基于“综合赋权”模糊物元模型的机场运行安全评价*

牛军锋，孙静娟，李生厚，张秀军

（1.西京学院，西安710123；2.空军工程大学空管领航学院，西安710051）

基于“综合赋权”模糊物元模型的机场运行安全评价*

牛军锋1，孙静娟2，李生厚2，张秀军2

（1.西京学院，西安710123；2.空军工程大学空管领航学院，西安710051）

为了保证机场运行安全，防止事故的发生，依据模糊物元分析理论，结合机场运行安全评价指标体系，构建了基于综合赋权的机场系统模糊物元安全评价模型。在该模型中，通过层次分析法和熵值法主客观综合所确定的权重，为指标体系进行线性加权，实现综合赋权，从而将计算得到的综合权重用于模糊物元建模与评价。实例分析结果表明，该模型步骤简单，过程科学合理，并兼顾了主客观因素的影响，评价结果总体反映了机场的真实安全水平，也为机场安全的科学评价提供了新思路。

模糊物元，层次分析法，熵值法，机场运行，安全评价

0 引言

机场作为我国交通运输的重要基础设施，如何提高机场安全管理水平，改善机场安全是我国面临的重要问题［1］。随着航空运输业的蓬勃发展，机场客运吞吐量越来越大，对机场的运行安全要求也越来越高。

对于此问题，国内外学者专家做了很多研究工作。高扬等［2］从6个系统因素构建了民航机场运行安全评价指标体系，并建立机场安全评价多级物元分析模型。但对于个别指标体系赋权方面仅采用了层次分析法。惠翔［3］在SHEL模型基础上采用模糊理论，提出了另一种机场安全风险评估方法。孙殿阁等［4］采用Bow-Tie模型对民用机场安全风险进行识别，并对应采取了控制措施，但没有进行定量分析。靳慧斌等［5］采用因子分析方法建立综合评价因子，并结合方差赋权构建安全评价模型，解决了机场安全评估方法中存在的主观性共线性问题。Aghahowa Enoma等［6］利用关键绩效指标对机场安全风险产生的原因进行分析。Wong D.K.Y.等［7］提出了一种机场安全区的标准安全量化目标水平，来确保机场运行安全。随着世界科技的逐步发展，尤其是近些年，迅速发展起来的模糊物元分析方法，它在定性到定量的描述和转换方面的巨大优势，被广泛应用到各个安全评价领域。

本文采用层次分析法和熵值法主客观评价方法，实现评价指标的综合赋权，更加贴近了机场运行安全的实际。并采用模糊物元的评价方法，构建了“综合赋权”的模糊物元安全评价模型，最后选取5个机场作为评价对象，进行实例验证，验证了该方法的合理有效性。

1 构建安全评价指标体系

构建评价指标体系的目的是为了评价机场系统运行的安全状态，即通过分析机场系统结构和要素，构建综合评价结果与系统构架和指标之间的相应关系，然后依据相关原理进行实证分析，去研究各个指标与综合目标的相关联程度，从而选择出需要评价的指标。

图1 模糊物元评价流程图

图2 机场安全评价指标体系

2 机场运行安全的模糊物元评价模型

2.1 构建复合模糊物元

在物元分析理论中，物元通常可表示为R=［M，C，x］，其中，M代表事物，C代表特征，x代表量值。一般规定如果x具有模糊特性，则规定R为模糊物元。如果M有n个特征C1，C2，…，Cn，并且每个对应的量值为x1，x2，…，xn，则规定R为n维模糊物元。m个事物的n维物元组合可得到一个复合模糊物元，如式（1）。

式中，Rmn为复合物元，由m个事物，n个模糊特征组成；Mi表示第i个事物（i=1，2，…，m）；Cj表示第j个特征（j=1，2，…，n）；xij定义为第i个事物且第j个特征的模糊量值。

2.2 计算从优隶属度

模糊物元中各单项指标相应的模糊量值就是从优隶属度，从属于标准方案各对应指标相应的模糊量值的隶属程度，从优隶属度的值通常大于零。在实际问题中有些指标为越小越优型，有些指标为越大越优型，那么计算从优隶属度就需要采用不同公式。

对于越小越优型:

对于越大越优型:

上述式中，uij为从优隶属度；max xij被称作各方案中各指标中的最大值，min xij被称作各方案中各指标最小值。最后得出复合模糊物元如式（4）。

2.3 构建差平方复合模糊物元

通过式（4）可得到n维标准模糊物元R0n，标准模糊物元各元素由中各方案从优隶属度中的最大值或最小值确定，则有

本文选取最大值为最优。

2.4 为评价因子综合赋权

2.4.1 层次分析法

层次分析法是综合定性与定量的一种系统分析方法。是一种主观评价的方法。结合本文研究它的一般步骤如下:一是把机场运行安全分层系列化，形成一个阶梯有序的层次模型；二是依据专家打分对每一层因素进行赋权；三是通过综合计算，得出最底层指标相对于最高层的重要性，以此作为评价。只用层次分析法偏向于主观性，下面介绍另一种方法，熵值法。

2.4.2 熵值法

熵值法是一种有效的、客观的赋权方法，可用于评价所获系统信息的有序度及其效用。其具体计算过程如下:

式中，xmax和xmin分别为不同事物中同一评价指标下最满意者和最不满意者。

2.4.3 综合赋权

对机场安全进行模糊物元评价，确定权重是关键问题之一。AHP根据分析者对各评价因子的偏好确定权重，简单易行，但易受主观因素影响；熵值法根据评价因子本身的关联和变异程度确定权重，避免了人为因素的影响，但易受样本随机误差的干扰。本文在机场安全评价中将两者有机结合，优势互补，提出了通过线性加权进行综合赋权的思想，力求在权重确定上达到主观和客观的统一，使量化结果更符合实际。

设αi表示AHP得到的第i个指标的主观权重，βi表示得到的熵值法第i指标的熵权，则第i个指标的综合权重表示为

式中，wi为综合权重；η为主观权重的偏好系数，常取为60%。

2.5 计算欧氏贴近度

待评价样本与标准样本两者之间接近的程度被称作欧氏贴近度，欧氏贴近度值越大就表示这两个样本越接近，相反则就相离越远。那么就可以根据贴近度的大小，对各样本好坏进行排列，同时也可以根据贴近度对样本进行归纳划分。在本文具体的评价时，采用M（□，+）算法，即通过先乘后加来计算，构建欧氏贴近度的复合模糊物元RPH

3 实例模拟分析

3.1 构造复合模糊物元

首先选取5个运行安全区别较大的机场，分别对5个机场的总体安全状况进行综合评价，选出10位机场安全方面的专家，对图2中无法直接获取数据的评价指标C3，C5，C7，C8，C10进行打分，打分采取百分制，即打分范围为［0，100］，超出此范围无效，最后将5个机场各个指标的专家打分和采集的数据进行平均，得到的原始数据如表1所示，并由此构成复合模糊物元。

表1 机场安全评价初始数据

3.2 构造从优隶属度模糊物元

根据机场实际可知，C1，C2，C4，C6，C9为越小越优型指标，则将R5，10中这5个指标对应的数据代入式（2）；而C3，C5，C7，C8，C10为越大越优型指标，则将R5，10中这5个指标对应的数据代入式（3），合并后即可得到从优隶属度模糊物元

3.3 构造最优模糊物元与差平方复合模糊物元

3.4 确定指标权重系数

将R5，10中的数据代入式（7）～式（11）的指标权重系数计算公式，可得到10个评价指标的综合权重，如见表2所示。

表2 机场安全评价指标综合权重

3.5 欧氏贴近度计算与综合评价

根据式（13）计算5个机场的欧氏贴近度，计算结果如图3、表3，同时根据欧氏贴近度的大小可得到5个机场安全评价的排序。

根据表3的排序结果，5个机场的安全评价顺序为，机场5＞机场1＞机场4＞机场3＞机场2，其中，机场5最为安全。

4 结论

机场运行具有模糊性、复杂性以及指标多样性的特点，对机场安全进行综合评价难度很大。本文研究利用AHP和熵值法各自确定的权重，通过线性加权确定综合权重，建立了机场安全的模糊物元评价模型，以尽可能降低主观和客观因素的影响，改善机场安全评价的可靠性。实例分析表明:利用基于综合赋权的模糊物元理论进行机场安全的评价

表3 欧氏贴近度计算值

方法安全有效，从而为机场运行安全的正确评价提供了一条有效可行的途径。

［1］梁文娟，程明.机场安全趋势分析方法与应用研究［J］.工业安全与环保，2015，41（4）:7-9.

［2］高扬，吴建多.基于多级物元分析的机场安全评价［J］.中国安全生产科学技术，2009，5（6）:151-155.

［3］惠翔.基于模糊理论的机场风险评估研究［J］.空中交通管理，2011（6）:34-37.

［4］孙殿阁，孙佳，王淼，等.基于Bow-Tie技术的民用机场安全风险分析应用研究［J］.中国安全生产科学技术，2010，6（4）:85-89.

［5］靳慧斌，洪远，蔡亚敏.基于因子分析的机场运行安全评价模型［J］.工业安全与环保，2015，41（6）:62-65.

［6］AGHAHOWA E.Stephen allen developing key performance indicators for airport safety and security［J］.Journal of Air Transport Management，2007，25（7）:296-314.

［7］WONG D K Y，PITFIELD D E，CAVES R E，et al.The development of a more risk-sensitive and flexible airport safety area strategy:Accident location analysis and airport risk assessment case studies［J］.Safety Science，2009，47（7）:913-924.

［8］张斌，雍歧东，肖芳淳.模糊物元分析［M］.北京:石油工业出版社，1997.

［9］常建娥，蒋太立.层次分析法确定权重的研究［J］.武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2007，29（1）:153-156.

［10］王雪姣，艾萍丁，青云.基于组合权重的模糊物元模型在水利现代化评价中的应用［J］.三峡大学学报（自然科学版），2015，37（2）:1-5.

［11］蔡文.物元模型及应用［M］.北京:科学技术文献出版社，1994.

［12］邱菀华.管理决策与应用熵学［M］.北京:机械工业出版社，2001.

Airport Operation Safety Assessment Based on Fuzzy Matter Element Model with Comprehensive Weighting

NIU Jun-feng1，SUN Jing-juan2，LI Sheng-hou2，ZHANG Xiu-jun2
（1.Xijing College，Xi’an 710123，China；2.School of Air Traffic Control and Navigation，Air Force Engineering University，Xi’an 710051，China）

In order to assure the safety operation of airport operation and nip in the bud，according to the fuzzy matter element analysis theory，a safety assessment model of Airport operation based on comprehensive weighting is proposed by the use of Airport operation safety assessment index system.In the model，the weights obtained by analytic hierarchy process and entropy method are linearly weighted to implement the comprehensive weighting for assessment index，comprehensive weight is used in fuzzy matter element modeling and assessing.The example analysis result shows that the model have many advantages such as simple step，scientific and reasonable process，consideration of the subjective and objective influence and so on，and the assessment result basically reflects the actual safety level of the of Airport operation，providing a new way for ATC safety assessment.

fuzzy matter element，analytic hierarchy process，entropy method，airport operation，safety assessment

TB24

A

1002-0640（2017）04-0101-04

2016-02-18

2016-04-02

省部级自然科学基金资助项目（2015JM7364）

牛军锋（1979-），男，陕西西安人，讲师。研究方向：信息管理与信息系统。