基于QAR超限事件的可控飛行撞地風(fēng)險分析與對策研究

郭超超，趙慧冰

（1.安陽工學(xué)院飛行學(xué)院，河南安陽455000；2.黃河交通學(xué)院交通工程學(xué)院，河南焦作454950）

在2017至2019年的全球航空安全計劃中，國際民航組織（ICAO）將跑道安全、飛機失控、可控飛行撞地（controlled flight into terrain，CFIT）3類風(fēng)險事件作為高風(fēng)險事件，在3類風(fēng)險事件中CFIT又具有舉足輕重的地位。因此，研究并建立可控飛行撞地風(fēng)險評價體系，提高航空公司安全管理水平、降低事故率、提高飛行技術(shù)，對民航業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

QAR數(shù)據(jù)具有客觀性、嚴(yán)謹(jǐn)性等優(yōu)點，它能顯示飛行員整個飛行的操作過程，QAR分析人員可以通過監(jiān)控QAR數(shù)據(jù)查看飛行中出現(xiàn)的問題。然而僅僅用單個數(shù)據(jù)來衡量飛行員操作能力太過于片面，利用采集的QAR大數(shù)據(jù)分析某一階段的警告數(shù)據(jù)則能顯示某公司在運行時可能出現(xiàn)的問題。因此挖掘QAR數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，將風(fēng)險關(guān)口前移則成為當(dāng)今航空安全研究熱點。祁明亮等[1]針對飛機著陸階段的某一QAR超限事件，選取了幾個具有代表性的綜合操作指標(biāo)在無線電高度20ft的數(shù)值及其在20ft至接地期間的變化率，通過建立數(shù)學(xué)模型，找出操作指標(biāo)上區(qū)間的邊界值，以此診斷可能觸發(fā)該QAR超限事件的高風(fēng)險區(qū)域。孫瑞山等[2]利用QAR數(shù)據(jù)建立飛行安全評價模型，以QAR超限事件為評價指標(biāo)，通過一定算法得到了各指標(biāo)權(quán)重，從而利用灰色聚類方法評價了一定時期內(nèi)的飛行安全水平。萬健等[3]考慮了不同風(fēng)險源之間的風(fēng)險貢獻(xiàn)度差異，參考中國民航飛行品質(zhì)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險閾值，建立了基于離散型超限事件和連續(xù)型超限事件的飛行安全風(fēng)險評價模型。楊繹煊[4]通過確定白化權(quán)函數(shù)并利用離差最大化原理得到各指標(biāo)權(quán)重，應(yīng)用灰色聚類方法對某公司固定機型在某一段時期內(nèi)的航班運行安全風(fēng)險進(jìn)行了評價。高揚等[5]利用QAR數(shù)據(jù)，結(jié)合集對分析和馬爾科夫理論建立了飛行安全態(tài)勢評估模型，用以預(yù)測飛行安全動態(tài)變化趨勢。汪磊等[6]基于飛行QAR數(shù)據(jù)建立了一個重著陸風(fēng)險的定量評價模型。

因此，本文依據(jù)QAR超限事件，結(jié)合中國民航飛行品質(zhì)監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了可控飛行撞地風(fēng)險評價指標(biāo)體系，利用層次分析法確定不同監(jiān)控項目權(quán)重，借鑒風(fēng)險指數(shù)評價法和海因里希法則，建立了用于評價可控飛行撞地風(fēng)險的模型，該模型能夠定量評價某公司的可控飛行撞地風(fēng)險，為公司制定安全管理措施及飛行訓(xùn)練項目提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 可控飛行撞地風(fēng)險評價指標(biāo)體系

本文根據(jù)不同飛行階段可能觸發(fā)的超限事件及可控飛行撞地的內(nèi)涵，結(jié)合中國民用航空局飛行標(biāo)準(zhǔn)司下發(fā)的《空客和波音飛行飛行品質(zhì)監(jiān)控項目規(guī)范》，建立了基于QAR超限事件的評價指標(biāo)體系，可控飛行撞地風(fēng)險相關(guān)的監(jiān)控項目共計包含16個。在研究時將監(jiān)控項目從不同運行階段劃分，運行階段則是依據(jù)中國民用航空局發(fā)布的AC-396-AS-2014-06咨詢通告中對運行階段的劃分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)及經(jīng)驗可知，控飛行撞地主要發(fā)生在起飛階段、進(jìn)近階段及著陸階段。

2 確定評價指標(biāo)權(quán)重

2.1 基于層次分析法確定監(jiān)控項目權(quán)重

層次分析法是通過將復(fù)雜問題分解成各個不同的組成部分，并按元素的相互關(guān)系及其隸屬關(guān)系形成不同的層次，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析。該方法能夠?qū)⑷藗兊乃季S過程系統(tǒng)化、數(shù)學(xué)化、邏輯清晰便于人們接受。本研究涉及16個監(jiān)控項目，不同監(jiān)控項目對可控飛行撞地影響不同，故可利用層次分析法確定各監(jiān)控項目權(quán)重。

層次分析法的核心是構(gòu)造判斷矩陣，通常情況下利用1～9標(biāo)度方法，結(jié)合專家經(jīng)驗將評價指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，從而得到判斷矩陣，如表1所示。

表1 判斷矩陣

表中Bk表示上一層某元素，Cn表示相對于Bk下一層元素，Cnm表示Cn元素與Cm元素相比的重要等級。

在構(gòu)建判斷矩陣時，由于不同監(jiān)控項目的制定與飛行員密切相關(guān)，在構(gòu)造判斷矩陣時，選擇了某一公司的安監(jiān)部和飛行部負(fù)責(zé)人、具有機長資質(zhì)的飛行員作為評價專家，通過填寫咨詢表之后形成判斷矩陣。

由于判斷矩陣不能保證完全一致性，因此在層次分析法中引入判斷矩陣最大特征根以外的其余特征根的負(fù)平均值作為度量其偏離一致性的指標(biāo)，計算方法如（1）所示，CI值越小代表判斷矩陣的一致性越好。

對于不同階的判斷矩陣，人們判斷的一致誤差不同，CI值的要求也不同，因此引入平均隨機一致性指標(biāo)RI值。判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI與平均隨機一致性指標(biāo)RI之比稱為隨機一致性比率，記為CR。當(dāng)CR=CI/RI＜0.1時，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要繼續(xù)調(diào)整判斷矩陣。

本文利用方根法計算判斷矩陣的最大特征值。

1）計算判斷矩陣每一行元素乘積Mi

2）計算Mi的n次方根

則W=[W1,W2,…,Wn]T就是所求的特征向量。

4）計算判斷矩陣的最大特征根λmax

2.2 基于海因里希法則確定嚴(yán)重程度

海因里希法則提出的每一起重大事故背后必有29件輕度的事故，還有300件潛在的隱患。針對QAR超限事件不同超限程度將其劃分為輕度偏差和嚴(yán)重偏差（警告標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置參考民航局下發(fā)的規(guī)范性文件），不同偏差程度對可控飛行撞地風(fēng)險影響不同，偏差程度越大則對安全影響越嚴(yán)重。通過統(tǒng)計分析2015年至2018年期間超限事件發(fā)生次數(shù)，輕度偏差和嚴(yán)重偏差警告比例穩(wěn)定在9:1。故將輕度偏差的嚴(yán)重度權(quán)重定為0.1，嚴(yán)重偏差的嚴(yán)重度權(quán)重定為0.9。

3 構(gòu)建可控飛行撞地風(fēng)險評價模型

本文借鑒風(fēng)險指數(shù)評定方法，該方法中風(fēng)險指數(shù)（R）用于衡量各類事件的風(fēng)險等級，通常利用后果嚴(yán)重性（S）與風(fēng)險發(fā)生概率（P）相乘得出，可以表示為

借鑒該評價方法，提出了飛行品質(zhì)指數(shù)FQI(Flight quality index)，用于定量評價可控飛行撞地風(fēng)險，可以表示為

其中，Wij代表某一超限事件觸發(fā)超限事件的嚴(yán)重度，即監(jiān)控項目的權(quán)重,不同的超限事件對飛行安全影響的程度不同。PRij和PLij分別代表不同超限等級事件發(fā)生的頻率，超限事件發(fā)生頻率作為評價可控飛行撞地風(fēng)險的另一方面，發(fā)生頻率越高也就表示風(fēng)險越高。在實際計算時，利用航空公司一年內(nèi)不同超限事件的發(fā)生次數(shù)除以總監(jiān)控航班架次，得出某一類超限事件發(fā)生頻率。FQI表示可控飛行撞地風(fēng)險值，該值越高表示航空公司安全風(fēng)險越大。將該評價方法用于民用航空領(lǐng)域，可以通過機組在執(zhí)行航班過程中發(fā)生的超限事件作為研究對象，超限事件的嚴(yán)重性越大，對飛行安全影響也越高。

4 可控飛行撞地風(fēng)險評價案例

本文研究數(shù)據(jù)，均來自國內(nèi)某一家中型客運航空公司真實的QAR數(shù)據(jù)。該航司具有單一的空客機型，為驗證該模型的實用性及可行性，從該航空公司獲取2015年至2018年期間航班運行數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 某公司航班運行數(shù)據(jù)

通過收集每年航班運行的QAR數(shù)據(jù)，可以得到不同超限事件的超限次數(shù)及超限情況（軟、硬警告情況），如表3所示。

由于不同監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)需要綜合考慮公司安全績效、飛行實際情況及飛行員對不同監(jiān)控項目的認(rèn)識情況等，故選擇3名安監(jiān)部負(fù)責(zé)人、3名飛行部負(fù)責(zé)人、10名副駕駛（F3）、4名機長組成專家團(tuán)，分別讓專家團(tuán)填寫咨詢表，通過分析、整理咨詢表構(gòu)建了判斷矩陣，限于篇幅，本文以進(jìn)近階段構(gòu)造判斷矩陣，如表4所示。

表3 2015-2018年某航空公司實際超限事件次數(shù)表

表4 進(jìn)近階段判斷矩陣

計算可知，λmax=8.285 0，CR=0.028 9，Cl=0.040 7，RI=1.41，由于CR＜0.1，表示該判斷矩陣滿足一致性。本文中構(gòu)造的所有判斷矩陣均通過了一致性檢驗。利用公式（2）-（5）計算可得到可控飛行撞地層次總排序權(quán)值，如下表5所示。

表5 可控飛行撞地層次總排序權(quán)值

續(xù)表5

由表5可知，影響可控飛行撞地最嚴(yán)重的事件分別是非著陸形態(tài)落地、近地警告-著陸階段、選擇著陸構(gòu)型晚、近地警告-進(jìn)近階段、著陸滾轉(zhuǎn)角大警告。后期飛行部在管理和后續(xù)訓(xùn)練中，要把更多的精力放在非著陸形態(tài)落地、選擇著陸構(gòu)型晚、近地告警等監(jiān)控項目上，做到在資金有限、精力有限的條件下“抓大放小”，從而在根本上提高公司安全。

依據(jù)公式（7），可得到該公司歷年的可控飛行撞地風(fēng)險值，如表6所示。

表6 2015年-2018年可控飛行撞地飛行品質(zhì)指數(shù)

由表6看出，2015年-2017年期間飛行品質(zhì)指數(shù)逐漸升高，表明該公司可控飛行撞地風(fēng)險呈上升趨勢。利用該計算方法得到的風(fēng)險值與該公司的實際情況相符，經(jīng)調(diào)查，該公司在2015年至2017年期間由于發(fā)展較快，引進(jìn)飛機速度過快導(dǎo)致相應(yīng)的機長出現(xiàn)缺口，加之飛行員訓(xùn)練存在一定問題，導(dǎo)致飛行安全出現(xiàn)了明顯增長，后期由于出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的飛行安全事件，該公司開始重視飛行安全問題，增大了安全投入力度，在2018年使得飛行品質(zhì)有所改善。

5 結(jié)論

1）基于QAR數(shù)據(jù)建立可控飛行撞地風(fēng)險評價模型，針對性選取反映可控飛行撞地風(fēng)險的超限事件作為評價指標(biāo)，依據(jù)層次分析法和海因里希法則確定指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建定量評價可控飛行撞地風(fēng)險的模型。該模型可定量評價航空公司的安全運行水平。

2）提出了飛行品質(zhì)指數(shù)（FQI）的概念，利用該方法能夠定量評價航空公司的可控飛行撞地風(fēng)險水平，彌補了定性評價說服力不強等問題。

3）應(yīng)用某公司2014年至2018年QAR數(shù)據(jù)，驗證了模型的適用性和有效性，評價結(jié)果與該公司實際情況相符，該評價模型可應(yīng)用于航空公司的可控飛行撞地風(fēng)險評價。