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基于未确知测度理论的民航机场安全评价研究
 
更新日期:2023-10-19   来源:武汉大学学报(理学版)   浏览次数:251   在线投稿
 
 

核心提示:民用航空主要包括机场、航空公司、空中交通管制三大部分。民航机场服务于航空公司,密切地配合着空中交通管制,共同完成民航运输。民航机场流量的不断增

 
民用航空主要包括机场、航空公司、空中交通管制三大部分。民航机场服务于航空公司,密切地配合着空中交通管制,共同完成民航运输。民航机场流量的不断增加,对机场运行安全提出了更高的要求。目前,国内外学者对机场安全评价进行了很多研究, 主流的评价方法有层次分析法和模糊评价法。这两种方法的可操作性较好,但弊端也显而易见,就是主观性太强,很多关键的建模步骤,如指标权重的确定,需要依靠专家打分及评价者的估计,使评价结果受到太多人为因素的影响,精度和可信度受到质疑。
另外,民航机场安全系统是一个复杂的多因素系统,是在一定时间段内,由各种随机信息、模糊信息、灰信息以及未确知信息相互作用的结果。未确知信息与模糊信息、随机信息、灰信息既有区别又有联系,四种信息各有特点。有学者认为,前三类信息是未确知信息的特例[1],因为一切含有行为因素的系统都具有未确知性。因此,如何通过数学方法,建立反应事物未确知性的模型,对事物未确知状态进行量化描述对决策者十分重要。对民航机场的不确定信息进行研究是民航机场安全评价的一个重要内容。
综上,本研究将针对上述问题,将未确知测度理论和信息熵结合,探寻一种尽量消除人的主观性,并对未确知信息普遍适用的民航机场安全评价方法。
1民航机场安全评价指标体系的建立
利用未确知测度理论进行评价首先仍然要建立评价指标体系。针对民航机场的运行特点,建立民航机场安全评价指标体系的依据主要有:民航机场安全管理现状、民航机场安全管理的重要环节及薄弱环节、影响民航机场安全运营的主要因素、曾发生过的重大事故情况及对事故的原因分析、国际民航组织的要求及国家的相关法规、政策、标准等。我们主要考虑从人、设备、环境、管理等四个方面建立评价指标体系[2],具体指标如表1前三列所示。
表1 民航机场安全评价指标体系
目标层 准则层 指标层 C1 C2 C3 C4 C5 属性 实际值
















A 人



B1 安全意识及警惕性B11 好 较好 一般 较差 差 正 6.8
指挥失误率B12 0 2% 5% 10% 15% 负 2.50%
关键才人流失率B13 0 5% 10% 15% 20% 负 4.20%
违章违规比率B14 0 10% 20% 30% 40% 负 13.70%
专业知识技能水平B15 好 较好 一般 较差 差 正 7.1




B2 设备完备性B21 100% 80% 60% 40% 20% 正 78%
设备完好性B22 100% 90% 80% 70% 60% 正 90%
设备更新率B23 80% 60% 40% 20% 0 正 47%
设备故障率B24 0 1% 2% 3% 5% 负 1.20%
设备引起事故率B25
(次/年) 5 10 15 20 25 负 8.8




B3 航空气象服务B31 好 较好 一般 较差 差 正 7.3
地面环境B32 好 较好 一般 较差 差 正 7.5
航行情报服务B33 好 较好 一般 较差 差 正 6.7
净空条件B34 好 较好 一般 较差 差 正 6.6
航行电信服务B35 好 较好 一般 较差 差 正 6.4




B4 安全制度更新率B41 80% 60% 40% 20% 0 正 65%
安全信息管理B42 好 较好 一般 较差 差 正 6.6
安全文化建设B43 好 较好 一般 较差 差 正 6.9
安全培训率B44 100% 80% 60% 40% 20% 正 79%
安全监督过程控制B45 好 较好 一般 较差 差 正 6.2
2 民航机场安全评价的单指标未确知测度模型
下面以民航机场S为例,说明未确知测度理论用于民航机场安全评价的建模过程。
2.1评价等级空间的确定
要对民航机场S的安全状况进行评价,首先要明确民航机场S安全评价等级空间C[3]。本研究将各指标及系统总体安全状况分为五个等级,分别为C1(高安全等级)、C2(较高安全等级)、C3(中安全等级)、C4(较低安全等级)、C5(低安全等级),记为:
(1)
在该空间中相邻等级之间交集为空集,并且在民航机场安全评价中,Ck等级比Ck+1等级的安全程度高,即Ck>Ck+1,说明前一等级优于后一等级。因此是评价空间C 上的有序分割类[4]。每一指标对应的每一等级的分级标准已知,则可写出每一准则层的分级标准矩阵:

(2)
其中,表示准则层第i个因素的第j个指标对应于等级Cm的分级标准值。由评价空间的有序性可知,每个分类标准值都满足>>>或<<<。
由表1中第四列到第八列可知民航机场S安全评价各指标的各级分类标准值。其中,对于B11“安全意识及警惕性”这类安全等级无法用具体数据衡量的定性指标,考虑到指标实际值的确定不可避免的要由专家及业内人士估计给出,为方便指标的量化和后续计算,我们选取1-9分别代表指标情况好(9)、较好(7)、一般(5)、较差(3)、差(1)。
2.2 单指标未确知测度函数的构造
要确定每个指标的实际值属于各评价等级的隶属度,首先要构造单指标未确知测度函数。较为常用的构造方法有直线分布法、二次曲线法和指数曲线法等。各方法函数图形如图1所示。

a.直线分布 b.二次曲线 c.指数曲线
图1 不同方法下的未确知测度函数的函数分布图
下面以直线分布为例,记准则层第i个因素的第j个指标的值为,计算属于等级Cm的未确知测度:
当>>>,即指标属性为正向,指标数值越大越好时,则有:
(1)当时,取
(2)当时,取
(3)当时,有
(3)
以指标B11为例,其实际值=6.8,根据公式(3),则其未确知测度为:,:,。
当<<<,即指标属性为负向,指标数值越小越好,如表1中的指标B12、B13、B14、B24、B25,则有:
(1)当时,取
(2)当时,取
(3)当时,有
(4)
以指标B12为例,其实际值=2.5%,根据公式(4),则其未确知测度为:,:,。
因此,本研究结合直线型未确知测度函数和各个指标的实际值(见表1第十列所示),即可得机场S四个评价因素的单指标未确知测度矩阵:


3 民航机场安全评价的多指标未确知测度模型
3.1 指标权重的确定
指标权重的确定方法对评价结果有直接影响,因此是模型构建的一个关键步骤。为减少指标权重确定的主观性,本研究在信息熵[5]的基础上引入指标的最大贡献率来确定指标权重。
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