基于灰色層次分析法的通用航空空管運行保障分類

郭九霞，黎云建，楊昌其

基于灰色層次分析法的通用航空空管運行保障分類

郭九霞，黎云建，楊昌其

(中國民用航空飛行學院空中交通管理學院，四川 廣漢 618307)

通用航空的空管運行保障能力直接影響通用航空飛行安全，因此規范通用航空空管運行保障、細化運行保障標準、增強其指導性和操作性具有重大意義。通過調研國內外有關通用航空空管運行保障能力建設情況，研究現有規范性文件，建立了通用航空空管運行保障評估指標體系；運用灰色層次分析法結合專家分析構建了針對通用航空空管運行保障的灰色層次評價模型，并利用該模型對指標體系進行綜合評價，評價結果表明該指標體系及各指標權重可靠；根據評價結果提出通用航空空管運行保障分類的建議，以為通用航空空管運行保障規范的制定和完善提供更為具體、可行的科學依據。

通用航空;空管運行保障分類;灰色層次分析法；評估指標體系

Guanghan618307,China)

隨著我國逐漸放寬對低空空域的管理，近年來，通用航空(以下簡稱“通航”)產業已成為新的經濟增長點，空中噴灑農藥等各種飛行作業、空中游覽、商務飛行等通航飛行活動和低空運行需求增長迅速。然而，由于空管體制原因和缺乏相應的空管規章及飛行信息等保障服務，低空飛行申報手續繁瑣，運行效率低下，亂飛、“黑飛”現象比較嚴重，產生了諸多不安全因素。目前空管行業安全形勢總體平穩，民航空管系統安全條件較好，但通航機場及地方機場空管面臨的問題相對較多。在目前的空管體制下，通用機場空管部門作為機場運行的關鍵保障單位，其相關的安全運行政策、運行標準及方案還不完善，機場當局及所屬企事業單位對空管運行保障的關注度及投入力度也不夠，在很大程度上影響了通用機場空管的運行安全。近年來，國內許多專家一方面通過分析美國和澳大利亞等國的通航空管運行保障經驗，為我國有關建設工作提供了諸多啟示，如鄒國良等[1]、沈振等[2]分析介紹了美國、澳大利亞的通航空管服務標準及運行程序，論述了我國加強通航空管運行保障建設的需求情況；另一方面針對我國現有的通航空管保障情況提出了一些建議，如侯甲凱等[3]提出通過加強通用機場、人才培養和飛機4S店等方面的建設來構建通航服務保障體系，楊昌其等[4]闡述了通航突發事件的定義，并基于對事件各因素的詳細分析，提出了通航應急管理體系的建設構想。以上研究對我國通航空管運行保障能力的建設提供了需求與經驗上的支持，為進一步研究通航空管運行的具體保障內容奠定了基礎。

本文基于以上研究成果，首先參照《民用航空法》、《通用航空飛行管制條例》和《通用機場建設規范》等規范，結合對通航空管運行單位的實地調研和專家咨詢，建立了通航空管運行保障的評估指標體系；然后運用灰色層次分析法構建了針對通航空管運行保障的灰色層次評價模型，并利用該模型對指標體系進行綜合評價；最后根據評價結果提出了通航空管運行保障分類劃分標準的建議。

1 通航空管運行保障評估指標體系

1.1 影響因素的確定

本文參照《通用機場建設規范》[5]，并通過調研數據分析，確定了通航空管運行保障應考慮的影響因素包括：飛行保障量、通航運行航空器、通航運行機場位置、空域種類、通航飛行的性質等。由此，從以上五個方面對通航空管運行保障進行分類。

(1)根據飛行保障量，依據通航空管最高月保障(起降)架次分為以下三類：

· 最高月保障架次3 000(含)以上；

· 最高月保障架次600(含)～3 000；

· 最高月保障架次600以下。

(2)根據通航運行航空器座位數分為以下三類：

·具有10～29座經營性載人飛行業務的航空器運行；

· 具有5～9座經營性載人飛行業務的航空器運行；

· 具有4座及以下經營性載人飛行業務的航空器運行。

(3)根據通航運行機場位置分為平原通航機場、山區高原通航機場、水上機場和特殊通航機場。特殊通航機場是指具有下列一個或多個因素的通航機場[6]：

· 機場位于山谷、山腰或山頂等地，凈空條件差；

· 機場當地氣象條件惡劣(如風切變、紊亂氣流等)，或云高和能見度變化迅速(如平流霧等)；

· 機場導航設施匱乏，導航信號遮蔽嚴重，導航不準確，指示不穩定，或者機場目視助航設施匱乏；

· 高高原機場。

(4)根據空域種類[7]，依據通航在低空空域運行的空域種類分為以下三類：

· 管制空域；

· 監視空域；

· 報告空域。

(5)根據通航飛行的性質分為以下三類：

· 公務航空、通勤航空；

· 應急救援、教育培訓；

· 私人飛行、作業飛行、休閑娛樂飛行、體育飛行、海洋監測、科學實驗等。

1.2 建立評估指標體系

通過對影響因素的詳細分析，本文將通航空管運行保障評估指標體系分為三個層次：目標層、中間層和最底層。目標層表示各因素影響情況下的通航空管安全運行保障的水平，中間層表示二級評價指標，最底層表示三級評價指標，如圖1所示。

2 灰色層次評價模型

層次分析法(AHP法)是20世紀70年代由美國運籌學家Saaty提出，該方法將研究的指標體系進行分層化描述，通過分析層次之間的關系，能夠將決策者的主觀判斷和推理聯系起來，并能對決策者的推理過程進行量化表達。然而，AHP法雖然在一定程度上可以降低決策者在邏輯推理上的失誤，但決策者對指標信息難免把握不充分，會做出不完全確定的決策，而灰色理論正是一種減少主觀因素影響和解決不確定問題的有效方法[8]，因此可將灰色理論與層次分析法相結合(即灰色層次分析法)，能夠有效提高指標體系分析的可靠性。

灰色層次分析法的關鍵在于針對實際分析對象構建灰色層次評價模型[9]，具體構建過程如下：

2.1 利用層次分析法確定各評價指標的權重

圖1 通航空管運行保障評估指標體系Fig.1 Index system for evaluating general aviation ATM operation security

2.2 利用灰色理論確定評價指標的評分標準

為了確保指標體系及各指標權重的合理性和可靠性，需對其進行分等級定量化評價。根據灰色理論原理[11]，對于不同的評價內容，考慮到人類思維和分辨能力的差異性，需要對評價等級賦予相應的分值。本文針對建立的通航空管運行保障評估指標體系，對指標因子的評價分為很好、較好、一般和較差4個等級，相應的分值見表1，從而得到評價等級向量G=(7,5,3,1)，其中介于兩級評價等級之間的，相應按6、4、2進行評分。

表1 評價指標的評分標準

2.3 建立評價樣本矩陣

假定組織r位專家參與評分，其中第h位專家對中間層Ui下屬的第k個最底層指標Uij的評分值為dhk(h=1,2,…,r;k=1,2,…,j)，通過匯總r位專家對目標層Ui下屬的所有指標的評分，可建立如下評價樣本矩陣D：

其中，D的每行是某一位專家對最底層各指標的評分，每列是針對最底層某一個指標不同專家的評分。

2.4 確定評價灰類

根據灰色理論，專家評判的分值為一灰數，若要綜合并真實地反映某指標的等級，需利用白化權函數將灰數計算為相應的白化數，即評價灰類。目前，常用的白化權函數有上端級、中間級和下端級三種形式[12]，本文根據表1對指標體系的4個評判等級，選擇合適的白化權函數形式構造了如下各評價灰類的白化權函數。

第一類評分等級為“很好”，則灰數dhk(?)∈(7,∞)，白化權函數為f1(dhk)：

第二類評分等級為“較好”，則灰數dhk(?)∈(0,5,10)，白化權函數為f2(dhk)：

第三類評分等級為“一般”，則灰數dhk(?)∈(0,3,6)，白化權函數為f3(dhk)：

第四類評分等級為“較差”，則灰數dhk(?)∈(0,1,2)，白化權函數為f4(dhk)：

2.5 計算灰色評價權向量及權矩陣

各專家對最底層某指標Uij的評判分值屬于第e個評價灰類的灰色統計數為nij，Uij屬于各個灰類的總灰色統計數為ni，從而r位專家就Uij屬于第e個評價灰類的灰色評價權為qij，依次計算得到Uij對于各個評價灰類的灰色評價權向量qi，進而得到目標層若干指標所屬于中間層某指標Ui的評價權矩陣Qi，即

(1)

(2)

(3)

qi=(qi1,qi2,…,qig)

(4)

Qi=(q1,q2,…,qj)T

(5)

2.6 綜合評價結果

對中間層指標Ui作綜合評價的等級向量為Bi，進而計算出對目標層U作綜合評價的等級向量B，最后結合評價等級向量G對指標體系作綜合評價的結果為M，即

Bi=Wi×Qi

(6)

B=W×(B1,B2,…,Bi)T

(7)

M=B×GT

(8)

3 實例分析

通過前面構建的灰色層次評價模型，本文對圖1所建的通航空管運行保障評估指標體系進行綜合評價，并根據評價結果提出通航空管運行保障分類的建議。

3.1 通航空管運行保障評估指標體系綜合評價

3.1.1 確定各評價指標的權重

在圖1中，相對于目標層而言，中間層共有5個指標，最底層共有15個指標，通過AHP法計算得到各評價指標的權重如下：

W=(0.497 8,0.268 0,0.136 2,0.064 2,0.033 7)；

W1=(0.730 6,0.188 4,0.081 0)；

W2=(0.751 0,0.161 8,0.087 2)；

W3=(0.669 4,0.242 6,0.087 9)；

W4=(0.581 6,0.309 0,0.109 5)；

W5=(0.319 6,0.558 4,0.122 0)

上述計算結果均滿足一致性檢驗。

3.1.2 專家打分及評價樣本矩陣

根據評價樣本矩陣，依次經過白化權函數及公式(1)至(5)，計算得到各灰色評價權矩陣如下：

3.1.4 綜合評價結果及分析

對中間層指標Ui作綜合評價的等級向量為Bi(i=1,2,…,5)，根據公式(6)計算結果如下：

B1=(0.425 9,0.414 5,0.139 7,0.019 9)；

B2=(0.510 9,0.436 7,0.052 3,0)；

B3=(0.369 0,0.413 0,0.193 4,0.024 7)；

B4=(0.424 5,0.430 7,0.144 9,0)；

B5=(0.499 8,0.441 4,0.058 8,0)

對目標層U作綜合評價的等級向量為B，根據公式(7)計算結果如下：

B=W×(B1,B2,…,Bi)T=(0.443 3,0.422 2,0.121 2,0.013 3)

最后結合評價等級向量G對指標體系作綜合評價的結果為M，根據公式(8)計算結果如下：

M=B×GT=5.590 5>5

根據表1評價指標的評分標準，可知綜合評價結果為較好。

3.2 通航空管運行保障分類建議

隨著我國通航飛行業務量的增長，業務類型亦逐漸得以拓寬，為滿足不同類型的通航空管運行保障需求，對其進行合理的分類劃分，將有助于提高通航運行的安全水平和資源的合理配置。

綜合上述分析計算結果，由W=(0.497 8,0.268 0,0.136 2,0.064 2,0.033 7)可知，通航空管運行保障分類須考慮的指標因素依權重排序為：飛行保障量、通航運行航空器、空域種類、通航飛行的性質和通航運行機場位置；由W1、W2、W3、W4、W5可知，各指標因素有關通航運行的具體內容以及相互之前的重要關系;最后由綜合評價結果M可知，所建立的通航空管運行保障評估指標體系可靠，能夠反映我國目前的通航運行狀況。因此，本文依據各指標因素含義以及指標之間的權重關系，本著通航飛行“安全第一”的保障原則，參照有關文獻和標準提出如下分三類的通航空管運行保障建議：

(1) 一類通航空管運行保障。符合下列情況之一的提供一類通航空管運行保障：

· 通航機場最高月起降架次3 000(含)以上；

· 具有10～29座經營性載人飛行業務的航空器運行；

· 處于管制空域的通航運行；

· 特殊通航機場

· 公務航空、通勤航空運行。

(2) 二類通航空管運行保障。符合下列情況之一的提供二類通航空管運行保障：

· 通航機場最高月起降架次600(含)～3 000；

· 具有5～9座經營性載人飛行業務的航空器運行；

· 處于監視空域的通航運行；

· 山區、高原通航機場

· 應急救援的通航運行。

(3) 三類通航空管運行保障。符合下列情況之一的提供三類通航空管運行保障：

· 通航機場月最高起降架次小于600；

· 具有4座以下經營性載人飛行業務的航空器運行；

· 處于報告空域的通航運行；

· 平原及其他通航機場；

· 私人飛行、作業飛行、休閑娛樂飛行、體育飛行、海洋檢測、科學實驗等；

· 其他通航運行。

4 結論與建議

本文在調研國內外通航空管運行保障的實際情況的基礎上，首先通過研究有關規范性文件和已有研究成果，建立了通航空管運行保障評估指標體系;然后基于灰色層次分析法構建了針對通航空管運行保障的灰色層次評價模型，利用該模型對所建指標體系進行了綜合評價，評價結果表明指標體系各因素符合實際情況，各指標因素權重排序切實可靠；最后提出了通航空管運行保障分類的建議，可為相關運行規范的制定和完善提供更為科學的依據。

近年來，我國通航產業發展迅速，為使通航空管運行保障得以高效實現，必須根據實際情況對我國通航空管運行現況以及未來預測做出可靠評估，而有效的評估方法或技術顯得至關重要。目前，針對通航運行的評估研究較少，本文基于灰色層次分析法的研究能夠較好地融合通航空管運行已有成果和經驗，但對于運行數據的分析仍有不足，需要今后更深入的探索。

[1] 鄒國良,呂人力.澳大利亞通用航空的空管保障[J].中國民用航空,2013(2):34-37.

[2] 沈振,呂人力.國際通用航空空管保障對我國的啟示[C]//.2013年中國通用航空發展論壇論文集.成都:電子科技大學出版社,2013:139-143.

[3] 侯甲凱,孫宏.我國通用航空服務保障體系[J].中國民用航空,2014(7):54-55.

[4] 楊昌其,吳濤.我國通用航空應急管理體系構建[J].中國民航飛行學院學報,2014,25(1):50-52.

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Classification for General Aviation Air Traffic Management Operation Security Based on Gray Analytic Hierarchy Process Method

GUO Jiuxia,LI Yunjian,YANG Changqi

(CollegeofAirTrafficManagement,CivilAviationFlightUniversityofChina,

The general aviation flight safety is directly influenced by general aviation air traffic management (ATM) operation security;therefore,it is of great importance to standardize general aviation ATM operation security,detail the operation security standards and strengthen their guidance and operability.Through surveying the construction situation of general aviation ATM operation security capability at home and abroad,and studying the existing regulatory documents,this paper builds the evaluation index system for general aviation ATM operation security.Meanwhile,the paper applies the gray analytic hierarchy process method to establish a gray hierarchy evaluation model for general aviation ATM security,and uses the model to comprehensively evaluate the index system.The evaluation results indicate that the index system and each index weight are reliable.Finally,the paper proposes the suggestions for classification of general aviation ATM operation security,which provides a more specific and feasible scientific basis for establishing general aviation ATM operation security specification.Key words:general aviation;ATM operation security classification;gray analytic hierarchy process method;evaluation index system

1671-1556(2016)02-0162-05

2015-06-03

2015-08-16

中國民用航空局科技項目(MHRD20140213)；中國民航飛行學院科研基金項目(J2014-63)

郭九霞(1981—)，女，碩士，講師，主要從事空管自動化、空管安全管理等方面的研究。E-mail:didiyes@163.com

X949

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2016.02.030