空管單位運(yùn)行條件審核評估研究

楊昌其，韓月，趙星森，李柳池

（中國民用航空飛行學(xué)院空管安全研究所，廣漢618300）

0 引言

隨著旅客出行及貨郵運(yùn)輸需求的不斷增加，近年來各地政府及民航局一直在籌建布局新機(jī)場，2020年我國布局規(guī)劃民用機(jī)場總數(shù)達(dá)到260個[1]?！睹裼煤娇湛罩薪煌ü芾硪?guī)則》（CCAR-93-R5）[2]規(guī)定，全年起降超過3.6萬架次的機(jī)場要進(jìn)行塔近分離工作，即原有的一個管制室要分離為塔臺和進(jìn)近兩個管制室。隨著運(yùn)輸量大幅增長，許多原本塔近合并的機(jī)場全年起降架次突破了3.6萬，需要推進(jìn)塔近分離工作。

張建平[3]早在2002年就將空管系統(tǒng)子目標(biāo)確立為“安全、便捷、舒適、經(jīng)濟(jì)”四點(diǎn)，利用“兩兩比較法”量化權(quán)重并繪制出目標(biāo)樹，對空管服務(wù)質(zhì)量評估進(jìn)行了理論上的初步嘗試。2018年，李遠(yuǎn)[4]分別對單一和多家空管單位的安全能力進(jìn)行評估，其中對多家空管單位安全評估中又分別對其單類安全能力與綜合安全能力進(jìn)行了評估，采用因子分析法、共原點(diǎn)灰色聚類法、TOP?SIS排序法及環(huán)比指標(biāo)熵權(quán)法，通過對比及相互驗證的方式反映空管單位整體安全保障水平。2019年，趙玉環(huán)、曹興武等人[5]應(yīng)用直覺三角模糊數(shù)排序模型對影響因素進(jìn)行排序并進(jìn)行算例驗證，綜合灰色關(guān)聯(lián)分析法、TOPSIS法和矢量投影法，避免了單一排序方法的局限性，同時解決了度量指標(biāo)的模糊性和不確定性問題。而目前在對于新設(shè)立管制單位的空管運(yùn)行條件方面的評估研究較少。

1 管制單位運(yùn)行條件概念及評估指標(biāo)挖掘

中國民用航空局于2018年5月1日起施行的《民用航空空中交通管理規(guī)則》（CCAR-93-R5）[2]，空管單位的運(yùn)行條件要保障空中交通安全、有序、高效的運(yùn)行。其中“安全”可列為管制運(yùn)行安全性能指標(biāo)、“高效”可列為管制運(yùn)行效率性能指標(biāo)，“有序”可理解為單位運(yùn)行符合國家相關(guān)法律法規(guī)及相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制度，可認(rèn)作為管制運(yùn)行管理指標(biāo)。管制單位運(yùn)行條件指標(biāo)可從安全、效率、規(guī)范化管理三個方面來考慮，依據(jù)CCAR-93-R5、“民用航空空中交通管理運(yùn)行單位安全管理規(guī)則”（CCAR-83）[6]等相關(guān)文件及前人研究成果確立指標(biāo)項，同時結(jié)合一線實際運(yùn)行情況，通過發(fā)放問卷調(diào)查等方式進(jìn)行篩選整合及拓展豐富。

2 管制單位運(yùn)行條件評估模型建立

2.1 運(yùn)行條件評估指標(biāo)體系構(gòu)建

本文在指標(biāo)挖掘及建立指標(biāo)體系過程中，發(fā)現(xiàn)如果按安全、效率、管理三個方面作為一級指標(biāo)進(jìn)行構(gòu)建的話，空管運(yùn)行的安全條件與效率條件下級指標(biāo)總是有重合的部分，即某些指標(biāo)既代表安全又代表效率，無法簡單按照概念劃分開，而空管運(yùn)行主要包含人員、技能、培訓(xùn)、設(shè)施、設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、制度、程序、組織等方面。故我們將這些指標(biāo)按照人、機(jī)、環(huán)、管及初始運(yùn)行五個方面來劃分，在這五個一級指標(biāo)下綜合考慮符合空管運(yùn)行性能的二級指標(biāo)，既避免了重復(fù)，又解決了劃分不合理的問題。

根據(jù)體系構(gòu)建的系統(tǒng)性、科學(xué)性、可操作性、動態(tài)性、穩(wěn)定性等原則，通過走訪調(diào)研及文獻(xiàn)研究確立了初始指標(biāo)體系，再經(jīng)管制單位專家及民航院校教授進(jìn)行頭腦風(fēng)暴討論并達(dá)成一致意見，最終確立空管單位運(yùn)行條件指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 空管單位運(yùn)行條件指標(biāo)體系

2.2 權(quán)重確定方法

在建立空管單位運(yùn)行條件審核評估指標(biāo)體系后，需要對各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行確定。常用的方法有CV法、CRITIC權(quán)重法。本文我們采用SPSSAU進(jìn)行權(quán)重計算。

（1）變異系數(shù)法

也稱信息量權(quán)重法，變異系數(shù)法是一種客觀賦權(quán)法。其思想在于利用數(shù)據(jù)的變異系數(shù)進(jìn)行權(quán)重賦值，如果變異系數(shù)越大，說明其攜帶的信息越大，因而權(quán)重也會越大，此種方法適用于專家打分。

首先我們邀請空管單位經(jīng)驗豐富的專家指標(biāo)進(jìn)行打分，然后計算每個專家評分的變異系數(shù)，再根據(jù)變異系數(shù)求得各專家權(quán)重。各個專家評分的變異系數(shù)公式如下：

式中：Vi是第i個專家的變異系數(shù)（C系數(shù)）、也叫標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)，σi是第i個專家的標(biāo)準(zhǔn)差，Xˉi是第i個專家的平均數(shù)。

各專家權(quán)重為：

然后根據(jù)各專家權(quán)重對各指標(biāo)得分進(jìn)行加權(quán)得到最終分?jǐn)?shù)，記為βj（j=1，2，…，m）

各指標(biāo)權(quán)重計算公式為：

（2）CRITIC權(quán)重法

CRITIC權(quán)重法是一種客觀賦權(quán)法。其思想在于用兩項指標(biāo)，分別是對比強(qiáng)度和沖突性指標(biāo)。對比強(qiáng)度使用標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行表示，如果數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差越大說明波動越大，權(quán)重會越高；沖突性使用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行表示，如果指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)值越大，說明沖突性越小，那么其權(quán)重也就越低[8]。

2.3 CV&CRITIC TOPSIS排序法定量評估

TOPSIS排序法原理是通過比較待評估對象與理想對象的相對貼近度來確定待評估對象在某評判準(zhǔn)則下的相對優(yōu)劣程度[9]。因此TOPSIS排序法所選取的評估指標(biāo)應(yīng)具有較高的標(biāo)準(zhǔn)性和可對比性。CV&CRIT?IC TOPSIS評價法是將信息量權(quán)重法、CRITIC法和TOPSIS法綜合起來的一種評價方法。其核心仍然是TOPSIS排序法，只是在計算時先綜合CV法和CRITIC法計算出各指標(biāo)權(quán)重，將評價指標(biāo)數(shù)據(jù)與權(quán)重相乘得到新的評估數(shù)據(jù)，再利用TOPSIS排序法進(jìn)行評估。

本節(jié)以前章所構(gòu)建的空管單位運(yùn)行條件定量評估指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，對已挖掘的評估指標(biāo)項重新進(jìn)行環(huán)比組合，確定出18項環(huán)比性指標(biāo)用于基于TOPSIS空管單位綜合運(yùn)行條件定量評估算例驗證，具體評估指標(biāo)見表1。

表1 環(huán)比指標(biāo)模型

（1）構(gòu)建初始判斷矩陣

與熵值法同理。

（2）原始數(shù)據(jù)規(guī)范化

在TOPSIS中數(shù)據(jù)需要全部同趨勢正向化，即數(shù)據(jù)一定需要越大代表越優(yōu)，因此對逆向指標(biāo)首先使用倒數(shù)功能處理，讓數(shù)據(jù)越大代表越優(yōu)。接著對數(shù)據(jù)進(jìn)行量綱化處理，需使用平方和歸一化（SSN），規(guī)范化決策矩陣表示為A矩陣。

倒數(shù)公式：

平方和歸一化公式：

（3）構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化決策矩陣

為構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化決策矩陣，首先要計算各指標(biāo)權(quán)重。為驗證評估結(jié)果的準(zhǔn)確性、有效性，本文采用兩種方法構(gòu)建權(quán)重。第一種方法為CV權(quán)重法。第二種方法為CRITIC權(quán)重法。

（4）計算正、負(fù)理想解

通過對比E i值的大小，判斷評估目標(biāo)在某一特性評估中的相對優(yōu)劣情況。

3 算例驗證

我們選取待塔近分離的西南某機(jī)場空管塔臺數(shù)據(jù)進(jìn)行算例驗證。選取該機(jī)場兩年的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均作為原始數(shù)據(jù)。驗證過程如下。

3.1 CV&CRITIC法計算指標(biāo)權(quán)重

（1）一級指標(biāo)權(quán)重計算

我們邀請五位專家對五項一級指標(biāo)重要程度進(jìn)行打分（取滿分為100分，分值越大代表該項指標(biāo)越重要），記為b ij，i=1，2，…，5分別對應(yīng)初始運(yùn)行數(shù)據(jù)、人員條件、設(shè)施設(shè)備條件、環(huán)境條件及組織管理條件五項一級指標(biāo)，j=1，2，…，5分別代表專家1、2、3、4、5。對分?jǐn)?shù)b ij運(yùn)用SPSSAU中的信息量權(quán)重法求得各專家權(quán)重W j如下所示，將各指標(biāo)對應(yīng)分?jǐn)?shù)加權(quán)后各指標(biāo)得分分別如下。

①變異系數(shù)法（CV法）

w jε=（19.88%，23.33%，15.59%，19.83%，21.37%），βi={75.766，93.623，68.306，61.304，79.390}。

再將此得分根據(jù)公式（3）得到各指標(biāo)權(quán)重：

wi?={0.200，0.247，0.181，0.162，0.210，i=1，2，…，5}。

②CRITIC法

使用SPSSAU，運(yùn)用CRITIC法求各專家權(quán)重及加權(quán)后得分αi如下：w jτ={19.61%,16.43%,22.43%,19.48%,22.05%}，αi={75.834,93.287,68.527,61.767,79.124}

將此得分同樣根據(jù)公式（3）得到各指標(biāo)權(quán)重：w iφ={0.208,0.255,0.151,0.169,0.217,i=1,2,…,5}。

③一級指標(biāo)綜合權(quán)重計算

我們令一級指標(biāo)權(quán)重wi=γwi?+(1-γ)wiφ，再令γ=0.5，即認(rèn)為信息量權(quán)重法及CRITIC法這兩種方法分析結(jié)果同樣準(zhǔn)確，最終求得一級指標(biāo)綜合權(quán)重為：w i={0.204,0.252,0.165,0.166,0.213,i=1,2,…,5}。

（2）二級指標(biāo)權(quán)重計算

同理用上述方法對各項一級指標(biāo)下的二級指標(biāo)分別計算權(quán)重，最后進(jìn)行加權(quán)得綜合權(quán)重如下：

W={0.0620，0.0701，0.0718，0.0552，0.0529，0.0472，0.0478，0.0491，0.0558，0.0544，0.0548，0.0615，0.0549，0.0496，0.0540，0.0522，0.0546，0.0521}。

3.2 運(yùn)行條件定量評估

3.2.1 構(gòu)建初始規(guī)范化矩陣

本文在進(jìn)行空管單位運(yùn)行條件審核評估方法研究及算例驗證前期，參照實驗室《空管系統(tǒng)運(yùn)行單位安全能力評估試點(diǎn)驗證》項目報告采集到的較為完整的12家空管單位的評估指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析、查閱國內(nèi)外有關(guān)空管運(yùn)行條件等級劃分資料以及邀請民航局相關(guān)專家根據(jù)個人工作經(jīng)驗初步建立如下表2所示空管單位運(yùn)行條件等級準(zhǔn)則：將空管單位運(yùn)行條件劃分為五級：低、偏低、中等、較高、高。表中第一列數(shù)據(jù)是取自待評估單位“空管單位一的樣本數(shù)據(jù)。

表2 空管單位運(yùn)行條件等級準(zhǔn)則

其中Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z12、Z13、Z14為逆向指標(biāo)，Z1、Z2、Z3、Z9、Z10、Z11、Z15、Z16、Z17、Z18均為正向指標(biāo)。先利用公式（1）對逆向指標(biāo)正向化，再對所有指標(biāo)用公式（2）處理量綱得待估矩陣X。

3.2.2 CV&CRITIC TOPSIS排序法評估空管單位運(yùn)行條件

對矩陣X每行分別乘以該行的權(quán)重值得到加權(quán)綜合評估矩陣如下：

（1）利用MATLAB程序得基于TOPSIS排序法的評估矩陣正、負(fù)理想解分別為：

（3）計算相對貼進(jìn)度：

依據(jù)公式（10）計算單位一相對貼進(jìn)度E=0.6062。

4 結(jié)語

4.1 結(jié)果分析

由3.2.2可知，基于CV&CRITIC TOPSIS法評估結(jié)果顯示：空管單位一運(yùn)行條件評估等級為較高，與實際情況相符。代表其整體狀況較為滿足塔近分離條件。但仍有較多進(jìn)步空間。在后續(xù)研究過程及實際運(yùn)行當(dāng)中，可通過具體分析各影響因素指標(biāo)運(yùn)行條件來進(jìn)行評判及改進(jìn)。

4.2 總結(jié)

本文針對新建機(jī)場的管制單位是否滿足運(yùn)行條件、正在運(yùn)營當(dāng)中的機(jī)場塔近分離工作能否安全實施，為保證新設(shè)立管制單位及實施塔近分離單位能順利安全高效運(yùn)行，通過考慮安全、效率、規(guī)范化管理三大角度，以“人-機(jī)-環(huán)-管-基礎(chǔ)運(yùn)行”為一級指標(biāo)進(jìn)行分類，結(jié)合一線管制單位實際情況，對空管單位運(yùn)行條件審核評估指標(biāo)體系進(jìn)行了構(gòu)建，涵蓋了影響管制單位安全、高效、有序運(yùn)行的主要指標(biāo)，確立了CV&CRITIC TOPSIS的評估方法，并對西南某機(jī)場空管單位進(jìn)行算例驗證，結(jié)果較為符合實際情況。