基于AHP的航空運行安全風險評估方法

李永利

(首都經(jīng)濟貿(mào)易大學 管理工程學院,北京 100070)

0 引言

風險評估是航空安全運行必不可少的環(huán)節(jié),對規(guī)避航空運行安全風險,保證航空安全具有重要意義。隨著社會的不斷進步與發(fā)展,旅客開始重視出行的安全性與便捷性。目前,大多航空公司為了保證乘客安全,飛行前要對航空運行安全風險進行全面評估,將航空運行安全風險降到最低。國內(nèi)航空相比于西方發(fā)達國家起步較晚,發(fā)展速度尚未達到國際水平,仍處于初步發(fā)展階段。無論是運行安全管理政策還是安全管理政策的實際使用都缺乏豐富的經(jīng)驗,因此如何對航空運行安全進行快速、有效地評估與分析,制定完善的風險評估體系,成為國內(nèi)航空發(fā)展需要突破的困局。

近年來,航空運行安全問題受到研究領(lǐng)域的關(guān)注,相關(guān)學者與專家開展一系列研究,針對風險評估問題提出一些思路與方法。包隨義等[1]結(jié)合民航業(yè)安全工作特點,提出了航空安全六要素及六要素模型,將航空安全的基本要素人、機、設(shè)、環(huán)、技和規(guī)6個方面;谷倩倩[2]利用SHELL模型為架構(gòu)分析航空安全影響因素,采用層次分析法和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)評估與診斷航空安全風險模型;國外學者采用模糊層次分析[3]、粗糙集理論模型[4]等對航空安全風險管理進行研究,建立航空安全風險管理模型。

航空運行過程中安全風險因素較多,開展安全風險評估的實踐具有較大難度,國內(nèi)該方面的研究起步較晚,相關(guān)技術(shù)與理論還不夠成熟。現(xiàn)行的評估方法存在評估指標單一、指標體系不夠科學等問題,導致評估結(jié)果與實際情況嚴重不符,一致性系數(shù)較低。而且現(xiàn)行方法計算量較大,評估過程較復雜,導致風險評估時間周期較長,現(xiàn)行方法已無法滿足實際需求?；诖?本文提出基于層次分析法的航空運行安全風險評估方法。

1 基于AHP的風險評估方法

1.1 建立風險評估指標體系

航空運行安全主要風險因素包括人、機、環(huán)境及管理4個方面[5]。人,主要是指參與航空飛行的人員(包括機務(wù)等人員),飛行員是航空運行的主體,由于其特殊性及不穩(wěn)定性等相關(guān)因素,導致航空運行過程中存在安全風險;機,是指航機,航機結(jié)構(gòu)比較復雜,并且發(fā)動機種類及零部件較多,航機器材的完備性、適航性及可靠性都會影響航空運行安全;環(huán)境主要指航空運行環(huán)境,包括飛行過程中的影響環(huán)境,如雷暴、風雪等不良天氣環(huán)境,以及地面工作中的保障環(huán)境,如低空通信狀況等,只有保證航空運行具有良好的環(huán)境條件,才能確保航空運行安全;管理是指航空運行管理,該因素是決定航空運行安全的關(guān)鍵,對航空飛行人員的培訓管理、充足的監(jiān)督檢查以及對安全隱患工作的排查管理等,都是保障航空運行安全的關(guān)鍵[6]。綜合上述航空運行安全影響因素,建立安全風險評估指標體系,如圖1。人的因素選取了飛行員身體狀況、資質(zhì)與能力及違規(guī)操作情況;機械的因素包括航機健康狀態(tài)、維修工作管理及工裝設(shè)備與器材;環(huán)境因素主要為航線運行環(huán)境保障;管理因素有安全教育與培訓、運行控制、飛行天氣以及監(jiān)督檢查。并以此作為安全風險評估指標,建立指標體系。

圖1 航空運行安全風險評估指標體系Fig.1 The risk index system for the aviation operation safety

1.2 基于AHP的安全風險定量評估

由于指標對于航空運行安全風險影響程度不同,為保證評估結(jié)果的準確性,采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)對指標體系中的指標進行標度,從指標體系中隨機選擇2個指標,分別記為指標A和指標B,將2個指標對比,根據(jù)表1確定指標標度值。

表1 基于層次分析法的指標標度表Tab.1 Indicator scale based on AHP

根據(jù)指標標度值計算出指標權(quán)重系數(shù),其計算公式為:

(1)

式中:

i—指標體系中評估指標的個數(shù),i=1,…,n;

xi—第i個指標的標度值;

ei—第i個指標的專家評分值[7]。

利用評估函數(shù)對航空運行安全定量評估,計算出安全風險系數(shù),計算公式為:

(2)

式中:

μ—航空運行安全風險系數(shù);

y—指標向量[8]。

利用上述公式計算出安全風險系數(shù),風險系數(shù)越高,則表示運行安全風險越大。

1.3 運行安全風險分級

根據(jù)安全風險定量評估結(jié)果,對航空運行安全風險進行定性評估,分別為非常高、比較高、一般、比較低、非常低5個風險等級,見表2。風險分級的定性評估準則為:如果安全風險系數(shù)在0～0.2之間,則表示航空運行安全風險非常低,不需要采取防御措施或保護措施;如果在0.2～0.4之間,則表示航空運行安全風險比較低,不影響航空正常運行,無須采取保護措施;如果在0.4～0.6之間,則表示航空運行安全風險一般,對航空正常運行具有一定影響,需要采取一些簡單的安全保護措施;如果在0.6～0.8之間,則表示航空運行安全風險比較高,對航空正常運行具有較大影響,需要對飛行方案與計劃作出一定的調(diào)整;如果在0.8～1之間,則表示航空運行安全風險非常高,對航空正常運行具有非常大的不良影響,需要取消航空運行[9-10]。根據(jù)以上準則確定安全風險等級,以此完成基于層次分析法的航空運行安全風險評估。

表2 風險系數(shù)分級Tab.2 Risk coefficient grading

1.4 實際應(yīng)用

以某航空公司2020年一季度數(shù)據(jù)運用提出的評估方法進行計算,計算結(jié)果,見表3。

表3 指標權(quán)重集Tab.3 Indicator weight set

將上述權(quán)重進行歸一化處理,隨機選擇同一架飛機的6個航班作為評估樣本,通過對航空運行安全風險綜合分析,評估結(jié)果,見表4。

表4 航空運行安全風險評估結(jié)果Tab.4 Risk assessment results of the aviation operation safety

本文設(shè)計的方法基本可以完成航空運行安全風險評估任務(wù)。

2 與傳統(tǒng)方法的對比

2.1 一致性系數(shù)的對比

一致性系數(shù)是衡量評估方法準確性的重要指標,一致性系數(shù)值越大,則表示評估結(jié)果與實際情況越相符。在應(yīng)用中將評估結(jié)果與實際安全風險系數(shù)值作商,求出一致性系數(shù)[10]。選擇2種目前常用的方法與本文提出的方法進行對比。其中一種(稱為傳統(tǒng)方法1)是基于AHP和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的模型對航空安全進行評估[11];另一種(稱為傳統(tǒng)方法2)是基于民航運行安全風險分類矩陣建立評價指標體系,構(gòu)建綜合評價模型進行風險評估[12]。筆者以評估樣本數(shù)量為變量,對比3種方法一致性系數(shù)。3種方法在一致性系數(shù)方面表現(xiàn)出明顯差異,設(shè)計方法平均一致性系數(shù)為0.92,數(shù)值非常接近1,說明設(shè)計方法評估結(jié)果與實際情況非常相似。傳統(tǒng)方法1平均一致性系數(shù)比設(shè)計方法低0.32,傳統(tǒng)方法2平均一致性系數(shù)比設(shè)計方法低0.39,因此證明在評估精度方面設(shè)計方法優(yōu)于2種傳統(tǒng)方法,如圖2。

圖2 一致性系數(shù)對比Fig.2 The comparison of the consistency coefficients

2.2 評估時間對比

通過4組實驗對比3種方法的評估時間。結(jié)果顯示,設(shè)計方法評估時間明顯短于2種傳統(tǒng)方法,最短評估時間僅為0.56s,說明設(shè)計方法可以實現(xiàn)對航空運行安全風險的實時評估,如圖3。通過以上比較分析,無論是評估結(jié)果一致性系數(shù)還是評估時間,設(shè)計方法均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢,與2種傳統(tǒng)方法相比更適用于航空運行安全風險評估。

圖3 評估時間對比Fig.3 The comparison of the assessment times

3 結(jié)論

(1)通過使用AHP開展航空運行安全風險評估,為航空運行安全風險評估提供了新的思路,為實踐提供了理論支撐。

(2)從評估結(jié)果可知,航機健康狀態(tài)、航機維修安全管理、航機維修工作實施是航空運行安全的重要風險源。

(3)通過對比,本文設(shè)計的評估方法在一致性系數(shù)和評估時間方面具有優(yōu)勢,提高了評估結(jié)果與實際情況相符程度及評估效率。