基于FTA-AHP的飛機(jī)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)

張 黎 聶維麗 鄭娟娟 佀慶民

（1.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院管理工程學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院民航學(xué)院，河南 鄭州 450046）

0 引言

隨著數(shù)字化微電子控制設(shè)備的不斷進(jìn)步，飛機(jī)遭遇雷擊的可能性也在增加。飛機(jī)遭遇雷擊不僅會(huì)破壞飛機(jī)的外觀，造成直接經(jīng)濟(jì)損失，還影響正常的飛行作業(yè)，給航線飛行造成不同程度的困難，甚至發(fā)生事故，直接威脅著飛機(jī)的飛行安全[1，2]。數(shù)據(jù)顯示，一架飛機(jī)每飛行3000小時(shí)就有一次被雷電擊中的機(jī)會(huì)[3]，特別是在多暴雨的地區(qū)。2010年8月16日，哥倫比亞一架客機(jī)在著陸時(shí)遭遇雷電襲擊，造成至少1人死亡，5人重傷[4]。2016年10月30日，沈陽(yáng)桃仙機(jī)場(chǎng)進(jìn)近管制區(qū)發(fā)生9起飛機(jī)雷擊事件[5]，一天之內(nèi)發(fā)生如此多起雷擊事件尚屬首次。2019年5月5日，一架俄航客機(jī)由于突發(fā)故障折返，緊急迫降時(shí)起火，造成41人死亡。造成這起事故的原因可能是飛機(jī)遭遇雷擊后自動(dòng)化設(shè)備失靈。因此，對(duì)飛機(jī)雷擊的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，找出風(fēng)險(xiǎn)較大的因素進(jìn)行及時(shí)有效的解決，預(yù)防此類(lèi)事件的發(fā)生，對(duì)提高航空安全水平具有十分重要的意義。

針對(duì)飛機(jī)雷擊，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)做了許多研究，主要集中于雷電對(duì)飛機(jī)運(yùn)行的危害[6]，飛機(jī)遭遇雷擊的原因分析[7]及飛機(jī)雷擊防護(hù)[8]等方面。本文將事故樹(shù)的定性分析和層次分析法的定量分析相結(jié)合，將事故樹(shù)中各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度用于構(gòu)建判斷矩陣，彌補(bǔ)傳統(tǒng)層次分析法中定性成分多的缺點(diǎn)，進(jìn)而識(shí)別出飛機(jī)雷擊事故中風(fēng)險(xiǎn)較大的因素，對(duì)減少民航不安全事故的發(fā)生具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 利用事故樹(shù)建立層次分析模型

1.1 構(gòu)造事故樹(shù)

以飛機(jī)遭遇雷擊為頂事件，飛機(jī)誤入雷雨區(qū)和飛行員未采取有效繞飛措施作為中間事件進(jìn)行逐步展開(kāi)，最終分析出17個(gè)基本事件，構(gòu)造的事故樹(shù)模型如圖1所示。

圖1 飛機(jī)雷擊事故樹(shù)模型

事故樹(shù)模型中各代碼的含義如表1所示。

表1 事故樹(shù)中各代碼的含義

1.2 建立層次分析模型

依據(jù)事故樹(shù)模型中的17個(gè)基本事件建立層次分析模型，實(shí)現(xiàn)事故樹(shù)與層次分析法的有效結(jié)合。首先將各基本事件進(jìn)行歸納分類(lèi)，轉(zhuǎn)化為層次分析法的準(zhǔn)則層因素。經(jīng)過(guò)分析，確定準(zhǔn)則層因素為人為因素、機(jī)械因素、天氣因素和管理因素。目標(biāo)層因素為飛機(jī)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，依此建立的層次分析模型如表2所示。

表2 層次分析模型

1.3 構(gòu)造判斷矩陣

首先需要對(duì)同層各因素進(jìn)行兩兩比較，常用1~9標(biāo)度進(jìn)行量化。為了減少人為主觀性，使結(jié)果更加客觀，本文利用各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣。

（1）計(jì)算出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。

（2）找出各基本事件結(jié)構(gòu)重要度分母的最小公倍數(shù)，用LCM表示。

（3）利用公式μ（i）=Iφ（i）·LCM計(jì)算出判斷因子，即基本事件對(duì)頂事件的影響程度，用μ（i）表示。

（4）利用判斷因子μ（i）進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣。即方案層判斷矩陣為：

準(zhǔn)則層因素包含一定數(shù)量的方案層因素，因此準(zhǔn)測(cè)層判斷因子可以用方案層各因素判斷因子之和表示，即準(zhǔn)則層判斷矩陣為：

1.4 層次總排序

對(duì)事故樹(shù)進(jìn)行分析，求出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，再利用判斷矩陣求出各基本事件的權(quán)重，最后再確定各基本事件對(duì)于目標(biāo)層的總體指標(biāo)權(quán)重。

2 實(shí)例應(yīng)用與分析

對(duì)飛機(jī)遭遇雷擊事故樹(shù)模型進(jìn)行分析，計(jì)算出最小割集。再利用公式計(jì)算出各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。

式中，Iφ（i）表示基本事件i的結(jié)構(gòu)重要度；Kj表示第j個(gè)最小割集；nj表示Kj中基本事件的總個(gè)數(shù)。計(jì)算結(jié)果如表3所示。

由表3中的數(shù)據(jù)可知，各基本事件結(jié)構(gòu)重要度分母的最小公倍數(shù)為4，即LCM=4。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到判斷因子依次為24、12、2、12。

表3 各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度

表4 判斷矩陣

經(jīng)計(jì)算準(zhǔn)則層的權(quán)重為ω=（0.48，0.24，0.04，0.24）T，并通過(guò)一致性檢驗(yàn)。方案層的各因素權(quán)重經(jīng)計(jì)算，結(jié)果如下：

（1）對(duì)于人為因素中的指標(biāo)權(quán)重為ω1=（0.04，0.29，0.29，0.18，0.04，0.08，0.04）T。

（2）對(duì)于機(jī)械因素中的指標(biāo)權(quán)重為ω2=（0.5，0.5）T。

（3）對(duì)于天氣因素中的指標(biāo)權(quán)重為ω3=（0.5，0.5）T。

（4）對(duì)于管理因素中的指標(biāo)權(quán)重為ω4=（0.34，0.08，0.08，0.25，0.25）T。

確定整體指標(biāo)權(quán)重，如表5所示。

由表5可知，飛機(jī)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，對(duì)其影響最大的是人為因素，其次是氣象雷達(dá)失效、氣象雷達(dá)功能界面未打開(kāi)等機(jī)械因素。這一結(jié)果符合實(shí)際情況，可為制訂飛機(jī)雷擊預(yù)防方案提供決策依據(jù)。因此，在實(shí)際安全管路工作中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)駕駛員的技術(shù)和安全意識(shí)培訓(xùn)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的檢查維修。

表5 整體指標(biāo)權(quán)重表

3 結(jié)語(yǔ)

本文構(gòu)建了包含17個(gè)基本事件的飛機(jī)雷擊事故樹(shù)模型，將各基本事件進(jìn)行歸納分類(lèi)，轉(zhuǎn)化為層次分析法的準(zhǔn)則層因素，分別為人為因素、機(jī)械因素、天氣因素和管理因素。并利用各基本事件結(jié)構(gòu)重要度分母的最小公倍數(shù)得到判斷因子，構(gòu)建判斷矩陣。最終計(jì)算出準(zhǔn)則層的權(quán)重為ω=（0.48，0.24，0.04，0.24）T，得出對(duì)飛機(jī)雷擊風(fēng)險(xiǎn)事故影響最大的是人為因素，其次是氣象雷達(dá)失效、氣象雷達(dá)功能界面未打開(kāi)等機(jī)械因素。

將事故樹(shù)中各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度應(yīng)用于構(gòu)建層次分析模型的判斷矩陣中，實(shí)現(xiàn)了兩者的有效結(jié)合，一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)層次分析法中定性成分多的缺點(diǎn)，使結(jié)果更具有科學(xué)性。將此方法應(yīng)用在飛機(jī)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，結(jié)果更為客觀，可為航空安全管理提供決策依據(jù)。