基于FTA-AHP的飞机雷击风险评价技术

张 黎 聂维丽 郑娟娟 佀庆民

（1.郑州航空工业管理学院管理工程学院，河南 郑州 450046；2.郑州航空工业管理学院民航学院，河南 郑州 450046）

0 引言

随着数字化微电子控制设备的不断进步，飞机遭遇雷击的可能性也在增加。飞机遭遇雷击不仅会破坏飞机的外观，造成直接经济损失，还影响正常的飞行作业，给航线飞行造成不同程度的困难，甚至发生事故，直接威胁着飞机的飞行安全[1，2]。数据显示，一架飞机每飞行3000小时就有一次被雷电击中的机会[3]，特别是在多暴雨的地区。2010年8月16日，哥伦比亚一架客机在着陆时遭遇雷电袭击，造成至少1人死亡，5人重伤[4]。2016年10月30日，沈阳桃仙机场进近管制区发生9起飞机雷击事件[5]，一天之内发生如此多起雷击事件尚属首次。2019年5月5日，一架俄航客机由于突发故障折返，紧急迫降时起火，造成41人死亡。造成这起事故的原因可能是飞机遭遇雷击后自动化设备失灵。因此，对飞机雷击的风险因素进行评价，找出风险较大的因素进行及时有效的解决，预防此类事件的发生，对提高航空安全水平具有十分重要的意义。

针对飞机雷击，国内外学者已经做了许多研究，主要集中于雷电对飞机运行的危害[6]，飞机遭遇雷击的原因分析[7]及飞机雷击防护[8]等方面。本文将事故树的定性分析和层次分析法的定量分析相结合，将事故树中各基本事件的结构重要度用于构建判断矩阵，弥补传统层次分析法中定性成分多的缺点，进而识别出飞机雷击事故中风险较大的因素，对减少民航不安全事故的发生具有重要的现实意义。

1 利用事故树建立层次分析模型

1.1 构造事故树

以飞机遭遇雷击为顶事件，飞机误入雷雨区和飞行员未采取有效绕飞措施作为中间事件进行逐步展开，最终分析出17个基本事件，构造的事故树模型如图1所示。

图1 飞机雷击事故树模型

事故树模型中各代码的含义如表1所示。

表1 事故树中各代码的含义

1.2 建立层次分析模型

依据事故树模型中的17个基本事件建立层次分析模型，实现事故树与层次分析法的有效结合。首先将各基本事件进行归纳分类，转化为层次分析法的准则层因素。经过分析，确定准则层因素为人为因素、机械因素、天气因素和管理因素。目标层因素为飞机雷击风险评价，依此建立的层次分析模型如表2所示。

表2 层次分析模型

1.3 构造判断矩阵

首先需要对同层各因素进行两两比较，常用1~9标度进行量化。为了减少人为主观性，使结果更加客观，本文利用各基本事件的结构重要度进行两两比较，构建判断矩阵。

（1）计算出各基本事件的结构重要度。

（2）找出各基本事件结构重要度分母的最小公倍数，用LCM表示。

（3）利用公式μ（i）=Iφ（i）·LCM计算出判断因子，即基本事件对顶事件的影响程度，用μ（i）表示。

（4）利用判断因子μ（i）进行两两比较，构建判断矩阵。即方案层判断矩阵为：

准则层因素包含一定数量的方案层因素，因此准测层判断因子可以用方案层各因素判断因子之和表示，即准则层判断矩阵为：

1.4 层次总排序

对事故树进行分析，求出各基本事件的结构重要度，再利用判断矩阵求出各基本事件的权重，最后再确定各基本事件对于目标层的总体指标权重。

2 实例应用与分析

对飞机遭遇雷击事故树模型进行分析，计算出最小割集。再利用公式计算出各基本事件的结构重要度。

式中，Iφ（i）表示基本事件i的结构重要度；Kj表示第j个最小割集；nj表示Kj中基本事件的总个数。计算结果如表3所示。

由表3中的数据可知，各基本事件结构重要度分母的最小公倍数为4，即LCM=4。经过计算得到判断因子依次为24、12、2、12。

表3 各基本事件的结构重要度

表4 判断矩阵

经计算准则层的权重为ω=（0.48，0.24，0.04，0.24）T，并通过一致性检验。方案层的各因素权重经计算，结果如下：

（1）对于人为因素中的指标权重为ω1=（0.04，0.29，0.29，0.18，0.04，0.08，0.04）T。

（2）对于机械因素中的指标权重为ω2=（0.5，0.5）T。

（3）对于天气因素中的指标权重为ω3=（0.5，0.5）T。

（4）对于管理因素中的指标权重为ω4=（0.34，0.08，0.08，0.25，0.25）T。

确定整体指标权重，如表5所示。

由表5可知，飞机雷击风险评价中，对其影响最大的是人为因素，其次是气象雷达失效、气象雷达功能界面未打开等机械因素。这一结果符合实际情况，可为制订飞机雷击预防方案提供决策依据。因此，在实际安全管路工作中，应加强对驾驶员的技术和安全意识培训，同时加强对机械设备的检查维修。

表5 整体指标权重表

3 结语

本文构建了包含17个基本事件的飞机雷击事故树模型，将各基本事件进行归纳分类，转化为层次分析法的准则层因素，分别为人为因素、机械因素、天气因素和管理因素。并利用各基本事件结构重要度分母的最小公倍数得到判断因子，构建判断矩阵。最终计算出准则层的权重为ω=（0.48，0.24，0.04，0.24）T，得出对飞机雷击风险事故影响最大的是人为因素，其次是气象雷达失效、气象雷达功能界面未打开等机械因素。

将事故树中各基本事件的结构重要度应用于构建层次分析模型的判断矩阵中，实现了两者的有效结合，一定程度上弥补了传统层次分析法中定性成分多的缺点，使结果更具有科学性。将此方法应用在飞机雷击风险评价中，结果更为客观，可为航空安全管理提供决策依据。