基于事例的多因素重要性排序法在空管不安全事件分析中的應用

唐衛(wèi)貞 涂浩

摘 要：在多因素中確定各因素的重要性排序，是涉及多因素問題研究的一個重要環(huán)節(jié)。空管不安全事件的發(fā)生是由多方面因素造成的，本文以空管不安全事件誘發(fā)因素中的環(huán)境因素為例，構(gòu)建了空管不安全事件環(huán)境多因素指標體系，運用模糊聚類方法和粗糙集理論中的重要性原理提出一個確定多因素排序的客觀方法，并以管制工作一線調(diào)研方式得到的基礎數(shù)據(jù)對該方法進行了實例驗證。

關(guān)鍵詞：空管交通管理；環(huán)境因素；模糊聚類方法；重要性排序

1 引言

空管不安全事件的發(fā)生是由多種因素造成的，其中環(huán)境因素扮演著很重要的角色，而環(huán)境因素中也包含多個方面，例如：空域的復雜程度、管制室環(huán)境、航班號相似度、空軍活動限制、機場所在地形復雜程度、航班進離場程序、管制室室內(nèi)布局、飛行流量大、航班流量狀況等。確定各因素對空管不安全事件的誘發(fā)作用，是加強空管安全管理、改善運行安全水平的重要措施。由于環(huán)境因素中各個影響方面之間也存在著非獨立屬性，有相互關(guān)聯(lián)和約束的關(guān)系，在此基礎上要評價各個影響方面的重要性顯得非常困難，加上在評價過程中經(jīng)常包含許多不可靠性，致使最終的評價結(jié)果失去了意義。

在對空管不安全事件的環(huán)境因素的研究分析中，往往首先要通過調(diào)研確定一個包含多因素的指標體系，之后對多指標進行排序，也就是權(quán)重分配。由于在現(xiàn)有階段的大部分研究中都是在多指標的權(quán)重分配問題上采用專家評定的方法來確定各個指標的權(quán)重，或者是通過專家對該指標體系中的諸多因素進行兩兩對比分析來確定權(quán)重。但不同專家對同一問題的觀點具有不同性，所以很難去確定各指標的權(quán)重。

針對上述問題，本文將利用綜合模糊聚類和粗糙集理論進行分析，著重探討多因素指標體系中各因素重要性排序的客觀性方法。

2 多因素評估指標體系

在前期的調(diào)研基礎上，對某空管分局共計發(fā)放調(diào)查問卷100份，將評價等級分為五級：

通過對調(diào)查問卷細致地回收與檢查，整理出有效問卷80份，并統(tǒng)計出指標評價等級各元素對應的選擇人數(shù)，如表 1所示。

3 基于多因素重要性客觀排序評估

由于粗糙集理論的研究基礎是針對某一事例而言的，并不需要除了事例以外的其他信息；而模糊聚類的方法具有對指標信息處理的能力，但缺陷是不能對指標進行評估。所以，結(jié)合這兩種理論來確定多因素指標的重要性排序有著重大的意義。基于模糊聚類和粗糙集理論的多因素指標的重要性排序的具體步驟如下。

第一步：確定需要處理的樣本對象，并對需要處理的樣本進行聚類。可用矩陣表示。各行向量進行歸一化處理，每一行之和為1，可得到環(huán)境多因素指標集對所對應的模糊評價矩陣R。

第二步：建立模糊相似矩陣。在建立模糊相似矩陣的過程中，用多元分析法確定經(jīng)數(shù)據(jù)標準化后的對象間的相似程度，采用最大最小法建立模糊相似矩陣。即：

第三步：對指標進行分類。用平方自合成法求得 的傳遞閉包。利用模糊等價閉包法求出模糊等價矩陣。即：

然后根據(jù)模糊等價矩陣，確定合適的閥值范圍進行分類，采用不同的閥值范圍時各類所包含的指標的名稱和個數(shù)，并依據(jù)粗糙集理論中對指標重要性的定義，從全部指標中依次刪除各個指標再進行之前的第二步和第三步，即刪除各指標后整個集合仍然按相應的閥值范圍分類，最后記錄。考察各屬性對分類的影響。分類結(jié)果為：

（1）當0.65<α≤0.70時，全部樣本可分為1類：{1，2，3，4，5，6，7，8}

（2）當0.70<α≤0.75時，全部樣本可分為2類：{1，2，3，4，7，8}，{5，6}

（3）當0.75<α≤0.80時，全部樣本可分為5類：{1，3，4}，{2}，{5}，{6}，{7，8}

（4）當0.80<α≤0.85時，全部樣本可分為7類： {1，4}，{2}，{3}，{5}，{6}，{7}，{8}

（5）當0.85<α≤1.00時，全部樣本可分為8類：{1}，{2}，{3}，{4}，{5}，{6}，{7}，{8}

同樣的，依次求出刪除某一指標后的分類。

第四步：利用粗糙集的相關(guān)原理，確定各因素的信息量。首先確定該多因素指標體系的總信息量，根據(jù)定義，在刪除某一指標后，若能從初始的分類中獲取較多的信息量，則說明被刪除的指標對分類來說所含的信息量較少；反之，則說明被刪除的指標對分類來說所含的信息量較多。故指標所含信息量相對大小可用刪除某一指標后的分類與初始分類的互信息量的倒數(shù)表示，即：

第五步：根據(jù)各指標所含的信息量確定其相應的權(quán)重。

4 結(jié)果分析

權(quán)重越高，代表該指標所產(chǎn)生的作用越大。具體環(huán)境因素重要行排序見表2，得出以下三點結(jié)論。

（1）目前影響我國民航空管運行安全的主要因素為空域的復雜程度和空軍的活動限制，這也與我國目前的空管體制相吻合，我國絕大部分空域歸空軍所有，民航只有對主干航線和航路擁有使用權(quán)，在一個空域中有多家管制單位進行管制指揮，這個管制指揮工作帶來了巨大的潛在風險。

（2）近年來隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，民航航班量也在與日俱增，空中飛機的航班號相近度也在不斷增加，這兩大因素也是造成空管不安全事件的兩大重要因素。

（3）管制室的環(huán)境，包括燈光、布局、人機界面的合理性等等因素，是造成管制員疲勞的重要因素，因此也直接影響著空管系統(tǒng)運行的整體安全性。

從表中可以得出，空軍活動限制程度和空域環(huán)境復雜程度在誘發(fā)空管不安全事件方面占有的比重相對來說是最大的，其次還有飛行流量、管制室布局的合理性，也都對誘發(fā)不安全事件起到很大作用。因此在安全管理方面，對于加強軍民航的管制協(xié)調(diào)，改善空域環(huán)境，加強管制室的布局合理性，有著重大的意義。

5 結(jié)束語

空管不安全事件多因素指標的重要性排序是對各個對象綜合評價的前提。文章通過對存在空管不安全事件的環(huán)境因素分析，結(jié)合空管工作的實際情況，提出了利用模糊聚類和粗糙集理論的綜合評估方法對空管不安全事件的環(huán)境引發(fā)的多因素進行綜合評價。該方法能在不丟失原始數(shù)據(jù)的情況下根據(jù)各指標所含的信息量的大小確定其權(quán)重，保證了分類的合理性，避免了主觀因素對重要性排序的影響，從而更有效的表述了各指標之間的相互關(guān)系。對有效的改善空管安全系統(tǒng)，提高安全水平有著重要的意義。

【基金項目：中國民航飛行學院科研基金項目J2013-58；中國民航飛行學院學生科技活動基金項目X2015-32】