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应用

唐卫贞 涂浩

摘 要：在多因素中确定各因素的重要性排序，是涉及多因素问题研究的一个重要环节。空管不安全事件的发生是由多方面因素造成的，本文以空管不安全事件诱发因素中的环境因素为例，构建了空管不安全事件环境多因素指标体系，运用模糊聚类方法和粗糙集理论中的重要性原理提出一个确定多因素排序的客观方法，并以管制工作一线调研方式得到的基础数据对该方法进行了实例验证。

关键词：空管交通管理；环境因素；模糊聚类方法；重要性排序

1 引言

空管不安全事件的发生是由多种因素造成的，其中环境因素扮演着很重要的角色，而环境因素中也包含多个方面，例如：空域的复杂程度、管制室环境、航班号相似度、空军活动限制、机场所在地形复杂程度、航班进离场程序、管制室室内布局、飞行流量大、航班流量状况等。确定各因素对空管不安全事件的诱发作用，是加强空管安全管理、改善运行安全水平的重要措施。由于环境因素中各个影响方面之间也存在着非独立属性，有相互关联和约束的关系，在此基础上要评价各个影响方面的重要性显得非常困难，加上在評价过程中经常包含许多不可靠性，致使最终的评价结果失去了意义。

在对空管不安全事件的环境因素的研究分析中，往往首先要通过调研确定一个包含多因素的指标体系，之后对多指标进行排序，也就是权重分配。由于在现有阶段的大部分研究中都是在多指标的权重分配问题上采用专家评定的方法来确定各个指标的权重，或者是通过专家对该指标体系中的诸多因素进行两两对比分析来确定权重。但不同专家对同一问题的观点具有不同性，所以很难去确定各指标的权重。

针对上述问题，本文将利用综合模糊聚类和粗糙集理论进行分析，着重探讨多因素指标体系中各因素重要性排序的客观性方法。

2 多因素评估指标体系

在前期的调研基础上，对某空管分局共计发放调查问卷100份，将评价等级分为五级：

通过对调查问卷细致地回收与检查，整理出有效问卷80份，并统计出指标评价等级各元素对应的选择人数，如表 1所示。

3 基于多因素重要性客观排序评估

由于粗糙集理论的研究基础是针对某一事例而言的，并不需要除了事例以外的其他信息；而模糊聚类的方法具有对指标信息处理的能力，但缺陷是不能对指标进行评估。所以，结合这两种理论来确定多因素指标的重要性排序有着重大的意义。基于模糊聚类和粗糙集理论的多因素指标的重要性排序的具体步骤如下。

第一步：确定需要处理的样本对象，并对需要处理的样本进行聚类。可用矩阵表示。各行向量进行归一化处理，每一行之和为1，可得到环境多因素指标集对所对应的模糊评价矩阵R。

第二步：建立模糊相似矩阵。在建立模糊相似矩阵的过程中，用多元分析法确定经数据标准化后的对象间的相似程度，采用最大最小法建立模糊相似矩阵。即：

第三步：对指标进行分类。用平方自合成法求得 的传递闭包。利用模糊等价闭包法求出模糊等价矩阵。即：

然后根据模糊等价矩阵，确定合适的阀值范围进行分类，采用不同的阀值范围时各类所包含的指标的名称和个数，并依据粗糙集理论中对指标重要性的定义，从全部指标中依次删除各个指标再进行之前的第二步和第三步，即删除各指标后整个集合仍然按相应的阀值范围分类，最后记录。考察各属性对分类的影响。分类结果为：

（1）当0.65<α≤0.70时，全部样本可分为1类：{1，2，3，4，5，6，7，8}

（2）当0.70<α≤0.75时，全部样本可分为2类：{1，2，3，4，7，8}，{5，6}

（3）当0.75<α≤0.80时，全部样本可分为5类：{1，3，4}，{2}，{5}，{6}，{7，8}

（4）当0.80<α≤0.85时，全部样本可分为7类： {1，4}，{2}，{3}，{5}，{6}，{7}，{8}

（5）当0.85<α≤1.00时，全部样本可分为8类：{1}，{2}，{3}，{4}，{5}，{6}，{7}，{8}

同样的，依次求出删除某一指标后的分类。

第四步：利用粗糙集的相关原理，确定各因素的信息量。首先确定该多因素指标体系的总信息量，根据定义，在删除某一指标后，若能从初始的分类中获取较多的信息量，则说明被删除的指标对分类来说所含的信息量较少；反之，则说明被删除的指标对分类来说所含的信息量较多。故指标所含信息量相对大小可用删除某一指标后的分类与初始分类的互信息量的倒数表示，即：

第五步：根据各指标所含的信息量确定其相应的权重。

4 结果分析

权重越高，代表该指标所产生的作用越大。具体环境因素重要行排序见表2，得出以下三点结论。

（1）目前影响我国民航空管运行安全的主要因素为空域的复杂程度和空军的活动限制，这也与我国目前的空管体制相吻合，我国绝大部分空域归空军所有，民航只有对主干航线和航路拥有使用权，在一个空域中有多家管制单位进行管制指挥，这个管制指挥工作带来了巨大的潜在风险。

（2）近年来随着我国经济的飞速发展，民航航班量也在与日俱增，空中飞机的航班号相近度也在不断增加，这两大因素也是造成空管不安全事件的两大重要因素。

（3）管制室的环境，包括灯光、布局、人机界面的合理性等等因素，是造成管制员疲劳的重要因素，因此也直接影响着空管系统运行的整体安全性。

从表中可以得出，空军活动限制程度和空域环境复杂程度在诱发空管不安全事件方面占有的比重相对来说是最大的，其次还有飞行流量、管制室布局的合理性，也都对诱发不安全事件起到很大作用。因此在安全管理方面，对于加强军民航的管制协调，改善空域环境，加强管制室的布局合理性，有着重大的意义。

5 结束语

空管不安全事件多因素指标的重要性排序是对各个对象综合评价的前提。文章通过对存在空管不安全事件的环境因素分析，结合空管工作的实际情况，提出了利用模糊聚类和粗糙集理论的综合评估方法对空管不安全事件的环境引发的多因素进行综合评价。该方法能在不丢失原始数据的情况下根据各指标所含的信息量的大小确定其权重，保证了分类的合理性，避免了主观因素对重要性排序的影响，从而更有效的表述了各指标之间的相互关系。对有效的改善空管安全系统，提高安全水平有着重要的意义。

【基金项目：中国民航飞行学院科研基金项目J2013-58；中国民航飞行学院学生科技活动基金项目X2015-32】