎng)的熟悉程度，無(wú)線電通話水平。對(duì)五個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制后，感染峰值下降為11.87，下降率僅為13.2%。很明顯，根據(jù)聚合系數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制效果較差。分析得知，在航空活動(dòng)中機(jī)長(zhǎng)對(duì)航空器和旅客的安全負(fù)有直接的也是最終的責(zé)任，機(jī)長(zhǎng)在飛行中擁有最高的法律地位和至高無(wú)上的權(quán)力，因此其余人員對(duì)機(jī)場(chǎng)的熟悉程度和英語(yǔ)水平等因素并不是保證航班安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

由以上可以得知，在控制五個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，按總度值進(jìn)行控制效果最好。在控制五個(gè)節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，再根據(jù)總度值的排名增加一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，排名第六為節(jié)點(diǎn)7（其余人員飛行經(jīng)驗(yàn)），將其也當(dāng)成控制節(jié)點(diǎn)后，感染峰值下降為7.05，下降率48.5%。如果再按總度值排名繼續(xù)增加控制節(jié)點(diǎn)，那么感染峰值依然還會(huì)繼續(xù)降低，下降率會(huì)持續(xù)升高。此規(guī)律對(duì)照于其他參數(shù)所控制的節(jié)點(diǎn)也依然有用，隨著控制節(jié)點(diǎn)的增多，感染峰值會(huì)一直降低，風(fēng)險(xiǎn)再網(wǎng)絡(luò)上傳播的抑制效果會(huì)逐步顯著。但是控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)也需要考慮實(shí)際情況，在有限的飛行時(shí)間中，控制的節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加，工作量將會(huì)增加。在該傳播網(wǎng)絡(luò)中，總度值是有效的控制參數(shù)。

按總度值的控制效果比中國(guó)民用航空局2011年采取六大措施進(jìn)一步推進(jìn)持續(xù)安全戰(zhàn)略更好。二者區(qū)別在于不控制節(jié)點(diǎn)4.，5，22，變更為控制節(jié)點(diǎn)9，10，14。即優(yōu)先控制機(jī)組人員的疲勞性和控制臨時(shí)更改航線。分析網(wǎng)絡(luò)參數(shù)數(shù)據(jù)，除了在聚合系數(shù)的排名前五節(jié)點(diǎn)沒(méi)有節(jié)點(diǎn)9和節(jié)點(diǎn)10，在其他四個(gè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)排名前五的節(jié)點(diǎn)中，都有節(jié)點(diǎn)9和10，體現(xiàn)出了節(jié)點(diǎn)9和節(jié)點(diǎn)10在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵性。經(jīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示：短暫性疲勞和累積性疲勞兩個(gè)因素的總度值均為39，在網(wǎng)絡(luò)中排名首位，且由于出度值和入度值也很高，顯示出較高的受傳染及擴(kuò)散能力；兩個(gè)因素的大多數(shù)權(quán)重分別為0.75和1，表現(xiàn)出疲勞對(duì)于機(jī)組人員的普遍性。至于節(jié)點(diǎn)14臨時(shí)更改航路，雖然在航空事故記錄中的頻率并不高，但其出度值和入度值在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都很高，這就表明了其作用的廣泛，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都有很大的作用。根據(jù)資料顯示，2020年八月份一個(gè)月，受雷雨，臺(tái)風(fēng)等天氣影響，共有7329班航班出港延誤，277班航班返航備降；2021年八月份，受南京疫情及其擴(kuò)散影響，民航生產(chǎn)規(guī)模下降幅度較大，呈現(xiàn)客貨雙降的態(tài)勢(shì)，但即便如此，八月份一整個(gè)月依然有479班航班返航備降。另外，如果中途改變航路，還會(huì)增加燃料的消耗，以及可用機(jī)位等問(wèn)題，這些都是非常復(fù)雜的問(wèn)題，很有可能會(huì)引發(fā)相應(yīng)的危險(xiǎn)，從而造成一定的后果。

而對(duì)于節(jié)點(diǎn)4（機(jī)組人員技術(shù)水平）和節(jié)點(diǎn)5（機(jī)長(zhǎng)飛行經(jīng)驗(yàn)），雖然這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的總度值較高，但是其出度值僅為9和7，表現(xiàn)出了較低的傳染性，且統(tǒng)計(jì)民航不安全事件數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其頻次較低，對(duì)外傳播性不強(qiáng)。通過(guò)分析資料發(fā)現(xiàn)，這是由于中國(guó)民用航空公司對(duì)于人員的要求一向很高，甚至被人視為非常的保守。不管是規(guī)則，還是流程，中國(guó)的航空公司，都比國(guó)際上的航空公司要嚴(yán)格得多。其這種嚴(yán)格的態(tài)度同樣可以作用到節(jié)點(diǎn)22（機(jī)場(chǎng)設(shè)備和設(shè)施狀況）上，正是中國(guó)民航對(duì)于這些基礎(chǔ)問(wèn)題的重視，才使得這三個(gè)節(jié)點(diǎn)的邊權(quán)值低于節(jié)點(diǎn)9，10，14。

為了避免感染率β和 恢復(fù)γ的單一性對(duì)仿真結(jié)果產(chǎn)生影響，通過(guò)設(shè)置不同的值后重新進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)傳播規(guī)律保持不變，與上述所得結(jié)論一致。通過(guò)結(jié)合實(shí)際情況，近年來(lái)飛行機(jī)組疲勞是一種隱患，是可能導(dǎo)致航空事故或事故征候的一個(gè)重要因素，不論是短暫性疲勞或累積性疲勞。新聞也曾報(bào)道，執(zhí)飛航班早出晚歸，甚至?xí)円诡嵉?，無(wú)法保證充足睡眠，最后導(dǎo)致疲勞駕駛，是民航飛行員普遍面臨的職業(yè)困擾，長(zhǎng)期疲勞不僅威脅航班運(yùn)行安全，也會(huì)對(duì)飛行員身心健康造成嚴(yán)重危害。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)傳播抑制方案

雖然節(jié)點(diǎn)9，10，3，14，20都表現(xiàn)出了較強(qiáng)的傳播性，但幸運(yùn)的是可以根據(jù)現(xiàn)行的航班運(yùn)行與管理政策，提出一些措施來(lái)緩解這些航班運(yùn)行中可能產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的因素，表7為控制節(jié)點(diǎn)及一些具體措施。

表7 風(fēng)險(xiǎn)緩解措施

3 結(jié)論

根據(jù)華北區(qū)域航班運(yùn)行數(shù)據(jù)和民航不安全事件記錄，構(gòu)建一種有向加權(quán)航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)模型；參照人類社會(huì)系統(tǒng)中傳染病模型，構(gòu)建改進(jìn)SIR模型。綜合中國(guó)民航安全管理方案和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)計(jì)算兩種控制方法，經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)得到：

通過(guò)在SIR模型中加入改進(jìn)感染率和改進(jìn)恢復(fù)率，可有效模擬出當(dāng)部分節(jié)點(diǎn)被控制時(shí)下風(fēng)險(xiǎn)的傳播情況。參照中國(guó)民航安全管理經(jīng)驗(yàn)，將機(jī)組成員技術(shù)水平，機(jī)長(zhǎng)飛行經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組人員協(xié)作能力，起飛步驟的復(fù)雜性，機(jī)場(chǎng)設(shè)備和設(shè)施狀況五個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，風(fēng)險(xiǎn)的傳播得到抑制，感染峰值下降35.4%。當(dāng)以加權(quán)網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)“總度值”為指標(biāo)，選取總度值排名前五節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，感染峰值下降率為49.3%。其中，控制短暫性疲勞，累積性疲勞，機(jī)組人員協(xié)作能力，臨時(shí)更改航線，起飛步驟的復(fù)雜性，可有效抑制航班運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的傳播。為了保證仿真所得結(jié)論的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，特定的值可以改變，包括感染率，恢復(fù)率等。對(duì)不同的數(shù)值進(jìn)行了多次的檢驗(yàn)，所得到的結(jié)果一致。