基于AHP-Entropy綜合權(quán)重法的防相撞與安全評價

李涵，於勇，賀祥

93868部隊

防止航空器空中相撞是飛行安全工作的重要內(nèi)容，而空中飛行矛盾激增，急須一種新的安全評價方法。以“人—機—環(huán)—管”理念為基礎(chǔ)，結(jié)合層次分析法、熵權(quán)法，建立防相撞與安全評價方法模型，對影響航空器飛行安全的各種因素進(jìn)行量化分析，以此為標(biāo)準(zhǔn)對各單位的防相撞工作進(jìn)行評價，更好地指導(dǎo)各項防相撞工作的開展。

防相撞是空軍明確的防范“十個領(lǐng)域”重大風(fēng)險的重要內(nèi)容，事關(guān)國家、軍隊聲譽，人民生命、財產(chǎn)安全。切實做好防相撞工作是空中交通管理的一項重要任務(wù)。隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展，國防建設(shè)的不斷推進(jìn)，軍用和民用航空器對空域資源的使用需求不斷增長，由此帶來的航空器相撞隱患也越來越大。

針對上述問題，本文提出基于AHP-Entropy綜合權(quán)重法的防相撞與安全評價方法。在實際工作中，部隊可對防相撞工作進(jìn)行預(yù)先科學(xué)評價，有利于制訂針對性強的實施方案，指導(dǎo)防相撞工作順利有效開展。

本文首先建立防相撞與安全指標(biāo)體系，然后利用AHP-Entropy綜合權(quán)重法進(jìn)行安全評價。

引發(fā)航空器相撞的因素

影響航空器飛行安全，致使航空器相撞的因素主要包括：人員的不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)、環(huán)境中的不安全成分和管理中的不完善工作，即“人—機—環(huán)—管”理念。以系統(tǒng)安全為指導(dǎo)思想，全面分析空中交通管理系統(tǒng)中的人為因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素和管理因素四者之間的內(nèi)在聯(lián)系，以此為依據(jù)建立防相撞與安全指標(biāo)體系。

（1）人為因素

人為因素是指人的主觀行為，包括人本身，人與人、環(huán)境甚至機器之間的行為等。人是最靈活、最具適應(yīng)性的因素，但同時也容易產(chǎn)生差錯。通常，對航空器飛行安全產(chǎn)生較大影響的人員可分為飛行人員、管制人員以及機務(wù)維修人員。

（2）設(shè)備因素

設(shè)備是進(jìn)行空中交通活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，其作用是為航空器正常、安全、經(jīng)濟和有效運行提供技術(shù)保障，主要包括通信、導(dǎo)航、監(jiān)視、管制以及氣象等設(shè)備。設(shè)備故障或者異常狀態(tài)直接造成航空器相撞事故的概率較低，卻是構(gòu)成事故的一個重要因素。

（3）環(huán)境因素

系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)為，任何系統(tǒng)都是在一定的環(huán)境中產(chǎn)生，又在一定的環(huán)境中運行、延續(xù)，不存在沒有環(huán)境的系統(tǒng)。空中交通管理系統(tǒng)也是如此，它必然處于一定的自然環(huán)境、空域環(huán)境以及機場環(huán)境之中。

（4）管理因素

航空器相撞事故研究表明，盡管事故通常是由“人—機—環(huán)—境”不安全因素中的單一或兩個以上因素引發(fā)，但是總存在一個“條件事件”，這個“條件事件”就是管理因素。人、機、環(huán)境因素是造成事故的直接原因。而管理是事故的間接因素，卻是本質(zhì)原因。航空器在運行過程中，如果空中交通管理系統(tǒng)存在管理缺陷或混亂，不安全因素就會發(fā)生。通常，管理因素包括組織機制、組織監(jiān)督、組織文化。

防相撞與安全指標(biāo)體系建立

通過分析航空器相撞原因，匯總和分析相關(guān)資料以及利用專家咨詢，以分層方式初步構(gòu)建防相撞與安全指標(biāo)體系，詳見表1。

表1 防相撞與安全指標(biāo)體系。

基于AHP-Entropy 綜合權(quán)重法的評價

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）在分析繁瑣、層次較多的問題時，將問題分層，分析各個因素之間的關(guān)聯(lián)性和影響程度，從而令問題簡化，方便直觀理解。利用專家打分，將定性因素定量化。該方法方便、靈活、簡潔，但是主觀色彩濃厚，分析結(jié)果容易片面化。

熵權(quán)法（Entropy）將熵作為信息的一個度量，信息量越大，熵也越大。通過計算熵值可以判斷一個事件的隨機性和無序程度，或者某個指標(biāo)的離散程度，離散程度越大，該指標(biāo)對綜合評價的影響也越大。熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)法，僅依賴于數(shù)據(jù)本身的離散性。因此，評價結(jié)果客觀，但極易受極差影響，可能導(dǎo)致結(jié)果不真實。

上述兩種方法相結(jié)合，得到AHPEntropy綜合權(quán)重法。利用數(shù)學(xué)計算，綜合分析主觀和客觀因素，得到每個因素的影響權(quán)重，然后利用模糊綜合評價法，對防相撞工作進(jìn)行評價。具體步驟如下所述。

（1）確定綜合權(quán)重

①利用層次分析法確定權(quán)重

步驟一：根據(jù)實際需要，建立相關(guān)遞階層次結(jié)構(gòu)。在確定權(quán)重時，重點在于建立防相撞安全指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)。通過專家打分，理順各影響因素之間的關(guān)系和層次，建立目標(biāo)層U、準(zhǔn)則層V以及指標(biāo)層X。

步驟二：構(gòu)造判斷矩陣。通過咨詢專家，將統(tǒng)一準(zhǔn)則層中的各個指標(biāo)進(jìn)行相互之間重要性對比，利用1 ～9位標(biāo)度法，針對不同情況的結(jié)果，計算出數(shù)量標(biāo)度，構(gòu)成判斷矩陣。例如，準(zhǔn)則層中包含4個指標(biāo)，通過專家打分，可以得出指標(biāo)之間的權(quán)重關(guān)系y，得到式（1）判斷矩陣：

步驟三：進(jìn)行層次單排序和一致性檢驗。層次單排序是指根據(jù)判斷矩陣，研究本層次中的因素對于上一層次中的某因素的重要性，并對其進(jìn)行排序。接下來進(jìn)行一致性檢驗。

式（3）中，λ為判斷矩陣的最大特征根，n為指標(biāo)數(shù)量（判斷矩陣階數(shù)），CR為一致性檢驗結(jié)果，CI為一致性指標(biāo)。在式（2）中，RI為平均隨機一致性指標(biāo)，可查看表2。

表2 平均隨機一致性指標(biāo)取值參考。

當(dāng)CR＜0.1時，判斷矩陣具有一致性。反之，則須要調(diào)整判斷矩陣，使其滿足一致性檢驗。

②利用熵權(quán)法確定權(quán)重

假設(shè)有n個指標(biāo)。

步驟一：計算第i個指標(biāo)的信息熵：

步驟二：計算第i個指標(biāo)差異因素：

步驟三：計算第i個指標(biāo)的權(quán)重：

則得到指標(biāo)體系權(quán)重向量W：

③計算綜合權(quán)重

具體步驟如下。

步驟一：用層次分析法確定準(zhǔn)則層的權(quán)重矩陣V，以及指標(biāo)層的權(quán)重矩陣：

式（9）中，q表示準(zhǔn)則層個數(shù)。式（10）中，p表示指標(biāo)個數(shù)。

步驟二：利用熵權(quán)法確定指標(biāo)層權(quán)重矩陣X2，并計算綜合權(quán)重X：

式（13）為向量值計算過程。

步驟三：將X中的每個指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，得到X’。

步驟四：計算每個指標(biāo)的最后綜合權(quán)重，并進(jìn)行歸一化處理，得到q×p的矩陣C。

（2）模糊綜合評價

模糊綜合評價一般有以下幾個步驟。

①建立綜合評價集

設(shè)立5個評價等級，分別為優(yōu)秀（90分以上）、良好（80 ～90分）、一般（60 ～0分）、差（30 ～60分）、極差（30分以下），得到評價等級向量E（e1，e2，e3，e4，e5）。e1至e5分別代表90分、70分、50分、30分、10分，詳見表3。

表3 評價等級表。

②計算綜合隸屬度向量

通過專家打分，對n項指標(biāo)進(jìn)行評價，得到隸屬度矩陣R：

式（15）中，rij（i=1,2,3,4,5j=1,2,…,n）表示每個指標(biāo)在每個評價等級中對應(yīng)的可能程度，可能程度越大，代表此項指標(biāo)越接近于此評價。

③計算評價結(jié)果

式（16）中，bij（i=1,2,…,n j=1,2,3,4,5）表示第i項因素對應(yīng)第j項評價等級的可能程度；S為綜合隸屬度向量；G為量化分析評價等級。

實例分析計算

以2018年1月某機場防相撞與安全評價為例，分別利用層次分析法和熵權(quán)法計算權(quán)重，然后計算綜合評價結(jié)果，對該機場進(jìn)行模糊綜合評價。

（1）基于AHP的權(quán)重計算

根據(jù)每個準(zhǔn)則層以及各準(zhǔn)則層中的每個指標(biāo)層的專家評價結(jié)果，通過Matlab矩陣函數(shù)計算，可以得到準(zhǔn)則層和指標(biāo)層經(jīng)歸一化處理后的權(quán)重值，詳見表4至表9。

表4 準(zhǔn)則層分析。

表9 基于AHP的權(quán)重計算值。

（2）基于Entropy的權(quán)重計算

邀請5位防相撞專家組成評價小組，對防相撞與安全評價賦予分值，分值越高說明該指標(biāo)在防相撞工作中存在的風(fēng)險越大。同樣，得到各個指標(biāo)層的權(quán)重計算值，詳見表10。

表10 Entropy 權(quán)重計算值。

（3）綜合權(quán)重計算

將基于AHP和Entropy兩種方法分別得到的權(quán)重計算值進(jìn)行整理，可以得到14個指標(biāo)層在目標(biāo)層中所占的權(quán)重，即表11。

表11 綜合權(quán)重值。

（4）模糊綜合評價

將上一步計算出的綜合權(quán)重值在同一準(zhǔn)則層內(nèi)進(jìn)行歸一化處理，得到該準(zhǔn)則層的綜合權(quán)重矩陣，分別為WV1，WV2，WV3，WV4，將所有準(zhǔn)則層在目標(biāo)層內(nèi)進(jìn)行歸一化處理，得到權(quán)重矩陣WU。

表5 人為因素V1分析。

表6 設(shè)備因素V2 分析。

表7 環(huán)境因素V3分析。

表8 管理因素V4分析。

將某機場防相撞與安全評價指標(biāo)的評價等級的隸屬度進(jìn)行整理，詳見表12。

表12 安全評價指標(biāo)隸屬度統(tǒng)計表。

將每個權(quán)重向量與對應(yīng)隸屬度相乘，進(jìn)行因素評價，得到的值即為評價結(jié)果。

人為因素V1的隸屬度評價值SV1：

根據(jù)前文中得到的評價等級向量E（90，70，50，30，10），計算等級如下：

設(shè)備因素V2的隸屬度評價值SV2：

計算等級如下：

由上面計算可知，2018年1月某機場涉及人為因素和設(shè)備因素的防相撞與安全評價等級為一般，涉及環(huán)境因素和管理因素的防相撞與安全評價等級為差，整個防相撞與安全評價等級為一般。

總結(jié)

本文在對目前防相撞工作進(jìn)行充分考察的基礎(chǔ)上，建立了防相撞與安全指標(biāo)體系，結(jié)合層次分析法和熵權(quán)法的各自優(yōu)勢，將影響因素的主觀性和客觀性相結(jié)合，確定各指標(biāo)的綜合權(quán)重，并用模糊綜合評價法對安全等級進(jìn)行分類，希望為實際防相撞工作提供必要的理論依據(jù)。■