基于AHP-Entropy綜合權重法的防相撞與安全評價

李涵，於勇，賀祥

93868部隊

防止航空器空中相撞是飛行安全工作的重要內容，而空中飛行矛盾激增，急須一種新的安全評價方法。以“人—機—環—管”理念為基礎，結合層次分析法、熵權法，建立防相撞與安全評價方法模型，對影響航空器飛行安全的各種因素進行量化分析，以此為標準對各單位的防相撞工作進行評價，更好地指導各項防相撞工作的開展。

防相撞是空軍明確的防范“十個領域”重大風險的重要內容，事關國家、軍隊聲譽，人民生命、財產安全。切實做好防相撞工作是空中交通管理的一項重要任務。隨著航空技術的不斷發展，國防建設的不斷推進，軍用和民用航空器對空域資源的使用需求不斷增長，由此帶來的航空器相撞隱患也越來越大。

針對上述問題，本文提出基于AHP-Entropy綜合權重法的防相撞與安全評價方法。在實際工作中，部隊可對防相撞工作進行預先科學評價，有利于制訂針對性強的實施方案，指導防相撞工作順利有效開展。

本文首先建立防相撞與安全指標體系，然后利用AHP-Entropy綜合權重法進行安全評價。

引發航空器相撞的因素

影響航空器飛行安全，致使航空器相撞的因素主要包括：人員的不安全行為、設備的不安全狀態、環境中的不安全成分和管理中的不完善工作，即“人—機—環—管”理念。以系統安全為指導思想，全面分析空中交通管理系統中的人為因素、設備因素、環境因素和管理因素四者之間的內在聯系，以此為依據建立防相撞與安全指標體系。

（1）人為因素

人為因素是指人的主觀行為，包括人本身，人與人、環境甚至機器之間的行為等。人是最靈活、最具適應性的因素，但同時也容易產生差錯。通常，對航空器飛行安全產生較大影響的人員可分為飛行人員、管制人員以及機務維修人員。

（2）設備因素

設備是進行空中交通活動的物質基礎，其作用是為航空器正常、安全、經濟和有效運行提供技術保障，主要包括通信、導航、監視、管制以及氣象等設備。設備故障或者異常狀態直接造成航空器相撞事故的概率較低，卻是構成事故的一個重要因素。

（3）環境因素

系統科學認為，任何系統都是在一定的環境中產生，又在一定的環境中運行、延續，不存在沒有環境的系統。空中交通管理系統也是如此，它必然處于一定的自然環境、空域環境以及機場環境之中。

（4）管理因素

航空器相撞事故研究表明，盡管事故通常是由“人—機—環—境”不安全因素中的單一或兩個以上因素引發，但是總存在一個“條件事件”，這個“條件事件”就是管理因素。人、機、環境因素是造成事故的直接原因。而管理是事故的間接因素，卻是本質原因。航空器在運行過程中，如果空中交通管理系統存在管理缺陷或混亂，不安全因素就會發生。通常，管理因素包括組織機制、組織監督、組織文化。

防相撞與安全指標體系建立

通過分析航空器相撞原因，匯總和分析相關資料以及利用專家咨詢，以分層方式初步構建防相撞與安全指標體系，詳見表1。

表1 防相撞與安全指標體系。

基于AHP-Entropy 綜合權重法的評價

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）在分析繁瑣、層次較多的問題時，將問題分層，分析各個因素之間的關聯性和影響程度，從而令問題簡化，方便直觀理解。利用專家打分，將定性因素定量化。該方法方便、靈活、簡潔，但是主觀色彩濃厚，分析結果容易片面化。

熵權法（Entropy）將熵作為信息的一個度量，信息量越大，熵也越大。通過計算熵值可以判斷一個事件的隨機性和無序程度，或者某個指標的離散程度，離散程度越大，該指標對綜合評價的影響也越大。熵權法是一種客觀賦權法，僅依賴于數據本身的離散性。因此，評價結果客觀，但極易受極差影響，可能導致結果不真實。

上述兩種方法相結合，得到AHPEntropy綜合權重法。利用數學計算，綜合分析主觀和客觀因素，得到每個因素的影響權重，然后利用模糊綜合評價法，對防相撞工作進行評價。具體步驟如下所述。

（1）確定綜合權重

①利用層次分析法確定權重

步驟一：根據實際需要，建立相關遞階層次結構。在確定權重時，重點在于建立防相撞安全指標體系層次結構。通過專家打分，理順各影響因素之間的關系和層次，建立目標層U、準則層V以及指標層X。

步驟二：構造判斷矩陣。通過咨詢專家，將統一準則層中的各個指標進行相互之間重要性對比，利用1 ～9位標度法，針對不同情況的結果，計算出數量標度，構成判斷矩陣。例如，準則層中包含4個指標，通過專家打分，可以得出指標之間的權重關系y，得到式（1）判斷矩陣：

步驟三：進行層次單排序和一致性檢驗。層次單排序是指根據判斷矩陣，研究本層次中的因素對于上一層次中的某因素的重要性，并對其進行排序。接下來進行一致性檢驗。

式（3）中，λ為判斷矩陣的最大特征根，n為指標數量（判斷矩陣階數），CR為一致性檢驗結果，CI為一致性指標。在式（2）中，RI為平均隨機一致性指標，可查看表2。

表2 平均隨機一致性指標取值參考。

當CR＜0.1時，判斷矩陣具有一致性。反之，則須要調整判斷矩陣，使其滿足一致性檢驗。

②利用熵權法確定權重

假設有n個指標。

步驟一：計算第i個指標的信息熵：

步驟二：計算第i個指標差異因素：

步驟三：計算第i個指標的權重：

則得到指標體系權重向量W：

③計算綜合權重

具體步驟如下。

步驟一：用層次分析法確定準則層的權重矩陣V，以及指標層的權重矩陣：

式（9）中，q表示準則層個數。式（10）中，p表示指標個數。

步驟二：利用熵權法確定指標層權重矩陣X2，并計算綜合權重X：

式（13）為向量值計算過程。

步驟三：將X中的每個指標進行歸一化處理，得到X’。

步驟四：計算每個指標的最后綜合權重，并進行歸一化處理，得到q×p的矩陣C。

（2）模糊綜合評價

模糊綜合評價一般有以下幾個步驟。

①建立綜合評價集

設立5個評價等級，分別為優秀（90分以上）、良好（80 ～90分）、一般（60 ～0分）、差（30 ～60分）、極差（30分以下），得到評價等級向量E（e1，e2，e3，e4，e5）。e1至e5分別代表90分、70分、50分、30分、10分，詳見表3。

表3 評價等級表。

②計算綜合隸屬度向量

通過專家打分，對n項指標進行評價，得到隸屬度矩陣R：

式（15）中，rij（i=1,2,3,4,5j=1,2,…,n）表示每個指標在每個評價等級中對應的可能程度，可能程度越大，代表此項指標越接近于此評價。

③計算評價結果

式（16）中，bij（i=1,2,…,n j=1,2,3,4,5）表示第i項因素對應第j項評價等級的可能程度；S為綜合隸屬度向量；G為量化分析評價等級。

實例分析計算

以2018年1月某機場防相撞與安全評價為例，分別利用層次分析法和熵權法計算權重，然后計算綜合評價結果，對該機場進行模糊綜合評價。

（1）基于AHP的權重計算

根據每個準則層以及各準則層中的每個指標層的專家評價結果，通過Matlab矩陣函數計算，可以得到準則層和指標層經歸一化處理后的權重值，詳見表4至表9。

表4 準則層分析。

表9 基于AHP的權重計算值。

（2）基于Entropy的權重計算

邀請5位防相撞專家組成評價小組，對防相撞與安全評價賦予分值，分值越高說明該指標在防相撞工作中存在的風險越大。同樣，得到各個指標層的權重計算值，詳見表10。

表10 Entropy 權重計算值。

（3）綜合權重計算

將基于AHP和Entropy兩種方法分別得到的權重計算值進行整理，可以得到14個指標層在目標層中所占的權重，即表11。

表11 綜合權重值。

（4）模糊綜合評價

將上一步計算出的綜合權重值在同一準則層內進行歸一化處理，得到該準則層的綜合權重矩陣，分別為WV1，WV2，WV3，WV4，將所有準則層在目標層內進行歸一化處理，得到權重矩陣WU。

表5 人為因素V1分析。

表6 設備因素V2 分析。

表7 環境因素V3分析。

表8 管理因素V4分析。

將某機場防相撞與安全評價指標的評價等級的隸屬度進行整理，詳見表12。

表12 安全評價指標隸屬度統計表。

將每個權重向量與對應隸屬度相乘，進行因素評價，得到的值即為評價結果。

人為因素V1的隸屬度評價值SV1：

根據前文中得到的評價等級向量E（90，70，50，30，10），計算等級如下：

設備因素V2的隸屬度評價值SV2：

計算等級如下：

由上面計算可知，2018年1月某機場涉及人為因素和設備因素的防相撞與安全評價等級為一般，涉及環境因素和管理因素的防相撞與安全評價等級為差，整個防相撞與安全評價等級為一般。

總結

本文在對目前防相撞工作進行充分考察的基礎上，建立了防相撞與安全指標體系，結合層次分析法和熵權法的各自優勢，將影響因素的主觀性和客觀性相結合，確定各指標的綜合權重，并用模糊綜合評價法對安全等級進行分類，希望為實際防相撞工作提供必要的理論依據。■