基于网络层次分析法的跑道侵入风险模糊评价

卢 飞，张宗路，张兆宁

（1.中国民航大学国家空管运行安全技术重点实验室，天津 300300；2.深圳航空有限责任公司，广东 深圳 518128）

基于网络层次分析法的跑道侵入风险模糊评价

卢 飞1，张宗路2，张兆宁1

（1.中国民航大学国家空管运行安全技术重点实验室，天津 300300；2.深圳航空有限责任公司，广东 深圳 518128）

近年来，随着机场交通量的增大，跑道侵入事件迅速增加，为了保障机场运行安全，对跑道侵入风险进行综合评价显得尤为重要。首先，在对跑道侵入影响因素进行分析的基础上，建立跑道侵入风险评价指标体系。综合分析各评价指标之间的相关性，运用网络层次分析法，构建跑道侵入的ANP网络结构，并借助Super Decision软件计算各评价指标权重。然后，应用模糊综合评价法对跑道侵入风险进行评价。通过实例分析，验证了该评价方法的有效性。最后，根据评价结果，对该机场降低跑道侵入风险的对策提出建议。

跑道侵入；风险评价；指标相关性；网络层次分析法（ANP）；模糊综合评价

跑道侵入是指在机场的任何航空器、车辆或人员错误进入指定用于航空器着陆和起飞的地面保护区的情况[1]。跑道侵入很容易造成灾难性航空事故的发生。2001年10月8日1架北欧航空公司MD-87客机在意大利米兰国际机场起飞时与1架私人喷气式飞机C500在跑道上相撞，随后MD-87倾斜着猛烈地撞向机场的一幢建筑物。撞机造成了机上114人及地面4人遇难[2]。近几十年来，随着全球空中交通运输量的急剧增长，跑道侵入问题日益严峻。据统计，全球航空运输业每年由于跑道侵入造成的经济损失超过1亿美元[3]。跑道侵入问题已成为威胁机场运行安全最主要的原因之一，减少跑道侵入事件的发生和保障跑道安全是提高机场运行安全的关键。

国内外对跑道侵入风险的研究起步较晚。2007年，欧洲航空安全组织（EUROCONTROL）经过大量的事故数据统计和实地调研，应用列表式方法建立了跑道侵入风险评价模型（ARIA）[4-5]。2010年，许桂梅等将认知可靠性与失误分析方法运用于跑道侵入风险评价，提出了一种跑道侵入风险评价的新方法，构建了基于人的可靠性的跑道侵入风险评价模型[6]。同年，许桂梅、黄圣国又从人-机-环境系统工程的角度建立了跑道侵入风险评价指标体系，对跑道侵入风险进行了评价[7]。2012年2月，Dohyun Kim等以韩国金浦机场为研究对象，提取出15个跑道侵入风险评价指标，使用层次分析法（AHP）确定指标权重，并应用故障树分析法对金浦机场跑道侵入风险进行了评价[8]。

影响跑道侵入风险的众多因素之间并不都是相互独立的，有些因素之间存在着相关性。而上述对跑道侵入风险的评价中并未考虑评价指标间相关性的影响。利用网络层次分析法（ANP）综合考虑各评价指标的内部依存和反馈关系，确定相互影响的各指标权重，更能真实准确地反映跑道侵入风险的实际情况。本文在建立跑道侵入风险评价指标体系的基础上，使用ANP法对评价指标赋权，并选用模糊综合评价法，为跑道侵入风险评价提供一种新思路。

1 跑道侵入风险评价指标体系建立

从跑道侵入责任主体和机场运行过程的角度对跑道侵入影响因素进行分析，结合国内外跑道侵入方面的相关文献[9-11]，并综合考虑近10年来国内外发生的跑道侵入事件特点和跑道安全专家意见，总结归纳跑道侵入的众多影响因素，遵循定性指标与定量指标相结合的原则，建立跑道侵入风险评价指标体系，如表1所示。

2 基于ANP确定评价指标权重

跑道侵入风险评价指标体系中各级指标间不仅存在递阶层次结构，而且指标体系中的5个一级指标和28个二级指标又在层次结构之间互相影响，并且层次结构内部的各个指标之间也会产生相互影响。根据网络层次分析法的基础理论[12]，通过综合分析各指标间的相关性，建立跑道侵入的ANP网络结构，并利用Super Decision软件计算出各指标权重。

2.1 构建跑道侵入ANP网络结构

综合分析并列出各评价指标之间的相关关系，并在此基础上建立跑道侵入风险的ANP网络结构。如图1所示。

2.2 确定指标权重

Super Decision软件（超级决策软件，SD软件）是由美国Expert Choice公司开发的一个典型的ANP计算软件，它可以帮助用户进行复杂的ANP运算。参照上述建立的跑道侵入风险的ANP网络结构，在SD软件中建立相应的组和节点，并在具有相互关联的组和节点之间建立连接，以便对其进行两两比较。

表1 跑道侵入风险评价指标体系Tab.1 Evaluation index system of runway incursion risk assessment

当所有的组和节点之间的连接建立完成后，分别以5个组为准则，各相关节点为次准则，将ANP中的组与组、节点与节点之间进行比较判断，建立判断矩阵。SD软件提供了5种进行两两比较的输入模式，其中应用最为广泛的问卷模式的界面如图2所示。然后需要对建立的判断矩阵做一致性检验，根据一致性检验的结果决定判断矩阵是否被接受。根据图3所示，指标体系中一级指标判断矩阵的一致性检验结果为0.073 54<0.1，所以接受该判断矩阵，同时给出了各一级指标的权重。

将ANP中所有组与组、节点与节点之间所对应的判断矩阵输入SD软件后，计算加权超矩阵和极限矩阵，求得各一级指标和二级指标的权重，如表2所示。

图1 跑道侵入ANP结构模型Fig.1 ANP structure model of runway incursion

图2 SD软件中问卷模式的界面Fig.2 Questionnaire model interface in Super Decision

图3 一致性检验结果及指标权重Fig.3 Consistency check result and index weight

3 跑道侵入风险模糊评价

跑道侵入风险评价中存在一些难以精确界定和量化的模糊因素。模糊综合评价法运用模糊线性变换原理和最大隶属度原则，可以很好地解决涉及模糊因素的评价问题。

3.1 构建模糊评价矩阵

以问卷调查的形式，选取某机场的塔台管制人员、飞行员及有关专家共30名为调查对象，通过现场发放调查问卷或发送电子邮件的方式，对影响该机场跑道侵入风险的各项指标的风险程度进行打分。

确定跑道侵入风险第一层因素集的评语集v= {v1，v2，v3，v4，v5}={很高，较高，中等，较低，很低}。测量标度向量为H={5，4，3，2，1}，即问卷中每一问题满分为5分，其中5分表示指标风险很高，4分表指标风险较高，3分表示指标风险中等，2分表示指标风险较低，1分表示指标风险很低。

表2 跑道侵入风险评价指标权重Tab.2 Evaluation results of runway incursion index weight

表3 模糊评价矩阵Tab.3 Fuzzy evaluation matrices

对调查问卷进行整理，得到该机场跑道侵入风险的模糊评价矩阵。

3.2 初级评价

由表2可知子因素集u1的权重为

选用加权平均型的M（·，+）算子对R1进行模糊运算，求得u1的综合评价向量B1为

同理可得

3.3 综合评价

该机场跑道侵入风险所构成的模糊矩阵为

选用M（·，+）算子对进行模糊运算，求得该机场跑道侵入风险的综合评价向量

4 评价结果分析及对策建议

4.1 评价结果分析

根据最大隶属度原则，由跑道侵入风险的综合评价向量B可知，在5个等级的隶属度中，0.293 9的值最大，所以该机场跑道侵入风险的综合隶属度为0.293 9，所属评语集为“较高”，说明在该机场内发生跑道侵入的风险比较高。

如此高的跑道侵入风险，严重影响了机场运行安全。需对评价结果做进一步的分析，找出影响跑道侵入风险的主要因素，并采取具有针对性的措施，降低跑道侵入的风险。将评价结果转化为分值，并进行总体排序。设评语集

各因素风险得分Gi=BiVT，计算得各指标的分值和排序结果如表4所示。

表4 一级指标风险排序Tab.4 First index risk ranking

根据表4，造成该机场跑道侵入风险较高的首要原因是机场布局和运行不合理，飞行员因素、管制员因素和管理因素也对跑道侵入风险造成了一定的影响，气象因素对跑道侵入风险的影响较小。

4.2 对策建议

基于评价结果，提出对策建议，建议从机场布局和运行、飞行员、管制员和管理4个方面采取措施，降低该机场跑道侵入风险。

1）改善机场布局和运行状况。航空器频繁的穿越跑道是引起跑道侵入的重要原因，建议该机场修建绕行滑行道，可以有效地减少跑道穿越次数，改善跑道运行安全状况。机场地面灯光、标志和标记牌的设置要严格符号ICAO的规定。建议安装跑道入口停止排灯和起飞等待灯。跑道入口停止排灯嵌入在滑行道和跑道的交叉路口，当跑道上有航空器起飞或降落时，跑道入口停止排灯就会亮起。起飞等待灯是一系列安装在跑道中线上的单向红色灯光系统。当跑道上预计起飞的航空器前方出现航空器或车辆时，红色的起飞等待灯就会亮起。这两种灯光系统可以帮助相关人员及时了解跑道运行状态，避免由于航空器或车辆误入跑道而发生跑道侵入事件。

2）提高飞行员和管制员情景意识。建议引入先进的跑道侵入防止与告警技术，提高飞行员和管制员的情景意识。据美国商业航空安全小组（CAST）研究表明，通过使用技术措施提高管制员和飞行员的情景意识，并且在发生运行冲突时向管制员和飞行员提供报警，可使机场发生跑道侵入的数量减少95%。现在国内外已开发的跑道侵入防止与告警技术包括先进的场面活动引导和控制系统（A-SMGCS）、跑道侵入监视和冲突告警系统（RIMCAS）、X型机场地面探测设备（ASDE-X）、机场活动区域安全系统（AMASS）、最终进近跑道占有系统（FAROS）、跑道感知与咨询系统（RAAS）和跑道侵入防止系统（RIPS）等。其中，先进的场面活动引导和控制系统（A-SMGCS）、X型机场地面探测设备（ASDE-X）和最终进近跑道占有系统（FAROS）已在国外许多大型机场得到了应用，并且取得了良好的效果。

3）加强管理和培训。贯彻落实民航局跑道安全要求，建立健全管理组织机构并完善工作机制。建议成立由管制单位、机场、航空公司等部门的专家组成跑道安全小组，对跑道运行安全进行综合管理。同时，建议加强飞行员、管制员、车辆驾驶员等机场运行相关人员的培训和教育，以减少人为差错的发生，也可以有效地降低跑道侵入风险。

5 结语

随着中国航空运输业的迅速发展，跑道侵入问题越来越严重，对机场跑道侵入风险进行评价显得尤为重要。本文采用ANP法确定评价指标权重，考虑了指标间相关性的影响，使得评价结果更加准确。同时采用模糊综合评价法可全面考虑影响跑道侵入的多种因素，并且评价结果能方便地转化为具体的分值，通过排序可以方便地找出引起跑道侵入风险的主要因素，为采用具有针对性的解决措施提供依据。

[1]International Civil Aviation Organization（ICAO）.Manual on the Prevention of Runway Incursions[R].ICAO，2007.

[2]REUSS J.German Federal Bureau of Aircraft Accidents Investigation [R].Investigation Report EX006-1-2/04，2009.

[3]Australian Transport Safety Bureau.Runway Incursions：1997 to 2003 [R].Australian Transport Safety Bureau，2004.

[4]EUROCONTROL.Development of a Computer Based Aerodrome Runway Incursion Assessment（ARIA）[Z].EUROCONTROL，2007.

[5]EUROCONTROL.A Computer Based Aerodrome Runway Incursion Assessment Quick User Guide[Z].EUROCONTROL，2007.

[6]许桂梅，黄圣国.基于人因可靠性的跑道入侵风险定量分析研究[J].科学技术与工程，2010：10（19）：4715-4719.

[7]许桂梅，黄圣国.基于改进关联函数的跑道入侵风险可拓评价[J].人类工程学，2010：16（4）：56-59.

[8]KIM DOHYUN，YANG HANMO.Evaluation of the risk frequency for hazards of runway incursion in Korea[J].Journal of Transport Management，2012.

[9]EUROCONTROL.Air Traffic Control Situational Awareness Occupied Runways[R].Released 1.0，2008.

[10]张晓全，杨文涛.基于灰色系统理论的跑道侵入原因分析[J].安全与环境学报，2010，10（5）：160-162.

[11]罗 军，林雪宁，闫永刚.基于贝叶斯网络的跑道侵入影响因素研究[J].安全与环境学报，2012，12（3）：196-199.

[12]孙宏才.网络层次分析法与决策科学[M].北京：国防工业出版社，2011：148-287.

（责任编辑：党亚茹）

Fuzzy comprehensive evaluation of runway incursion risk based on analytic network process

LU Fei1，ZHANG Zong-lu2，ZHANG Zhao-ning1
（1.National key Labratory of Air Traffic Operation Safety Technology，CAUC，Tianjin 300300，China；2.Shenzhen Airlines，Guangdong Shenzhen 518128，China）

Along with the increase of the airport traffic，runway incursion events are increasing rapidly，which have severely affected the airport security.In order to guarantee the safe operation of the airport，the assessment of runway incursion risk is critically significant.Firstly，after analyzing runway incursion influencial factors，the runway incursion risk assessment index system is established.Analyzing the interdependency relations of evaluation index，the runway incursion analytic network process（ANP）network structure is constructed，and Super Decision software is used to determine the weight of every index.Then，fuzzy comprehensive evaluation method is used to assess runway incursion risk.Through case analysis，the feasibility of the assessment method is verified.Finally，the promotion countermeasures are proposed for the airport to reduce runway incursion risk based on the evaluation results.

runway incursion；risk assessment；evaluation index correlation；analytic network process（ANP）；fuzzy comprehensive evaluation

V328.3

：A

：1674-5590（2014）01-0010-05

2013-01-15；

：2013-04-02

中国民用航空局科技基金（MHRD201018）；中央高校基本科研业务费专项（2XH2011B004）

卢 飞（1984—），男，山东新泰人，助教，硕士，研究方向为交通运输规划与管理.