舰载直升机起降安全的直觉模糊决策评估*

吴艳杰 王 勇 陈重阳 李京书

（海军工程大学 武汉 430033）

1 引言

根据美国安全中心的统计显示［1］，舰载直升机发生事故的概率是航天飞行器的5倍，喷气式轰炸机的10倍，民航飞机的54倍，由此可见，舰载直升机的安全不容忽视，而起飞和降落是舰载直升机最容易发生事故的时刻，因此，加强舰载直升机在起降过程中的安全分析对于部队安全训练，保障装备和人员安全具有重要的意义。

舰载直升机起降期间受到舰船运动、海浪洋流、海风等多种因素的影响，直升机各部分受力不均匀且变化较为剧烈，如何在恶劣的条件下实现安全的起降一直是各国装备研发人员关注的焦点。安全起降包线（风限图）是保障舰载直升机的飞行安全、评估直升机在舰船上适用能力的重要参考，是舰面人员指挥直升机起降的重要依据。舰船空气尾流场是计算舰载直升机安全起降包线的重要依据，其预测方法主要有理论分析法、实船测量法、缩比模型风洞实验法和全尺寸计算流体动力学（CFD）数值模拟法。理论分析法对于舰船空气尾流场这一典型的三维湍流而言，无法得到精确的解析解［2］；实船测量法耗时耗力、且安全性不高；缩比模型风洞实验法较难真实反映船只的实际空气尾流场［3～4］；CFD［5～6］模拟法计算复杂，其计算结果依赖于湍流模型、边界条件、物理参数的精确程度。以上这些方法都是从计算的角度出发，对于人员、环境对起降安全的影响考虑较少，此外，舰载直升机起降过程中涉及到众多不确定性因素，而这些方法缺乏对不确定因素的描述能力。因此，本文提出了基于直觉模糊决策的舰载直升机起降安全评估模型，通过建立三级评估指标体系，采用直觉模糊决策方法解决人员、装备、环境、管理等因素中的不确定性问题，实现了多属性综合决策评估。

2 舰载直升机起降安全评估指标体系构建

构建合理的指标体系的需要遵循以下原则［7］：1）系统性，即指标体系能全面反映被评估对象的综合情况，能够反映直接和间接效果，保证评估的全面性和可信度；2）简明性，即尽量减少指标个数，突出主要指标；3）客观性，即指标的确定应避免主观意愿；4）时效性，即评估指标要随着科学的发展不断调整；5）可测性，即指标能够通过数学公式、测试仪器或试验统计方法获得；6）完备性，即影响评估的指标均应在指标集中，指标集具有广泛性、综合性和通用性；7）独立性，即指标间不相关，减少交叉；8）一致性，即各指标与分析目标相一致；9）可比性，即评估指标和标准要客观实际，便于比较。

根据以上指标构建原则，同时参考MMEM（“人—机—环境—管理”）系统理论，建立舰载直升机起降安全评估三层指标系统。MMEM系统理论是在传统“人—机—环境”系统理论基础上发展起来的，弥补了传统分析方法中的不足，使得评估更加全面、合理。构建的指标体系如图1所示［8～9］。

图1 舰载直升机起降安全评估指标体系

3 舰载直升机起降安全评估的直觉模糊决策模型

3.1 直觉模糊决策理论

Zadeh［10］于 1965 年提出的模糊集理论在各个领域得到广泛应用，其核心思想是把取值仅为0或1的特征函数扩展为［0，1］区间中任意取值的隶属函数。Atanassov［11］在此基础上提出了直觉模糊集理论，集成了隶属度、非隶属度和犹豫度三个方面的信息。

设X是一个非空集合［11］，则称

为直觉模糊集，其中μA(x)和νA(x)分别为X中元素x属于A的隶属度和非隶属度，即：μA：X→[0，1]，x∈X→μA(x)∈[0，1]，νA：X→[0，1]，x∈X→νA(x)∈[0，1]，且满足条件0≤μA+νA≤1，x∈X，此外，πA=1−μA(x)−νA(x)，x∈X表示X中元素x属于A的犹豫度或不确定度。

对于任一直觉模糊数α=(μA，νA)可通过得分函数对其进行评估：s(α)=μA−νA，显然s(α)∈[−1，1]。

3.2 舰载直升机起降安全的直觉模糊模型

对于直觉模糊决策矩阵，按照IFWA算子其直觉模糊综合值为

3.3 基于直觉模糊熵的指标权重确定

在进行舰载直升机起降安全评估计算之前，需要确定评估指标体系中的各个指标权重，本文采用直觉模糊熵计算权重。

由以上定义可知，直觉模糊熵计算权值的基本思想是：直觉模糊熵权值的大小是由决策者对指标的确定程度而定的，对于决策者确定性高的指标，将被赋予较大的权值，反之，将被赋予较小的权值。

3.4 直觉模糊评估步骤

基于直觉模糊群决策的舰载直升机起降安全评估步骤如下。

1）构造决策判断矩阵Qk=qij，其中qij=(μij，νij)，0≤μij+νij≤1；

2）按照3.3节方法计算各个指标的权重；

3）按照IFWA算法计算二级综合属性值；

4）按照IFWA算法计算舰载直升机起降安全评估的最终模糊数；

5）根据模糊数判定起降安全性。

4 仿真与结果分析

为了验证评估方法的有效性，对某次起降进行了评估，邀请5位专家对起降安全各个指标进行评估打分，如表1所示。

表1 舰载直升机起降安全评估决策矩阵

采用直觉模糊熵的方法计算各指标的权重值，结果如表2所示，由表可知，对于人员因素，专家对飞行与组织的确定度较高，对于机器因素，专家对发动机的确定度较高，对于环境因素，专家对海浪的确定度较高，对于管理因素，专家对日常管理工作的确定度较高。

表2 指标直觉模糊熵权重

采用IFWA算子计算二级指标的模糊数，结果如表3所示，由表可知，专家认为从管理的角度而言，舰载直升机起降是较为安全的，表明专家对于管理工作比较认可，专家认为从环境的角度而言，舰载直升机起降的安全性一般，表明专家对环境的影响比较担忧，对于人员和机器方面，专家认为其对起降安全影响一般。

表3 二级指标模糊数

求得最终的起降安全模糊数为(0.714，0.143)，参照表4［12］将其转化为定性描述语言为安全评估结果为介于“好”和“很好”之间，偏向于“好”。

表4 直觉模糊转化为定性语言描述

5 结语

针对舰载直升机起降安全影响因素众多且信息不确定问题，构建了三级评价指标体系，采用直觉模糊数对不确定信息进行描述，给出了直觉模糊评估具体步骤，仿真验证表明，直觉模糊决策方法能够实现对舰载直升机起降安全的综合评估。