聯網無人機事故多風險耦合研究

李曉晗 王慧瑩 程旭 付帥 佀慶民

摘 要

運用 STAMP模型對無人機事故分析，挖掘關鍵事故致因，研究低空聯網無人機飛行事故多風險因素耦合關系，從而促進無人機監管的完善，加速無人機應用的創新和發展。以及提高行業安全管理水平。

關鍵詞

無人機;安全分析方法;STAMP;風險矩陣法

中圖分類號： V279;V328 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 24

0 引言

無人機（Unmanned Aircraft，UA）是由控制站管理（包括遠程操縱或自主飛行）的航空器，也稱遠程駕駛航空器[1]。近年來，無人機產業發展不斷加快，并逐漸從軍用領域延伸到了民用領域。中國無人機近五年市場規模增長迅速，如圖1所示[2]。

隨著無人機市場規模不斷擴大，無人機安全事故也不斷發生并有所升級。2017年1-4月，杭州蕭山機場、重慶江北機場、成都雙流機場等多次遭遇民用無人機的干擾，導致多個航班取消、延誤或者迫降其他相鄰機場，嚴重影響了社會安全，造成重大經濟損失;2018年4月，山東某地出現違規使用民用無人機發生故障墜落引起了山區森林火災。

運用系統理論事故模型與過程（STAMP）、風險矩陣（RM量化模型）等方法，可以分析無人機在運行中的事故發生率，從而促進無人機監管的完善，因此對無人機安全飛行風險的研究和評估是十分必要的。

1 無人機事故耦合研究機理

1.1 層級控制結構模型

依據STAMP模型工作原理，將系統作為一種層級控制結構進行分析。其中高層次系統對低層次系統的行為進行安全約束，低層次將其運行的結果反饋給高層次，使高層次系統對決策進行調整。在無人機事故研究中，將操縱者作為控制層，無人機作為執行層，系統通過各個層次處于一種受控的平衡狀態[3]。

1.2 STAMP工作機理

STAMP是以系統理論的過程分析方法為基礎，所提出的安全性分析方法。STAMP的工作機理主要分為三個部分：安全約束、分層安全控制結構和過程模型。該方法認為事故的發生是由于缺少安全約束或控制執行不充分。在STAMP中，系統是一個動態過程，隨變化持續運作。因此，依據STAMP模型分析事故的主要包括以下幾個環節：識別系統危險以及安全約束;構建系統分層安全控制結構;找出控制結構中的控制缺陷及違反安全約束的控制動作。

1.3 無人機安全系統STAMP模型

基于歷史數據獲得無人機飛行中存在的風險， 提取出主要安全風險因子包括操縱者、無人機、網絡和環境。這些風險相互影響，相互作用， 形成耦合關系，建立無人機系統的STAMP模型[4]如圖2。

2 風險矩陣量化模型

2.1 風險矩陣量化模型指標體系建設

對無人機進行定量的風險評價必須首先確定導致無人機墜機的致因。按照STAMP模型，從人自身的原因、無人機的原因，網絡反饋、飛行環境四個方面分析，得到指標體系見表1[5-8]。

2.2 風險矩陣量化模型

風險矩陣法是一種定性的風險評估分析方法，綜合評估危險發生的可能性和傷害的嚴重程度的風險大小，是一種將風險可視化的工具，主要用于風險評估領域。對事故場景風險，可根據場景頻率計算結果和后果等級，使用定量數值風險標準、風險矩陣等形式進行風險等級評估。風險矩陣量化是通過風險的兩個維度來分析：發生頻率與一旦發生所造成后果的嚴重程度[9]。

風險因子是矩陣分析的基礎，通過定性分析將風險因子分為12個因素，按照每個因素的重要程度刻畫事故發生的可能性和嚴重度，作為風險矩陣中行和列的指標，得到風險評價表見表2。

3 結論

隨著無人機技術的發展進步，對無人機總體參數性能要求將會越來越高，其中如何有效運用安全系統的思想，降低無人機事故率，有效預防各種不安全因素已成為當前不容忽視的重大課題。

本文通過對無人機在5G低空聯網背景下事故多風險耦合關系進行研究，提出使用STAMP模型構建無人機安全系統指標體系，并對無人機事故進行安全性定性分析，可以更加全面地識別無人機飛行過程中不安全因素及其原因，邏輯清晰、定位精準。并綜合危險發生的可能性和傷害的嚴重程度，通過風險矩陣直觀的反映了各個風險因素導致事故發生的權重。上述無人機事故多風險耦合研究可為今后無人機研制及試飛過程提供相應的參考。

參考文獻

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