空管單位運行條件審核評估研究

楊昌其，韓月，趙星森，李柳池

（中國民用航空飛行學院空管安全研究所，廣漢618300）

0 引言

隨著旅客出行及貨郵運輸需求的不斷增加，近年來各地政府及民航局一直在籌建布局新機場，2020年我國布局規劃民用機場總數達到260個[1]。《民用航空空中交通管理規則》（CCAR-93-R5）[2]規定，全年起降超過3.6萬架次的機場要進行塔近分離工作，即原有的一個管制室要分離為塔臺和進近兩個管制室。隨著運輸量大幅增長，許多原本塔近合并的機場全年起降架次突破了3.6萬，需要推進塔近分離工作。

張建平[3]早在2002年就將空管系統子目標確立為“安全、便捷、舒適、經濟”四點，利用“兩兩比較法”量化權重并繪制出目標樹，對空管服務質量評估進行了理論上的初步嘗試。2018年，李遠[4]分別對單一和多家空管單位的安全能力進行評估，其中對多家空管單位安全評估中又分別對其單類安全能力與綜合安全能力進行了評估，采用因子分析法、共原點灰色聚類法、TOP?SIS排序法及環比指標熵權法，通過對比及相互驗證的方式反映空管單位整體安全保障水平。2019年，趙玉環、曹興武等人[5]應用直覺三角模糊數排序模型對影響因素進行排序并進行算例驗證，綜合灰色關聯分析法、TOPSIS法和矢量投影法，避免了單一排序方法的局限性，同時解決了度量指標的模糊性和不確定性問題。而目前在對于新設立管制單位的空管運行條件方面的評估研究較少。

1 管制單位運行條件概念及評估指標挖掘

中國民用航空局于2018年5月1日起施行的《民用航空空中交通管理規則》（CCAR-93-R5）[2]，空管單位的運行條件要保障空中交通安全、有序、高效的運行。其中“安全”可列為管制運行安全性能指標、“高效”可列為管制運行效率性能指標，“有序”可理解為單位運行符合國家相關法律法規及相關行業標準制度，可認作為管制運行管理指標。管制單位運行條件指標可從安全、效率、規范化管理三個方面來考慮，依據CCAR-93-R5、“民用航空空中交通管理運行單位安全管理規則”（CCAR-83）[6]等相關文件及前人研究成果確立指標項，同時結合一線實際運行情況，通過發放問卷調查等方式進行篩選整合及拓展豐富。

2 管制單位運行條件評估模型建立

2.1 運行條件評估指標體系構建

本文在指標挖掘及建立指標體系過程中，發現如果按安全、效率、管理三個方面作為一級指標進行構建的話，空管運行的安全條件與效率條件下級指標總是有重合的部分，即某些指標既代表安全又代表效率，無法簡單按照概念劃分開，而空管運行主要包含人員、技能、培訓、設施、設備、標準、規范、制度、程序、組織等方面。故我們將這些指標按照人、機、環、管及初始運行五個方面來劃分，在這五個一級指標下綜合考慮符合空管運行性能的二級指標，既避免了重復，又解決了劃分不合理的問題。

根據體系構建的系統性、科學性、可操作性、動態性、穩定性等原則，通過走訪調研及文獻研究確立了初始指標體系，再經管制單位專家及民航院校教授進行頭腦風暴討論并達成一致意見，最終確立空管單位運行條件指標體系如圖1所示。

圖1 空管單位運行條件指標體系

2.2 權重確定方法

在建立空管單位運行條件審核評估指標體系后，需要對各指標的權重進行確定。常用的方法有CV法、CRITIC權重法。本文我們采用SPSSAU進行權重計算。

（1）變異系數法

也稱信息量權重法，變異系數法是一種客觀賦權法。其思想在于利用數據的變異系數進行權重賦值，如果變異系數越大，說明其攜帶的信息越大，因而權重也會越大，此種方法適用于專家打分。

首先我們邀請空管單位經驗豐富的專家指標進行打分，然后計算每個專家評分的變異系數，再根據變異系數求得各專家權重。各個專家評分的變異系數公式如下：

式中：Vi是第i個專家的變異系數（C系數）、也叫標準差系數，σi是第i個專家的標準差，Xˉi是第i個專家的平均數。

各專家權重為：

然后根據各專家權重對各指標得分進行加權得到最終分數，記為βj（j=1，2，…，m）

各指標權重計算公式為：

（2）CRITIC權重法

CRITIC權重法是一種客觀賦權法。其思想在于用兩項指標，分別是對比強度和沖突性指標。對比強度使用標準差進行表示，如果數據標準差越大說明波動越大，權重會越高；沖突性使用相關系數進行表示，如果指標之間的相關系數值越大，說明沖突性越小，那么其權重也就越低[8]。

2.3 CV&CRITIC TOPSIS排序法定量評估

TOPSIS排序法原理是通過比較待評估對象與理想對象的相對貼近度來確定待評估對象在某評判準則下的相對優劣程度[9]。因此TOPSIS排序法所選取的評估指標應具有較高的標準性和可對比性。CV&CRIT?IC TOPSIS評價法是將信息量權重法、CRITIC法和TOPSIS法綜合起來的一種評價方法。其核心仍然是TOPSIS排序法，只是在計算時先綜合CV法和CRITIC法計算出各指標權重，將評價指標數據與權重相乘得到新的評估數據，再利用TOPSIS排序法進行評估。

本節以前章所構建的空管單位運行條件定量評估指標體系為基礎，對已挖掘的評估指標項重新進行環比組合，確定出18項環比性指標用于基于TOPSIS空管單位綜合運行條件定量評估算例驗證，具體評估指標見表1。

表1 環比指標模型

（1）構建初始判斷矩陣

與熵值法同理。

（2）原始數據規范化

在TOPSIS中數據需要全部同趨勢正向化，即數據一定需要越大代表越優，因此對逆向指標首先使用倒數功能處理，讓數據越大代表越優。接著對數據進行量綱化處理，需使用平方和歸一化（SSN），規范化決策矩陣表示為A矩陣。

倒數公式：

平方和歸一化公式：

（3）構建加權規范化決策矩陣

為構建加權規范化決策矩陣，首先要計算各指標權重。為驗證評估結果的準確性、有效性，本文采用兩種方法構建權重。第一種方法為CV權重法。第二種方法為CRITIC權重法。

（4）計算正、負理想解

通過對比E i值的大小，判斷評估目標在某一特性評估中的相對優劣情況。

3 算例驗證

我們選取待塔近分離的西南某機場空管塔臺數據進行算例驗證。選取該機場兩年的指標數據進行平均作為原始數據。驗證過程如下。

3.1 CV&CRITIC法計算指標權重

（1）一級指標權重計算

我們邀請五位專家對五項一級指標重要程度進行打分（取滿分為100分，分值越大代表該項指標越重要），記為b ij，i=1，2，…，5分別對應初始運行數據、人員條件、設施設備條件、環境條件及組織管理條件五項一級指標，j=1，2，…，5分別代表專家1、2、3、4、5。對分數b ij運用SPSSAU中的信息量權重法求得各專家權重W j如下所示，將各指標對應分數加權后各指標得分分別如下。

①變異系數法（CV法）

w jε=（19.88%，23.33%，15.59%，19.83%，21.37%），βi={75.766，93.623，68.306，61.304，79.390}。

再將此得分根據公式（3）得到各指標權重：

wi?={0.200，0.247，0.181，0.162，0.210，i=1，2，…，5}。

②CRITIC法

使用SPSSAU，運用CRITIC法求各專家權重及加權后得分αi如下：w jτ={19.61%,16.43%,22.43%,19.48%,22.05%}，αi={75.834,93.287,68.527,61.767,79.124}

將此得分同樣根據公式（3）得到各指標權重：w iφ={0.208,0.255,0.151,0.169,0.217,i=1,2,…,5}。

③一級指標綜合權重計算

我們令一級指標權重wi=γwi?+(1-γ)wiφ，再令γ=0.5，即認為信息量權重法及CRITIC法這兩種方法分析結果同樣準確，最終求得一級指標綜合權重為：w i={0.204,0.252,0.165,0.166,0.213,i=1,2,…,5}。

（2）二級指標權重計算

同理用上述方法對各項一級指標下的二級指標分別計算權重，最后進行加權得綜合權重如下：

W={0.0620，0.0701，0.0718，0.0552，0.0529，0.0472，0.0478，0.0491，0.0558，0.0544，0.0548，0.0615，0.0549，0.0496，0.0540，0.0522，0.0546，0.0521}。

3.2 運行條件定量評估

3.2.1 構建初始規范化矩陣

本文在進行空管單位運行條件審核評估方法研究及算例驗證前期，參照實驗室《空管系統運行單位安全能力評估試點驗證》項目報告采集到的較為完整的12家空管單位的評估指標數據，通過對這些數據進行對比分析、查閱國內外有關空管運行條件等級劃分資料以及邀請民航局相關專家根據個人工作經驗初步建立如下表2所示空管單位運行條件等級準則：將空管單位運行條件劃分為五級：低、偏低、中等、較高、高。表中第一列數據是取自待評估單位“空管單位一的樣本數據。

表2 空管單位運行條件等級準則

其中Z4、Z5、Z6、Z7、Z8、Z12、Z13、Z14為逆向指標，Z1、Z2、Z3、Z9、Z10、Z11、Z15、Z16、Z17、Z18均為正向指標。先利用公式（1）對逆向指標正向化，再對所有指標用公式（2）處理量綱得待估矩陣X。

3.2.2 CV&CRITIC TOPSIS排序法評估空管單位運行條件

對矩陣X每行分別乘以該行的權重值得到加權綜合評估矩陣如下：

（1）利用MATLAB程序得基于TOPSIS排序法的評估矩陣正、負理想解分別為：

（3）計算相對貼進度：

依據公式（10）計算單位一相對貼進度E=0.6062。

4 結語

4.1 結果分析

由3.2.2可知，基于CV&CRITIC TOPSIS法評估結果顯示：空管單位一運行條件評估等級為較高，與實際情況相符。代表其整體狀況較為滿足塔近分離條件。但仍有較多進步空間。在后續研究過程及實際運行當中，可通過具體分析各影響因素指標運行條件來進行評判及改進。

4.2 總結

本文針對新建機場的管制單位是否滿足運行條件、正在運營當中的機場塔近分離工作能否安全實施，為保證新設立管制單位及實施塔近分離單位能順利安全高效運行，通過考慮安全、效率、規范化管理三大角度，以“人-機-環-管-基礎運行”為一級指標進行分類，結合一線管制單位實際情況，對空管單位運行條件審核評估指標體系進行了構建，涵蓋了影響管制單位安全、高效、有序運行的主要指標，確立了CV&CRITIC TOPSIS的評估方法，并對西南某機場空管單位進行算例驗證，結果較為符合實際情況。