基于DEMATEL-ISM法的民航飞行员综合安全能力结构模型研究

杨 姝,李俊龙

(1.中国民用航空飞行学院空中交通管理学院，四川 广汉 618307；2.中国民用航空飞行学院广汉分院，四川 广汉 618307)

美国著名安全工程师海因里希认为，人的不安全行为和物的不安全状态是导致事故发生的直接原因[1]。近年来，航空器的设计制造工艺和自动化程度都达到了较高的技术水平，由机械故障、天气等原因造成的飞行事故率已大大下降，相反，由人为因素所导致的飞行事故却在逐年增加，尤其是飞行员的失误，一直是飞行事故的最主要原因。据中国民用航空局对飞行事故原因的调查分析，因飞行员原因导致的飞行事故占事故总数的70%以上[2]。

安全能力，顾名思义，是指保证安全的能力，在不同的行业其具体内容存在较大的差异[3-4]。本文对飞行员综合安全能力的内涵界定为：飞行员在执行飞行任务时，通过自身所具备的知识、技能、态度等素质和拥有的相关资源，能够识别和控制系统性风险，避免不安全飞行事件、飞行事故症候以及飞行事故的发生，从而有效完成飞行任务的能力。因此，研究飞行员综合安全能力结构模型，对飞行员的培养考核、安全风险的识别与控制以及事故及事故症候的预防调查都具有重要的意义，将有助于提高民航飞行员的综合安全能力，从而提升民航业航空的安全水平。

目前,已有诸多学者从不同角度对民航飞行员综合安全能力进行了研究。如赵崇偲等[5]、王悦颐等[6]、高扬等[7]从飞行员心理素质的角度出发，对飞行员的安全能力展开了定性或半定量化的评价分析；姜薇等[8]、杨仕云等[9]从飞行员的认知能力和动态空间加工能力等具体操作技能出发，对飞行员的安全能力进行了检测；文兴忠[10]从飞行员的职业安全意识角度出发，对国内当前民航飞行员的安全能力现状进行了分析。

上述研究都是从飞行员人为因素的某一方面入手展开的研究，缺乏系统性、整体性，虽然陈农田等[11]、王鹏等[12]采用AHP等方法对飞行员的综合能力或疲劳状态进行了分析，但对评价指标之间相互关系，以及指标在整个系统结构中的位置和作用方面未能涉及。鉴于此，本文在构建民航飞行员综合安全能力评价指标体系的基础上，采用决策实验和评价试验法(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL)分析了民航飞行员综合安全能力各项指标的重要程度，识别了各项指标在民航飞行员安全能力评价指标体系中的类别和作用，并采用解释结构模型(Interprative Structural Modeling,ISM)方法构建了民航飞行员综合安全能力的多级递阶结构模型，根据该模型可深入分析民航飞行员综合安全能力各项指标之间的递阶关系，研究结果对民航飞行员安全能力建设具有重要的意义。

1 集成的DEMATEL-ISM法

DEMATEL法是为了分析复杂系统内部因素的重要性程度，简化系统结构分析的过程而提出的一种运用图论与矩阵工具进行系统要素分析的方法。该方法通过分析系统中各因素之间的逻辑关系与直接影响关系，构建直接影响矩阵，计算各因素对其他因素的影响程度和被影响程度，并计算各因素的中心度和原因度，以此来判断该因素在整个系统中的作用[13-14]。

ISM法是现代系统工程中广泛应用的一种结构模型化技术分析方法。该方法可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型，特别适用于变量众多、关系复杂而结构不清晰的系统分析。ISM法通过对表示有向图的相邻矩阵进行逻辑运算，得到可达性矩阵，最终使复杂系统分解成层次清晰的多级递阶结构形式。

集成DEMATEL-ISM法的思路是：通过DEMATEL法推导指标间的综合影响矩阵，并计算整体影响矩阵;根据整体影响矩阵和可达矩阵的关系，将整体影响矩阵转换为ISM法中的可达矩阵；根据可达矩阵，利用ISM法划分出评价指标系统的结构。基于DEMATEI-ISM法的民航飞行员综合安全能力评价指标系统结构分析流程，详见图1。

图1 基于DEMATEL-ISM法的民航飞行员综合安全能力评价指标系统结构分析流程Fig.1 Flow chart of comprehesive safety capability structure analysis for civil aviation pilots based on DEMATEL-ISM

2 民航飞行员综合安全能力评价指标体系的构建

民航飞行员的综合安全能力是一个复杂的系统性问题，内部指标成多层次、多角度分布。通过对世界民航事故中关于飞行员人因方面的原因进行调查分析，并参考相关研究成果[3-10,15]，结合飞行技术专家及飞行教员的意见，得到民航飞行员综合安全能力评价指标体系，该体系各项评价指标的编号及其含义详见表1。

表1 民航飞行员综合安全能力评价指标体系Table 1 Index system for comprehensive safety capability of civil aviation pilots

3 基于DEMATEL-ISM法的民航飞行员综合安全能力结构建模

3.1 判断指标间的相互影响关系，建立指标的直接影响矩阵

民航飞行员综合安全能力评价指标体系包括四大类、20项评价指标，将指标集合记为A={α1,α2,…,α20}，将指标间的相互影响关系记为βij，即表示指标αi对指标αj的影响程度。指标间的相互影响关系并非等同，指标对自身视为无影响，即i=j时，βij=0。采用Delphi法，邀请相关专家根据指标间的相互影响关系对βij赋值，将强、较强、一般、弱、无5个等级分别赋值为4、3、2、1、0，从而得到民航飞行员综合安全能力评价指标的直接影响矩阵B，即B=(βij)20×20，见表2。通过将指标的直接影响矩阵进行规范化处理，得到规范化后的指标直接影响矩阵C为

表2 民航飞行员综合安全能力评价指标的直接影响矩阵BTable 2 Adjacent matrix B of comprehensive safety capability indexes of civil aviation pilots

(1)

从而使得cij处于[0,1]区间内。

3.2 计算指标的综合影响矩阵T、中心度Mi和原因度Ni

计算指标的综合影响矩阵T[T=(tij)20×20]，用以确定各项指标相对于民航飞行员综合安全能力评价指标体系中最高水平指标的综合影响，其计算公式为

T=C(I-C)-1

(2)

式中，I为单位矩阵。

对指标综合影响矩阵T中的行和列，利用下面公式计算各项指标的中心度Mi和原因度Ni:

(3)

(4)

Mi=fi+ei(i=1,2,…,20)

(5)

Ni=fi-ei(i=1,2,…,20)

(6)

式中：fi为指标αi的影响度;ei为指标αi的被影响度;Mi为指标αi的中心度，用来表示该项指标在评价指标体系中的重要程度，中心度越大，表明该项指标重要性越大;Ni为指标αi的原因度，用来表示该项指标在评价指标体系中的作用大小，原因度越大，则表明该项指标在评价指标体系中所起的作用越大，为原因指标，而原因度越小，则表明该项指标为评价指标体系中的结果指标。

民航飞行员综合安全能力评价指标体系中各项指标中心度和原因度计算结果详见表3。

表3 民航飞行员综合安全能力评价指标体系中各项指标中心度和原因度的计算结果Table 3 Computation results of centrality degree and degree of causation of the comprehensive safety capability indexes of civil aviation pilots

3.3 计算指标的整体影响矩阵H和可达矩阵K

指标整体影响矩阵H[H=(hij)20×20]的计算公式为

H=I+T

(7)

根据指标的整体影响矩阵H，给定阈值λ=0.08,通过下式计算指标的可达矩阵K[K=(kij)20×20]：

(8)

设置阈值λ的目的是舍去影响程度较小的指标间的影响关系，简化系统结构，其大小直接影响可达矩阵的构成和系统结构的划分。阈值取值越大，指标间的独立性越强，系统结构越简单，但指标间的影响关系越难以表达清楚；阈值取值越小，指标间的影响关系越复杂，系统结构越复杂，但系统的整体性越难以表达清楚。因此，需要对阈值经过多次取值分析验证，以获得最佳的系统结构模型。

3.4 构建多级递阶结构模型

根据指标的可达矩阵K，通过下面公式可确定指标的可达集合Ri和前项集合Si:

(9)

经分析,当i=18、20时，满足Ri=Ri∩Si，因此第一级指标集为L1{α18,α20}，去掉可达矩阵K中指标α18、α20所对应的行和列;同理,可计算第二级至第九级指标集如下：

L2{α2,α17}，L3{α9,α19}，L4{α7,α12,α13,α16}，L5{α5，α6，α11，α14，α15}，L6{α4},L7{α1,α10},L8{α3}，L9{α8}

4 民航飞行员综合安全能力结构模型的分析

4.1 民航飞行员综合安全能力评价指标的重要性分析

根据DEMATEL-ISM法计算出的指标中心度，可绘制民航飞行员综合安全能力评价指标的重要性曲线，见图2。

图2 民航飞行员综合安全能力评价指标的重要性曲线Fig.2 Importance curve of comprehensive safety capability indexes of civil aviation pilots

指标的中心度越大，则表明该项指标在评价指标系统中的重要性越大。由图2可知，对民航飞行员综合安全能力影响重要性较大的指标依次为心理感知能力(α4)、安全意识(α9)、特情处理能力(α20)和驾驶技术水平(α17)；其次为理解沟通能力(α12)、自主学习能力(α11)、飞行理论知识(α13)、驾驶舱资源管理(α19)、飞行适应能力(α18)、应对能力(α5)、人格特质(α6)、航图识别能力(α14)、专业英语水平(α15)和安全态度及法规观念(α8)；其重要性较小的指标为健康状况(α1)、学历背景(α10)、安全法规程序教育(α7)、体能体力(α2)、生活习惯(α3)和飞行经历经验(α16)。

4.2 民航飞行员综合安全能力评价指标的类别分析

根据DEMATEL-ISM法计算出的指标原因度，可绘制民航飞行员综合安全能力评价指标的因果图，见图3。

图3 民航飞行员综合安全能力评价指标的因果图Fig.3 Causality diagram of comprehensive safety capability indexes of civil aviation pilots

指标的原因度越大，则表明该项指标在评价指标系统中为原因指标；指标的原因度越小，则表明该项指标在评价指标系统中为结果指标。由图3可知，飞行经历(α16)、学历背景(α10)、飞行理论知识(α13)、心理感知能力(α4)、健康状况(α1)、人格特质(α6)、自主学习能力(α11)和应对能力(α5)为民航飞行员综合安全能力评价指标体系中的原因指标；特情处理能力(α20)、飞行适应能力(α18)、驾驶技术水平(α17)、安全意识(α9)、驾驶舱资源管理(α19)和理解沟通能力(α12)为民航飞行员综合安全能力评价指标体系中的结果指标；其他指标位于中间，是原因指标到结果指标的过渡指标。

4.3 系统多级递阶结构分析

根据DEMATEL-ISM法计算出的各级指标集，可绘制民航飞行员综合安全能力的多级递阶结构模型，见图4。

图4 民航飞行员综合安全能力的多级递阶结构模型Fig.4 Multilevel structural model of comprehensive safety capability of civil aviation pilots

由图4可见，民航飞行员综合安全能力评价指标体系中，体现飞行员综合安全能力最高的指标是飞行适应能力(α18)和特情处理能力(α20)，具备这两项能力的飞行员在任何地方、与任何空勤人员和管制人员沟通、出现任何特情的情况下，都能保证飞行安全;体现飞行员综合安全能力最重要的指标是驾驶技术水平(α17)、驾驶舱资源管理(α19)和安全意识(α9)，这三项能力是成熟飞行员能够保证飞行安全的最基本要求;从飞行学员成长为一名成熟的飞行员，在培养阶段一定要重视安全法规程序教育(α7)，培养理解沟通能力(α12)和自主学习能力(α11)，打好扎实的飞行理论基础知识(α13)，积累丰富的飞行经历经验(α16)，注意锻炼体能体力(α2)，并提升自身的航图识别能力(α14)以及专业英语水平(α15);在选拔飞行学员阶段，一定要重点考察其安全态度及法规观念(α8)、生活习惯(α3)、健康状况(α1)、学历背景(α10)、应对能力(α5)、人格特质(α6)和心理感知能力(α4)，其中心理感知能力位于承上启下的关键位置，是考察的重点。

5 结论及意义

本文在构建民航飞行员综合安全能力评价指标体系的基础上，采用集成的DEMATEL-ISM法建立了民航飞行员综合安全能力的多级递阶结构模型，并对该结构模型进行了深入分析，研究结果对民航飞行员安全能力的建设具有重要的意义，具体结论如下：

(1) 对民航飞行员综合安全能力评价指标的重要性进行了定量研究，得出心理感知能力、安全意识、特情处理能力和驾驶技术水平是最重要的评价指标，该量化结果可为民航飞行员综合安全能力评估及考核提供参考。

(2) 对民航飞行员综合安全能力评价指标进行了属性分类，可分为原因指标和结果指标。其中，结果指标通常是引起飞行事故的直接原因；原因指标通常是引起飞行事故的间接原因，故在飞行事故或事故征候调查以及安全风险管理时需要全面把握。

(3) 本文所构建的多级递阶结构模型体现了民航飞行员综合安全能力评价指标体系的整体结构，可为民航飞行员安全能力建设的各个阶段提供参考依据。