基于AHP的航空运行安全风险评估方法

2023-11-01李永利

安全 2023年10期

李永利

(首都经济贸易大学管理工程学院,北京 100070)

0 引言

风险评估是航空安全运行必不可少的环节,对规避航空运行安全风险,保证航空安全具有重要意义。随着社会的不断进步与发展,旅客开始重视出行的安全性与便捷性。目前,大多航空公司为了保证乘客安全,飞行前要对航空运行安全风险进行全面评估,将航空运行安全风险降到最低。国内航空相比于西方发达国家起步较晚,发展速度尚未达到国际水平,仍处于初步发展阶段。无论是运行安全管理政策还是安全管理政策的实际使用都缺乏丰富的经验,因此如何对航空运行安全进行快速、有效地评估与分析,制定完善的风险评估体系,成为国内航空发展需要突破的困局。

近年来,航空运行安全问题受到研究领域的关注,相关学者与专家开展一系列研究,针对风险评估问题提出一些思路与方法。包随义等[1]结合民航业安全工作特点,提出了航空安全六要素及六要素模型,将航空安全的基本要素人、机、设、环、技和规6个方面;谷倩倩[2]利用SHELL模型为架构分析航空安全影响因素,采用层次分析法和贝叶斯网络评估与诊断航空安全风险模型;国外学者采用模糊层次分析[3]、粗糙集理论模型[4]等对航空安全风险管理进行研究,建立航空安全风险管理模型。

航空运行过程中安全风险因素较多,开展安全风险评估的实践具有较大难度,国内该方面的研究起步较晚,相关技术与理论还不够成熟。现行的评估方法存在评估指标单一、指标体系不够科学等问题,导致评估结果与实际情况严重不符,一致性系数较低。而且现行方法计算量较大,评估过程较复杂,导致风险评估时间周期较长,现行方法已无法满足实际需求。基于此,本文提出基于层次分析法的航空运行安全风险评估方法。

1 基于AHP的风险评估方法

1.1 建立风险评估指标体系

航空运行安全主要风险因素包括人、机、环境及管理4个方面[5]。人,主要是指参与航空飞行的人员(包括机务等人员),飞行员是航空运行的主体,由于其特殊性及不稳定性等相关因素,导致航空运行过程中存在安全风险;机,是指航机,航机结构比较复杂,并且发动机种类及零部件较多,航机器材的完备性、适航性及可靠性都会影响航空运行安全;环境主要指航空运行环境,包括飞行过程中的影响环境,如雷暴、风雪等不良天气环境,以及地面工作中的保障环境,如低空通信状况等,只有保证航空运行具有良好的环境条件,才能确保航空运行安全;管理是指航空运行管理,该因素是决定航空运行安全的关键,对航空飞行人员的培训管理、充足的监督检查以及对安全隐患工作的排查管理等,都是保障航空运行安全的关键[6]。综合上述航空运行安全影响因素,建立安全风险评估指标体系,如图1。人的因素选取了飞行员身体状况、资质与能力及违规操作情况;机械的因素包括航机健康状态、维修工作管理及工装设备与器材;环境因素主要为航线运行环境保障;管理因素有安全教育与培训、运行控制、飞行天气以及监督检查。并以此作为安全风险评估指标,建立指标体系。

图1 航空运行安全风险评估指标体系Fig.1 The risk index system for the aviation operation safety

1.2 基于AHP的安全风险定量评估

由于指标对于航空运行安全风险影响程度不同,为保证评估结果的准确性,采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)对指标体系中的指标进行标度,从指标体系中随机选择2个指标,分别记为指标A和指标B,将2个指标对比,根据表1确定指标标度值。

表1 基于层次分析法的指标标度表Tab.1 Indicator scale based on AHP

根据指标标度值计算出指标权重系数,其计算公式为:

(1)

式中:

i—指标体系中评估指标的个数,i=1,…,n;

xi—第i个指标的标度值;

ei—第i个指标的专家评分值[7]。

利用评估函数对航空运行安全定量评估,计算出安全风险系数,计算公式为:

(2)

式中:

μ—航空运行安全风险系数;

y—指标向量[8]。

利用上述公式计算出安全风险系数,风险系数越高,则表示运行安全风险越大。

1.3 运行安全风险分级

根据安全风险定量评估结果,对航空运行安全风险进行定性评估,分别为非常高、比较高、一般、比较低、非常低5个风险等级,见表2。风险分级的定性评估准则为:如果安全风险系数在0～0.2之间,则表示航空运行安全风险非常低,不需要采取防御措施或保护措施;如果在0.2～0.4之间,则表示航空运行安全风险比较低,不影响航空正常运行,无须采取保护措施;如果在0.4～0.6之间,则表示航空运行安全风险一般,对航空正常运行具有一定影响,需要采取一些简单的安全保护措施;如果在0.6～0.8之间,则表示航空运行安全风险比较高,对航空正常运行具有较大影响,需要对飞行方案与计划作出一定的调整;如果在0.8～1之间,则表示航空运行安全风险非常高,对航空正常运行具有非常大的不良影响,需要取消航空运行[9-10]。根据以上准则确定安全风险等级,以此完成基于层次分析法的航空运行安全风险评估。

表2 风险系数分级Tab.2 Risk coefficient grading

1.4 实际应用

以某航空公司2020年一季度数据运用提出的评估方法进行计算,计算结果,见表3。

表3 指标权重集Tab.3 Indicator weight set

将上述权重进行归一化处理,随机选择同一架飞机的6个航班作为评估样本,通过对航空运行安全风险综合分析,评估结果,见表4。

表4 航空运行安全风险评估结果Tab.4 Risk assessment results of the aviation operation safety

本文设计的方法基本可以完成航空运行安全风险评估任务。

2 与传统方法的对比

2.1 一致性系数的对比

一致性系数是衡量评估方法准确性的重要指标,一致性系数值越大,则表示评估结果与实际情况越相符。在应用中将评估结果与实际安全风险系数值作商,求出一致性系数[10]。选择2种目前常用的方法与本文提出的方法进行对比。其中一种(称为传统方法1)是基于AHP和贝叶斯网络的模型对航空安全进行评估[11];另一种(称为传统方法2)是基于民航运行安全风险分类矩阵建立评价指标体系,构建综合评价模型进行风险评估[12]。笔者以评估样本数量为变量,对比3种方法一致性系数。3种方法在一致性系数方面表现出明显差异,设计方法平均一致性系数为0.92,数值非常接近1,说明设计方法评估结果与实际情况非常相似。传统方法1平均一致性系数比设计方法低0.32,传统方法2平均一致性系数比设计方法低0.39,因此证明在评估精度方面设计方法优于2种传统方法,如图2。

图2 一致性系数对比Fig.2 The comparison of the consistency coefficients

2.2 评估时间对比

通过4组实验对比3种方法的评估时间。结果显示,设计方法评估时间明显短于2种传统方法,最短评估时间仅为0.56s,说明设计方法可以实现对航空运行安全风险的实时评估,如图3。通过以上比较分析,无论是评估结果一致性系数还是评估时间,设计方法均表现出明显的优势,与2种传统方法相比更适用于航空运行安全风险评估。