空管单位运行条件审核评估研究

杨昌其，韩月，赵星森，李柳池

（中国民用航空飞行学院空管安全研究所，广汉618300）

0 引言

随着旅客出行及货邮运输需求的不断增加，近年来各地政府及民航局一直在筹建布局新机场，2020年我国布局规划民用机场总数达到260个[1]。《民用航空空中交通管理规则》（CCAR-93-R5）[2]规定，全年起降超过3.6万架次的机场要进行塔近分离工作，即原有的一个管制室要分离为塔台和进近两个管制室。随着运输量大幅增长，许多原本塔近合并的机场全年起降架次突破了3.6万，需要推进塔近分离工作。

张建平[3]早在2002年就将空管系统子目标确立为“安全、便捷、舒适、经济”四点，利用“两两比较法”量化权重并绘制出目标树，对空管服务质量评估进行了理论上的初步尝试。2018年，李远[4]分别对单一和多家空管单位的安全能力进行评估，其中对多家空管单位安全评估中又分别对其单类安全能力与综合安全能力进行了评估，采用因子分析法、共原点灰色聚类法、TOP⁃SIS排序法及环比指标熵权法，通过对比及相互验证的方式反映空管单位整体安全保障水平。2019年，赵玉环、曹兴武等人[5]应用直觉三角模糊数排序模型对影响因素进行排序并进行算例验证，综合灰色关联分析法、TOPSIS法和矢量投影法，避免了单一排序方法的局限性，同时解决了度量指标的模糊性和不确定性问题。而目前在对于新设立管制单位的空管运行条件方面的评估研究较少。

1 管制单位运行条件概念及评估指标挖掘

中国民用航空局于2018年5月1日起施行的《民用航空空中交通管理规则》（CCAR-93-R5）[2]，空管单位的运行条件要保障空中交通安全、有序、高效的运行。其中“安全”可列为管制运行安全性能指标、“高效”可列为管制运行效率性能指标，“有序”可理解为单位运行符合国家相关法律法规及相关行业标准制度，可认作为管制运行管理指标。管制单位运行条件指标可从安全、效率、规范化管理三个方面来考虑，依据CCAR-93-R5、“民用航空空中交通管理运行单位安全管理规则”（CCAR-83）[6]等相关文件及前人研究成果确立指标项，同时结合一线实际运行情况，通过发放问卷调查等方式进行筛选整合及拓展丰富。

2 管制单位运行条件评估模型建立

2.1 运行条件评估指标体系构建

本文在指标挖掘及建立指标体系过程中，发现如果按安全、效率、管理三个方面作为一级指标进行构建的话，空管运行的安全条件与效率条件下级指标总是有重合的部分，即某些指标既代表安全又代表效率，无法简单按照概念划分开，而空管运行主要包含人员、技能、培训、设施、设备、标准、规范、制度、程序、组织等方面。故我们将这些指标按照人、机、环、管及初始运行五个方面来划分，在这五个一级指标下综合考虑符合空管运行性能的二级指标，既避免了重复，又解决了划分不合理的问题。

根据体系构建的系统性、科学性、可操作性、动态性、稳定性等原则，通过走访调研及文献研究确立了初始指标体系，再经管制单位专家及民航院校教授进行头脑风暴讨论并达成一致意见，最终确立空管单位运行条件指标体系如图1所示。

图1 空管单位运行条件指标体系

2.2 权重确定方法

在建立空管单位运行条件审核评估指标体系后，需要对各指标的权重进行确定。常用的方法有CV法、CRITIC权重法。本文我们采用SPSSAU进行权重计算。

（1）变异系数法

也称信息量权重法，变异系数法是一种客观赋权法。其思想在于利用数据的变异系数进行权重赋值，如果变异系数越大，说明其携带的信息越大，因而权重也会越大，此种方法适用于专家打分。

首先我们邀请空管单位经验丰富的专家指标进行打分，然后计算每个专家评分的变异系数，再根据变异系数求得各专家权重。各个专家评分的变异系数公式如下：

式中：Vi是第i个专家的变异系数（C系数）、也叫标准差系数，σi是第i个专家的标准差，Xˉi是第i个专家的平均数。

各专家权重为：

然后根据各专家权重对各指标得分进行加权得到最终分数，记为βj（j=1，2，…，m）

各指标权重计算公式为：

（2）CRITIC权重法

CRITIC权重法是一种客观赋权法。其思想在于用两项指标，分别是对比强度和冲突性指标。对比强度使用标准差进行表示，如果数据标准差越大说明波动越大，权重会越高；冲突性使用相关系数进行表示，如果指标之间的相关系数值越大，说明冲突性越小，那么其权重也就越低[8]。

2.3 CV&CRITIC TOPSIS排序法定量评估

TOPSIS排序法原理是通过比较待评估对象与理想对象的相对贴近度来确定待评估对象在某评判准则下的相对优劣程度[9]。因此TOPSIS排序法所选取的评估指标应具有较高的标准性和可对比性。CV&CRIT⁃IC TOPSIS评价法是将信息量权重法、CRITIC法和TOPSIS法综合起来的一种评价方法。其核心仍然是TOPSIS排序法，只是在计算时先综合CV法和CRITIC法计算出各指标权重，将评价指标数据与权重相乘得到新的评估数据，再利用TOPSIS排序法进行评估。

本节以前章所构建的空管单位运行条件定量评估指标体系为基础，对已挖掘的评估指标项重新进行环比组合，确定出18项环比性指标用于基于TOPSIS空管单位综合运行条件定量评估算例验证，具体评估指标见表1。

表1 环比指标模型

（1）构建初始判断矩阵

与熵值法同理。

（2）原始数据规范化

在TOPSIS中数据需要全部同趋势正向化，即数据一定需要越大代表越优，因此对逆向指标首先使用倒数功能处理，让数据越大代表越优。接着对数据进行量纲化处理，需使用平方和归一化（SSN），规范化决策矩阵表示为A矩阵。

倒数公式：

平方和归一化公式：

（3）构建加权规范化决策矩阵

为构建加权规范化决策矩阵，首先要计算各指标权重。为验证评估结果的准确性、有效性，本文采用两种方法构建权重。第一种方法为CV权重法。第二种方法为CRITIC权重法。

（4）计算正、负理想解

通过对比E i值的大小，判断评估目标在某一特性评估中的相对优劣情况。

3 算例验证

我们选取待塔近分离的西南某机场空管塔台数据进行算例验证。选取该机场两年的指标数据进行平均作为原始数据。验证过程如下。

3.1 CV&CRITIC法计算指标权重

（1）一级指标权重计算

我们邀请五位专家对五项一级指标重要程度进行打分（取满分为100分，分值越大代表该项指标越重要），记为b ij，i=1，2，…，5分别对应初始运行数据、人员条件、设施设备条件、环境条件及组织管理条件五项一级指标，j=1，2，…，5分别代表专家1、2、3、4、5。对分数b ij运用SPSSAU中的信息量权重法求得各专家权重W j如下所示，将各指标对应分数加权后各指标得分分别如下。

①变异系数法（CV法）

w jε=（19.88%，23.33%，15.59%，19.83%，21.37%），βi={75.766，93.623，68.306，61.304，79.390}。

再将此得分根据公式（3）得到各指标权重：

wi∅={0.200，0.247，0.181，0.162，0.210，i=1，2，…，5}。

②CRITIC法

使用SPSSAU，运用CRITIC法求各专家权重及加权后得分αi如下：w jτ={19.61%,16.43%,22.43%,19.48%,22.05%}，αi={75.834,93.287,68.527,61.767,79.124}

将此得分同样根据公式（3）得到各指标权重：w iφ={0.208,0.255,0.151,0.169,0.217,i=1,2,…,5}。

③一级指标综合权重计算

我们令一级指标权重wi=γwi∅+(1-γ)wiφ，再令γ=0.5，即认为信息量权重法及CRITIC法这两种方法分析结果同样准确，最终求得一级指标综合权重为：w i={0.204,0.252,0.165,0.166,0.213,i=1,2,…,5}。

（2）二级指标权重计算

同理用上述方法对各项一级指标下的二级指标分别计算权重，最后进行加权得综合权重如下：

W={0.0620，0.0701，0.0718，0.0552，0.0529，0.0472，0.0478，0.0491，0.0558，0.0544，0.0548，0.0615，0.0549，0.0496，0.0540，0.0522，0.0546，0.0521}。

3.2 运行条件定量评估

3.2.1 构建初始规范化矩阵

本文在进行空管单位运行条件审核评估方法研究及算例验证前期，参照实验室《空管系统运行单位安全能力评估试点验证》项目报告采集到的较为完整的12家空管单位的评估指标数据，通过对这些数据进行对比分析、查阅国内外有关空管运行条件等级划分资料以及邀请民航局相关专家根据个人工作经验初步建立如下表2所示空管单位运行条件等级准则：将空管单位运行条件划分为五级：低、偏低、中等、较高、高。表中第一列数据是取自待评估单位“空管单位一的样本数据。

表2 空管单位运行条件等级准则

其中Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z12、Z13、Z14为逆向指标，Z1、Z2、Z3、Z9、Z10、Z11、Z15、Z16、Z17、Z18均为正向指标。先利用公式（1）对逆向指标正向化，再对所有指标用公式（2）处理量纲得待估矩阵X。

3.2.2 CV&CRITIC TOPSIS排序法评估空管单位运行条件

对矩阵X每行分别乘以该行的权重值得到加权综合评估矩阵如下：

（1）利用MATLAB程序得基于TOPSIS排序法的评估矩阵正、负理想解分别为：

（3）计算相对贴进度：

依据公式（10）计算单位一相对贴进度E=0.6062。

4 结语

4.1 结果分析

由3.2.2可知，基于CV&CRITIC TOPSIS法评估结果显示：空管单位一运行条件评估等级为较高，与实际情况相符。代表其整体状况较为满足塔近分离条件。但仍有较多进步空间。在后续研究过程及实际运行当中，可通过具体分析各影响因素指标运行条件来进行评判及改进。

4.2 总结

本文针对新建机场的管制单位是否满足运行条件、正在运营当中的机场塔近分离工作能否安全实施，为保证新设立管制单位及实施塔近分离单位能顺利安全高效运行，通过考虑安全、效率、规范化管理三大角度，以“人-机-环-管-基础运行”为一级指标进行分类，结合一线管制单位实际情况，对空管单位运行条件审核评估指标体系进行了构建，涵盖了影响管制单位安全、高效、有序运行的主要指标，确立了CV&CRITIC TOPSIS的评估方法，并对西南某机场空管单位进行算例验证，结果较为符合实际情况。