艦載直升機(jī)起降安全的直覺模糊決策評估*

吳艷杰 王 勇 陳重陽 李京書

（海軍工程大學(xué) 武漢 430033）

1 引言

根據(jù)美國安全中心的統(tǒng)計(jì)顯示［1］，艦載直升機(jī)發(fā)生事故的概率是航天飛行器的5倍，噴氣式轟炸機(jī)的10倍，民航飛機(jī)的54倍，由此可見，艦載直升機(jī)的安全不容忽視，而起飛和降落是艦載直升機(jī)最容易發(fā)生事故的時(shí)刻，因此，加強(qiáng)艦載直升機(jī)在起降過程中的安全分析對于部隊(duì)安全訓(xùn)練，保障裝備和人員安全具有重要的意義。

艦載直升機(jī)起降期間受到艦船運(yùn)動、海浪洋流、海風(fēng)等多種因素的影響，直升機(jī)各部分受力不均勻且變化較為劇烈，如何在惡劣的條件下實(shí)現(xiàn)安全的起降一直是各國裝備研發(fā)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。安全起降包線（風(fēng)限圖）是保障艦載直升機(jī)的飛行安全、評估直升機(jī)在艦船上適用能力的重要參考，是艦面人員指揮直升機(jī)起降的重要依據(jù)。艦船空氣尾流場是計(jì)算艦載直升機(jī)安全起降包線的重要依據(jù)，其預(yù)測方法主要有理論分析法、實(shí)船測量法、縮比模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)法和全尺寸計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）數(shù)值模擬法。理論分析法對于艦船空氣尾流場這一典型的三維湍流而言，無法得到精確的解析解［2］；實(shí)船測量法耗時(shí)耗力、且安全性不高；縮比模型風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)法較難真實(shí)反映船只的實(shí)際空氣尾流場［3～4］；CFD［5～6］模擬法計(jì)算復(fù)雜，其計(jì)算結(jié)果依賴于湍流模型、邊界條件、物理參數(shù)的精確程度。以上這些方法都是從計(jì)算的角度出發(fā)，對于人員、環(huán)境對起降安全的影響考慮較少，此外，艦載直升機(jī)起降過程中涉及到眾多不確定性因素，而這些方法缺乏對不確定因素的描述能力。因此，本文提出了基于直覺模糊決策的艦載直升機(jī)起降安全評估模型，通過建立三級評估指標(biāo)體系，采用直覺模糊決策方法解決人員、裝備、環(huán)境、管理等因素中的不確定性問題，實(shí)現(xiàn)了多屬性綜合決策評估。

2 艦載直升機(jī)起降安全評估指標(biāo)體系構(gòu)建

構(gòu)建合理的指標(biāo)體系的需要遵循以下原則［7］：1）系統(tǒng)性，即指標(biāo)體系能全面反映被評估對象的綜合情況，能夠反映直接和間接效果，保證評估的全面性和可信度；2）簡明性，即盡量減少指標(biāo)個(gè)數(shù)，突出主要指標(biāo)；3）客觀性，即指標(biāo)的確定應(yīng)避免主觀意愿；4）時(shí)效性，即評估指標(biāo)要隨著科學(xué)的發(fā)展不斷調(diào)整；5）可測性，即指標(biāo)能夠通過數(shù)學(xué)公式、測試儀器或試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法獲得；6）完備性，即影響評估的指標(biāo)均應(yīng)在指標(biāo)集中，指標(biāo)集具有廣泛性、綜合性和通用性；7）獨(dú)立性，即指標(biāo)間不相關(guān)，減少交叉；8）一致性，即各指標(biāo)與分析目標(biāo)相一致；9）可比性，即評估指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)要客觀實(shí)際，便于比較。

根據(jù)以上指標(biāo)構(gòu)建原則，同時(shí)參考MMEM（“人—機(jī)—環(huán)境—管理”）系統(tǒng)理論，建立艦載直升機(jī)起降安全評估三層指標(biāo)系統(tǒng)。MMEM系統(tǒng)理論是在傳統(tǒng)“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)分析方法中的不足，使得評估更加全面、合理。構(gòu)建的指標(biāo)體系如圖1所示［8～9］。

圖1 艦載直升機(jī)起降安全評估指標(biāo)體系

3 艦載直升機(jī)起降安全評估的直覺模糊決策模型

3.1 直覺模糊決策理論

Zadeh［10］于 1965 年提出的模糊集理論在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其核心思想是把取值僅為0或1的特征函數(shù)擴(kuò)展為［0，1］區(qū)間中任意取值的隸屬函數(shù)。Atanassov［11］在此基礎(chǔ)上提出了直覺模糊集理論，集成了隸屬度、非隸屬度和猶豫度三個(gè)方面的信息。

設(shè)X是一個(gè)非空集合［11］，則稱

為直覺模糊集，其中μA(x)和νA(x)分別為X中元素x屬于A的隸屬度和非隸屬度，即：μA：X→[0，1]，x∈X→μA(x)∈[0，1]，νA：X→[0，1]，x∈X→νA(x)∈[0，1]，且滿足條件0≤μA+νA≤1，x∈X，此外，πA=1?μA(x)?νA(x)，x∈X表示X中元素x屬于A的猶豫度或不確定度。

對于任一直覺模糊數(shù)α=(μA，νA)可通過得分函數(shù)對其進(jìn)行評估：s(α)=μA?νA，顯然s(α)∈[?1，1]。

3.2 艦載直升機(jī)起降安全的直覺模糊模型

對于直覺模糊決策矩陣，按照IFWA算子其直覺模糊綜合值為

3.3 基于直覺模糊熵的指標(biāo)權(quán)重確定

在進(jìn)行艦載直升機(jī)起降安全評估計(jì)算之前，需要確定評估指標(biāo)體系中的各個(gè)指標(biāo)權(quán)重，本文采用直覺模糊熵計(jì)算權(quán)重。

由以上定義可知，直覺模糊熵計(jì)算權(quán)值的基本思想是：直覺模糊熵權(quán)值的大小是由決策者對指標(biāo)的確定程度而定的，對于決策者確定性高的指標(biāo)，將被賦予較大的權(quán)值，反之，將被賦予較小的權(quán)值。

3.4 直覺模糊評估步驟

基于直覺模糊群決策的艦載直升機(jī)起降安全評估步驟如下。

1）構(gòu)造決策判斷矩陣Qk=qij，其中qij=(μij，νij)，0≤μij+νij≤1；

2）按照3.3節(jié)方法計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；

3）按照IFWA算法計(jì)算二級綜合屬性值；

4）按照IFWA算法計(jì)算艦載直升機(jī)起降安全評估的最終模糊數(shù)；

5）根據(jù)模糊數(shù)判定起降安全性。

4 仿真與結(jié)果分析

為了驗(yàn)證評估方法的有效性，對某次起降進(jìn)行了評估，邀請5位專家對起降安全各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評估打分，如表1所示。

表1 艦載直升機(jī)起降安全評估決策矩陣

采用直覺模糊熵的方法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值，結(jié)果如表2所示，由表可知，對于人員因素，專家對飛行與組織的確定度較高，對于機(jī)器因素，專家對發(fā)動機(jī)的確定度較高，對于環(huán)境因素，專家對海浪的確定度較高，對于管理因素，專家對日常管理工作的確定度較高。

表2 指標(biāo)直覺模糊熵權(quán)重

采用IFWA算子計(jì)算二級指標(biāo)的模糊數(shù)，結(jié)果如表3所示，由表可知，專家認(rèn)為從管理的角度而言，艦載直升機(jī)起降是較為安全的，表明專家對于管理工作比較認(rèn)可，專家認(rèn)為從環(huán)境的角度而言，艦載直升機(jī)起降的安全性一般，表明專家對環(huán)境的影響比較擔(dān)憂，對于人員和機(jī)器方面，專家認(rèn)為其對起降安全影響一般。

表3 二級指標(biāo)模糊數(shù)

求得最終的起降安全模糊數(shù)為(0.714，0.143)，參照表4［12］將其轉(zhuǎn)化為定性描述語言為安全評估結(jié)果為介于“好”和“很好”之間，偏向于“好”。

表4 直覺模糊轉(zhuǎn)化為定性語言描述

5 結(jié)語

針對艦載直升機(jī)起降安全影響因素眾多且信息不確定問題，構(gòu)建了三級評價(jià)指標(biāo)體系，采用直覺模糊數(shù)對不確定信息進(jìn)行描述，給出了直覺模糊評估具體步驟，仿真驗(yàn)證表明，直覺模糊決策方法能夠?qū)崿F(xiàn)對艦載直升機(jī)起降安全的綜合評估。