基于飛行超限事件的飛行安全評估模型

張曉瑜，陳玖圣

（中國民航大學航空自動化學院，天津 300300）

隨著民航業(yè)的快速發(fā)展，各方面影響飛行安全的隱患隨之產(chǎn)生，而飛行安全可能成為制約民航發(fā)展的一個重大問題。雖然中國民航的事故率總體呈不斷下降趨勢，但近20多年來事故率的減少緩慢，與世界航空發(fā)達國家水平還有較大差距。目前普遍采用的航線運行安全檢查（LOSA）系統(tǒng)從正常運行中獲取安全數(shù)據(jù)，以威脅和錯誤管理（TEM）模型為基礎，根據(jù)此模型，界定了多組機組過失、威脅以及機組的反應行為，觀察員將其所觀察的行為輸入到TEM模型提供的一個量化表中，從而完成信息的收集和分類，然后分析得到機組最常遇到的威脅與過失（包括什么時候發(fā)生）、最難處理的威脅與過失及處理不當?shù)暮蠊约安煌瑱C場、機隊、航線與飛行階段遇到的威脅與過失有何不同等。所有這些問題可以讓航空公司發(fā)現(xiàn)飛行運營系統(tǒng)所存在的缺陷，也可以看到機組表現(xiàn)優(yōu)秀的地方。

截止到1998年底，民航的絕大多數(shù)飛機都已加裝了快速數(shù)據(jù)記錄器（QAR），用于監(jiān)控、檢查飛行員操縱的每一個細節(jié)，及時發(fā)現(xiàn)超過飛行標準、不規(guī)范的飛行動作（稱之為事件），通過檢查飛行數(shù)據(jù)來提醒飛行員改正不正確動作，從而提升飛行技能。從飛機真實飛行數(shù)據(jù)中分析飛行超限事件，能夠準確地分析飛行超限事件與飛行安全趨勢，全面監(jiān)控影響飛行安全的飛行超限事件，進而對飛行運行系統(tǒng)進行綜合安全評價，可掌握系統(tǒng)的安全狀況，了解其不足和潛在風險，并針對這些問題提出改進措施，從而提高航空公司系統(tǒng)飛行安全的管理水平。

本文利用改進的AHP[1-2]方法建立了飛行安全評估模型，介紹了飛行安全綜合評價選擇模型的修正及改進，并用實例進行了驗證，結果表明該方法的有效性。

1 基于AHP的飛行安全評估模型

1.1 評價體系模型

飛行安全評價指標體系從4個方面進行構建：①評價指標，解決評價什么的問題；②評價基準，即飛行安全的度量標準；③評價方法或手段，如專家評分還是抽樣調(diào)查，是人工計量還是自動計量等；④評價目標，即項目期望實現(xiàn)的目標或者要達到的結果，使飛行安全達到行業(yè)標準。

對飛行安全[3]評估的關鍵是在滿足航空公司安全評估需求的同時，實現(xiàn)其航班運行經(jīng)濟目標，并不斷提高企業(yè)的安全水平能力。因此，系統(tǒng)發(fā)生的一切活動都必須緊密圍繞這個根本目標來進行。所以，建立健全飛行安全性能評價指標體系，對航空公司航班正常健康運行都至關重要。其次，因為整個飛機的運行狀態(tài)其外部環(huán)境總是處在一個變化的環(huán)境之中，所以評估體系的建立必須反映這種變化。我們認為在飛機飛行過程中外部因素都會反映在飛機實際飛行數(shù)據(jù)中，因此通過記錄在QAR[4]數(shù)據(jù)中的飛行超限事件來建立飛行安全評價指標體系，如表1所示。

1.2 判斷矩陣

在實際評估過程中，由于客觀事物的復雜性和人們認識的多樣性，很難保證判斷矩陣完全一致。如果靠人工不斷地去逐個分析、調(diào)整判斷矩陣，然后再檢驗一致性，必然費時費力且?guī)в幸欢つ啃?，因此需要提出一種更為行之有效的算法，使AHP在給定的判斷矩陣下，不需經(jīng)過一致性檢驗，能夠直接給出所要求的權重值。

改進的AHP矩陣一致性檢驗算法[5]如下：

表1 飛行安全評價指標體系及仿真數(shù)據(jù)Tab.1 Flight safety evaluation system and simulation data

5）求解V的特征向量，得到在給定初始矩陣下各影響因素的權重值。

2 評價過程和指標量化

2.1 飛行安全評價過程

通過兩階段評價方法，包括飛行安全的靜態(tài)評價與選擇過程、動態(tài)評價與選擇過程。它既充分考慮了系統(tǒng)最優(yōu)理論目標，又同時強調(diào)工程的可操作性要求。

1）靜態(tài)評價：是指對影響飛行安全所必須的綜合素質(zhì)及歷史業(yè)績的必要考察。

2）動態(tài)評價：是指針對影響飛行安全事件品質(zhì)的再評估，是對影響飛行安全品質(zhì)所必須的要求不斷提升的再判斷過程。

我們每隔一段時間掃描超限事件，同時對機隊各型號飛機進行安全評估，從而實現(xiàn)對飛機飛行安全的動態(tài)評估管理，通過比較不同時期同一架飛機安全評估水平的變化來進一步對飛機的預防性維修工作提前進行前期準備。

2.2 飛行超限事件發(fā)生率

飛行超限事件發(fā)生率可用一定時期內(nèi)飛行超限事件的發(fā)生次數(shù)與總起降次數(shù)的百分比來表示，它是一個負指標。飛行超限事件的發(fā)生次數(shù)和總起降次數(shù)通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)可得到。

可設時段T內(nèi)總起降次數(shù)為Vz，飛行超限事件的發(fā)生次數(shù)為VT，則飛行超限事件發(fā)生率為

3 系統(tǒng)實現(xiàn)及仿真結果

3.1 QAR譯碼

如圖1所示，通過QAR譯碼軟件對飛機QAR原始數(shù)據(jù)進行譯碼，獲取需要的飛行數(shù)據(jù)。

3.2 飛行航班超限數(shù)據(jù)統(tǒng)計

選取任意3架飛機的30個航班數(shù)據(jù)進行超限數(shù)據(jù)統(tǒng)計，記錄各超限事件發(fā)生的次數(shù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示。

3.3 仿真結果分析

軟件采用.NET為開發(fā)平臺，并在Windows XP操作系統(tǒng)上編譯通過。對指標層超限事件的量化方法，通過對飛行過程中QAR數(shù)據(jù)進行分析得到超限事件統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運用式（1）將指標數(shù)據(jù)進行量化。整個評價過程取消了人為評價，同時隨著系統(tǒng)的運行時間的增加，超限事件的統(tǒng)計數(shù)據(jù)也會越來越全面，評價結果也會越來越正確。系統(tǒng)最終評估結果如圖2所示。

4 結語

本文建立了飛機飛行安全評估指標體系，應用AHP方法建立飛行安全評估模型，通過改進一致性判斷算法對AHP方法進行改進。評價過程避免定性判斷，而是通過對超限事件的不斷統(tǒng)計，對指標層進行定量描述，從而使評價結果更客觀。

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