航班飞行安全风险快速评估工具研究

交通信息与安全2013年2期第3l卷总175期

航班飞行安全风险快速评估工具研究

孙瑞山

唐品

天津300300)

*

(中国民航大学民航安全科学研究所

摘要为了在飞行前掌握航班飞行风险概况，及时作出风险预警，研究了航班飞行安全风险评估工

具。根据航班飞行特点从人、机、环、管4个方面建立了评估航班飞行安全风险的4级指标体系。采用层次分析法以及引入模糊函数的方法计算指标权重，并建立航班风险值计算模型，形成航班飞行安

全风险评估工具，设计了数据库、快速评估方案和高风险预警方案，从而使评估过程快速高效。

关键词飞行安全；航班飞行安全风险评估工具；层次分析法；模糊函数；安全管理体系(SMS)

中图分类号：X949

文献标志码：A

doi：10．3963／j．issn

1674—4861．2013．02．020

O

引言

在飞行前快速评估航班飞行风险，及时作出风险预警，为保证飞行安全提供支持。1

1．1

近年来由于飞行器的可靠性、自动化程度和安全性都有了很大提高，故飞行事故显著减少，但在世界范围内航空事故依旧时有发生，每次重大航空事故都给世界带来1次震动，飞行安全水平仍然不能满足人们的期望。据统计，2011年世界范围内就发生了29次飞行事故，共导致522人死亡[1]。为了提高航空安全水平、减少航空事故，ICAO于2006年提出在各成员国建立安全管理体系(SMS)，SMS自推广实施以来也已取得一定成效。SMS的核心是安全风险管理，安全风险管理包括危险识别、风险概率分析、风险严重度分析、风险的可容忍度评定以及控制／缓解安全风险。飞行作为航空运行的核心内容对保证航空安全来讲至关重要，只有保证飞行安全才能最大程度的保证航空安全，这就要求必须识别、评定飞行风险并对飞行风险进行控制／缓解。特内里费是航空史上死亡人数最多的。当时，洛司罗迪欧机场大雾、机场非常繁忙且只有1条跑道，荷兰航空公司的机长也因长时间的等待而心烦意乱。这些潜在的大量风险未被及时发现并加以控制和缓解，从而导致航空史上的惨案。如果在飞行前就能辨识航班的飞行风险并将风险控制在可接受水平之下，便很有可能避免此次事故的发生。因此，需要开发1个航班飞行安全风险评估工具，

收稿日期：2012-09—02

修回日期：2013一01—23

国内外飞行风险评估工具分析

飞行风险评估工具研究现状

国外对航空安全研究的起步较早，已研发一

些飞行风险评估工具。1995年，飞行安全基金会(FSF)完成可控飞行撞地(CFIT)研究并形成CFIT检查单[2]，检查单帮助FSFCFIT研究小组实现5年内将CFIT事故减少50％的目标[3]。1996年，FSF开始研究进近和着陆事故，1998年完成工作，开发了ALAR(approach—and—landing

accident

reduction)工具箱H]。ALAR工具箱包

andlanding

含进近和着陆预警工具凹1(approach

risk

awareness

t001)以及偏出跑道预警工具印1

t001)，用来分

areness(runwayexcursionriskaw

别评估进近和着陆阶段的风险以及飞机偏出跑道的风险。2007年7月3日，FAA发布了飞行风险评估工具(flight

risk

assessment

tool，

FRAT)[7。FRAT来自对历史事故原因的分析统计，分析评估了38类导致飞行事故的原因的可能性、严重度和权重值。美国国家航空运输协会(NATA)也根据FRAT开发了1个在线软件IC

Check，IC

Check可自动计算每个航班的FRAT

风险值，但是需要手动填写每个评估项目[8]。2010年3月3日，在包机安全基金会2010年

*国家自然科学基金项目(批准号：60979009)、国家重点基础研究发展计划(“973”计划)项目(批准号：2010CB734105)资助第一作者简介：孙瑞山(1958一)，硕士，教授．研究向：航空中的人为因素、安全管理及飞机飞行性能工程．E-mail：sunrsh@hotrnail．com

航班飞行安全风险快速评估工具研究——孙瑞山

唐

品(AirCharterSafetyFoundation's

2010)的安全研讨会上，NATA又发布了一款能够高效便捷地满足安全管理体系需求的风险评估工具RA

Check一…。RA

Check通过自动化程序整合

FRAT，使其操作更加快速，简单和准确。加拿大运输部为小型航空运营人提供的安全管理工具箱中包含1个飞行前风险评估工具(Pre—flight

Risk

Assessment)ElO

11]，工具包含14个飞行风险因

素。飞行风险评估和检查单(flight／no

flightrisk

assessment

andchecklist)[123由LSANorth发

布，它采用检查单的形式从人、机、环三方面分析评价航班飞行风险。

我国民航对飞行风险评估工具的研究较少，还没有适用的评价航班飞行风险的全面、快速的飞行安全风险评估工具。已有的评估工具也并非直接针对我国民航，所以在某些地方可能并不适用于中国民航，因此要在借鉴已有的研究成果的基础上，结合中国民航实际，研究更完善的航班飞行安全评估工具，为建立实施航班安全风险评估提供理论和技术支持。

1．2飞行风险评估工具全面性分析

飞行风险评估工具包含的航班飞行风险因素越全面，对航班飞行安全风险评估越准确、有效。因此，从工具包含风险因素的全面性方面对飞行风险评估工具进行分析。分析分为2个步骤，一是分析影响航班飞行安全的风险因素，二是具体分析各个飞行风险评估T具的全面性。1．2．1航班飞行风险因素分析

航班运行是1个人一机一环系统，同时受到组织管理的影响，组织管理对航班安全来讲一般无直接作用，但是可间接、长久的影响并作用于航班飞行安全，所以，应从人机环管4方面分析航班飞行安全风险因素。人指飞行机组，包括飞行员(正驾驶和副驾驶)以及飞行员间的人一人交接面。飞行员的风险因素可概括为为能力、心理／生理状态[13删；飞行员之间的人一人交接面即CRM[16‘1

7|。

飞机风险可从飞机适航状态方面进行分析。环境不仅包括自然环境也包括运行环境。自然环境包含整个航线上的自然环境，即起飞机场、航路以及目的机场的自然环境；运行环境主要包括(起飞和

目的)机场的运行环境、ATC／进近程序和航班运

行类型。分析组织管理对航班飞行安全的影响时应从从制定的合理性和变更管理对航班安全的影响两

面进行。综上，对航班飞行安全风险

的分析可从飞行员能力、飞行员生理状态、飞行员心理状态、CRM、飞机的适航状态、机场和航路的自然环境、机场的运行环境、ATC／进近程序、航班运行类型、组织管理10个维度展开。见图1。

航班飞行风险因素

r嵩

≮，妻惩JI兰：

l匿立叠监以二机场IIull，拐堑塑ATc／Nl逸

lg

图1航班飞行风险因素

Fig．1

Flight

riskfactors

1．2．2飞行风险评估工具分析

FSF发布的CFIT检查单、进近和着陆预警工具以及偏出跑道预警工具专门评估进近和着陆阶段的风险，对起飞和航路阶段的飞行风险并未考虑，不能用来评估航班整个飞行阶段的风险。FAA发布的FRAT用来评价航班整个飞行阶段的风险，风险因素包含飞行员的资格和经验、环境条件(包含自然环境和运行环境)和设备情况。FAA称FRAT是评估飞行风险最全面、最有效的工具，但对FRAT分析后发现，FRAT未纳入机组执行飞行前的心理状态、机组资源管理(CRM)和管理方面的风险因素。加拿大运输部提供的飞行前风险评估工具主要针对小型运营人而设计，为了使评估快速简单，仅包含14个飞行风险因素，未考虑飞行员的心理／生理状态、机场设备、管制等情况。LSANorth发布的飞行风险评估和检查单包含飞行员的生理／心理状态风险、天气情况和飞机适航性3方面的因素，并未涉及到机场的跑道状况、设备情况、飞行机组的资格经验和值班／休息情况等风险因素。另外，工具中部分问题并无明确指标，主要靠飞行员自己的主观感知作答，如“我是否休息足够并能保持警惕”，在回答这类问题时容易带人飞行员自己的主观想法，导致和实际情况产生偏差。见表1。

2航班飞行安全风险评估模型研究

2．1

航班飞行安全风险指标体系

建立评价航班飞行安全风险指标时应遵循科学性、全面性、系统性和可行性的原则。因此，根据航班飞行特点，建立了基于“人一机一环一管”的航班飞行安全风险评价指标体系U[183见表2。指标

90

交通信息与安全2013年2期第31卷总175期

体系U是1个递阶层次结构，由4级指标体系组成。航班飞行安全风险状况由1级指标中4个因素指标的安全风险状况综合得到。根据1级指标

表l

Tab．1

The

的特点，将其分为10个2级指标，层层向下演绎，得到便于量化的终端风险因素，然后根据终端风险因素形成4级指标(略)。

risk

飞行风险评估工具比较

assessmenttools

comparisonofflight

表2

Tab．2

航班飞行安全风险评价指标体系u

entsystemUofflightsafetyriskassessm

3级指标向下演绎得到终端风险因素，见图2，T为终端风险因素。

Index

图2

Fig．2

飞行员能力方面的风险因素

Riskfactorsaboutpilots’ability

然后，根据终端风险因素得到评价3级指标的4级指标见表3。

表3飞行员能力评价指标

Tab．3

Indexof

pilots’ability

1标．标耋指乏登警：謦指U，ⅢuU。标i标jk指级4……一1“9

U

是否拥有执行此航班的飞行资格

飞行员资

飞行员的英语口语能力Umz，

格U1“

飞行机组的航空用语熟练程度

Ulll(3)Ulll(1)

飞行机组最后1次复iJH／培训距今

飞行员的

的时间【，112(1)

知识／技

飞行机组所进行的有关技能或知

能U112

识的考试及成绩uⅢ(2，

机长的飞行总时数U。。m)

A

u、魏嚣．

副驾驶的飞行总时数Umm

机长在过去90d中的飞行小时飞行员的

Ull3(3

驾驶经

副驾驶过去90d中的飞行小时

验uⅢ

J

Ul_3(|)

机长在现机型的飞行小时ull

3(5)

副驾驶在现机型的飞行小时U113(6)

这里仅以2级指标中的飞行员能力U，。为例，给出3级指标和4级指标确定过程。其中3级指标综合反映2级指标飞行员能力的风险，将

飞行员的机场经验Ull

4

飞行机组抵达目的机场的次数

L，n4(】)

最后1次到达目的机场距今的时间U114(2)

航班飞行安全风险快速评估工具研究——孙瑞山

唐品

2．2航班飞行风险计算模型

航班飞行受多种飞行风险因素影响，但某些影响因素的界定具有一定的模糊性，如飞行员值班时间引起的疲劳程度等很难对其具体量化。另外，航班飞行安全风险评估是1个多层次的评估过程，所以对多层次多因素且因素具有模糊性的航班飞行安全风险评估问题采用层次分析法(AHP)结合模糊函数的方法进行。航班飞行风险值计算模型见图3。

“=∑巧“

伞

稠属函数确

i风险值

i

际丽哥丽

图3航班飞行风险值计算模型

Fig．3

Calculationmodelof

flightriskvalue

根据统计资料得到1级指标的权重，采用层次分析法确定2级指标、3级指标和4级指标的权重。航班飞行风险值Risk由1级指标的风险值综合反映，计算模型为

4

Risk一∑卢：U：

l—l

式中：口i为1级指标i的权重；U。为1级指标i的风险值。

1)1级指标风险值。1级指标的风险值u：由2级指标的风险值综合反映，计算公式为：

U：一∑乃％

J=1

式中：乃为2级指标j的权重；Ui为2级指标j的风险值。

2)2级指标风险值。2级指标的风险值U。由3级指标的风险值综合反映，计算公式为

Ui一∑叫女U驰

式中：cU。为3级指标k的权重；U越为3级指标k的风险值。

3)3级指标风险值。3级指标的风险值【，砸由4级指标的风险值综合反映，计算公式为

U驰一∑APU州p)

式中：A，为4级指标乡的权重；UⅢ，，为4级指标P的风险值。

4)4级指标风险值。将4级指标风险值的范围定义为1～10，

值越小风险值越小，即1表示

最低风险，10表示最高风险。按其量化的容易程度可将4级指标分为2类，一类为容易量化的指标，如雷暴天气的风险值；另一类为难以量化的指标，这类指标具有一定的模糊性，如前面提到的飞行员值班时间引起的疲劳程度。根据4级指标的

类型，采用不同的方法确定指标风险值U舶。加

容易量化的指标风险值确定：采用不确定分布估计的方法，根据多个专家的多组经验数据(每位专家给出T／组有关该指标的经验数据)，得到指标的经验分布，根据经验分布估算指标风险值。

难以量化的指标风险值确定：由于指标的模糊性，引入模糊函数计算指标的风险值。

3航班飞行安全风险快速评估工具

设计

航班飞行安全风险评估过程是由4级指标层层向上推演，直至得出最上层风险值即航班飞行安全风险值的过程，运算过程较为复杂，且4级指标中难以量化的指标风险值确定采用模糊函数确定，人工较难完成。因此，设计1个航班飞行安全风险快速评估工具使评估过程快速简单，快速评估工具需拥有以下特点：

1)航班飞行数据获取方便快速。2)实现自动评估航班风险。

3)找出航班飞行中的高风险因素，及时预警，与飞行员沟通以便提早准备，或者根据高风险因素做出风险控制措施。

基于上述要求，设计了数据库、快速评估方案和高风险预警方案来支持航班飞行风险评估工具的执行，形成航班飞行安全风险快速评估工具。

3．1数据库3．1-1数据库组成

数据库包括飞行员信息库、飞机健康管理系统、机场信息库、组织管理信息库、航班信息五部分。

飞行员信息库包含4个部分，分别为飞行员能力、心理状态评估、生理状态记录和CRM记录。其中飞行员能力部分详细记录了飞行员的基本信息、取得的资格、飞行经历、培训情况、英语水平等；对飞行员的心理状态评估记录了飞行员生活事件以及人格测量结果；生理状态记录中记录了飞行员值班／休息情况、睡眠质量调查、身体状况记录三方面的信息。CRM中记录了机组搭配信息和CRM培训信息等。飞机健康管理包含4

92

个部分，分别为飞机基本信息、维护记录、异常情况记录和机载设备记录。其中飞机的基本情况记录了飞机的生产时间、机型、设备、发动机等信息。维护记录包含飞机的大修、小修、改装、定检、服务通告／适航指令等情况。异常情况记录记载了飞机曾出现的异常情况。机载设备记录详细记录了飞机的机载设备情况以及飞机的MEL和CDL。机场信息库包含机场位置、跑道状况、基础设施、平均起降架次、附近可供备降的机场以及备降机场的基本情况等。组织管理信息库记录了公司的制定、管理变更和主要职位人员变更的情况等。航班信息包含了航班号、航班的起降机场、航路结构、航线气象等信息。3．1．2数据库中数据分类

类如飞行员的人格、培训情况以及机场设备等信息在短期内变化不会太大，而飞行员的值班时间、天气等这些数据都在不断更新，所以根据数据更新的快慢将数据库中的数据划分为两类，即动态数据和静态数据。动态数据随时更新，为实时数据，静态数据定期更新。但是对定期更新的数据来讲，不同信息变化快慢也会存在不同，比如飞行员的人格在短期内变化并不大，而心理状态受各种生活事件的影响可定在短期内会发生变化，基于这种情况将静态数据的更新周期分为6个月、3个月和1个月。见图4。

数据更—背期

图4两类数据

Fig．4

two

kindsofdata

3．2快速评估方案

系统通过3个途径实现航班飞行安全风险快速评估；①自动整合数据库中的数据；②采用直接调用信息的模式；③自动计算航班值。所谓的自动整合是指根据数据库中的信息，系统自动将其整合为评估工具中的指标信息。直接调用模式是通过将飞行员的工号、飞机尾号、公司名称、航班号与数据库中的信息相连实现的；评估时，只需输入员工工号、飞机尾号、公司名称、航班号即可得到航班飞行风险因素。而后，系统按照系统中设定的算法自动计算出航班飞行安全风险值。如此便实现了评估过程的简单快速。见图5。

交通信息与安全2013年2期第31卷总175期

图5航班飞行安全风险快速评估过程

Fig．5

The

rapidassessm

entprocessofflightsafetyrisk3．3高风险预警方案

在评估结果中给出航班飞行安全风险值的同时，也输出1，2，3，4级指标的风险值，并将高风险的指标(风险值大于8)的指标用红色标出，较高风险指标(风险值为6～8)用黄色标出，运营人只需观看航班飞行风险值即可掌握航班风险程度，同时也可根据指标的风险程度了解需要特另ll／J,心之处，以便提高警惕或对高风险因素作出风险控制措施。

4结束语

在现有的飞行风险评估工具的基础上结合中国民航特点建立了航班飞行安全风险评价指标体系，利用层次分析法结合模糊函数构建了航班飞行风险计算模型。为了使评估快速高效，设计了航班飞行安全风险快速评估工具。在工具中设计了数据库、快速评估方案和高风险预警方案，使其在使用时更加快速高效。航空公司可将此快速评估工具纳入SMS中作为安全管理工具的一部分，

为安全管理服务。在航班起飞前可使用航班飞行安全风险快速评估工具评估航班的飞行风险，以期及时作出风险预警，方便管理者和飞行员采取措施，控制风险。

参考文献

1

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一2

一一

一

3

4

一眦一～一一

脚吣一籼一一M峨㈣㈣㈣一毗眦三_

删一一一一一趾一一黼蝴一删蛳

航班飞行安全风险快速评估工具研究——孙瑞山唐

品93

[5]

FSF．ApproachandLandingRisk

AwearnessTool

OL]．(2012—01—09)[2012—09一01]．http：／／www．tc．

[EB／OL]．(2003—09—03)[2013—01—23]．http：／／

gc．ca／eng／civilaviation／standards,／general-flttrain-www．mtc．gob．pe／dgac／consultas／alar—cd／pdf／fsf—

sms-toolkit-partiii-faa_2331．htm

．rat．pdf．

E12]

1sanorth．Flight／NoFlight

RiskAssessment

and

[6]FSF．Runway

Excursion

RiskAwarenessTool[EB／Checklist[EB／OL]．(2004—0826)[201209—01]．

OL]．(2009

06

01)[2012—09—01Ⅲ．http：／／easa．euhttp：f

7wⅥw．1sanorth．corn／planning．htm．

ropa．eu／essi／documents／RERAT．pdf．

[13]杨宇彤，刘晓鹏，洪

威．行人员的心理因素与飞

[73

FAA．FlightRiskAssessmentToolEEB／OL]．(2007

行安全[J]．中国疗养医学，2009，18(7)：636—637．

08

02)[2008—09—03]．http：／／www．fa乱gov／other—

[14]

韩，胡文东，文治洪，等．飞行疲劳的生理心理visit／aviation_industry／airline_operators／airline_safety／因素及对策[J]．第四军医大学学报，2008，29(4)：

info／a11infos／media／2007／inf007015．pdf．

379—381．

[8]NATA．ICcheck[EB／0L]．(2012—0123)[2013一01—[15]姚永杰．军机飞行员空中脑力负荷的心理生理评

23]http：／／nata．aero／ICCheck／htmi／riskassess—

定[D]．西安：第四军医大学，2007．

mentt001．html．

[i6]

陈时德．机组资源管理与飞行安全EJ]．产业经济．

[9]

NATA．RA

CheckEEB／OL]．(2012—01—23)[2013一

2010(4)：30一31．

01—23]．httpt|fwwⅦ．nataiccheck．aero／racheck／[17]

高建廷．机组资源管理的人为因素及技能训练研[10]TransportCanada．PreflightRiskAssessment[EB／

究)[D]．南京：南京航空航天大学，2006．

OL]．(2001—04—30)[2012—09—01]．http：／www．tc．

[18]

孙瑞山，刘汉辉，张秀山，等．航空公司安全评估系

gc．ca／media／documents／ca-standards／faa．pdf．

统[J]．中国民航学院学报，1999，17(3)：45—49．

[11]Transport

Canada．Preflight

Risk

Assessment[EB／

RapidA

ssessmentTool

forFlightSafetyRisk

SUNRuishan

TANGPin

(ResearchInstitute

ofCivilAviationSafety，CivilA

viationUniversityofChina，Tianjin300300，China)

Abstract：Inorder

to

get

flightriskinthepreflightandmakeriskwarningtimely，theflightsafetyriskassessm

enttoolisstudied．Accordingto

thecharacteristicsofflight，theindexsystemoftheflightsafetyriskassessmentmethodis

established

on

thebasisofthefourfollowingfactors：flight

crew，aircraft

state，environmentandmanagement．Analytic

hierarchyprocess(AHP)andambiguityfunction

are

used

to

calculatetheindexweight

andestablishtheflightriskcalcu—

lationmodel．Aflightsafetyriskassessmenttoolisformatted．Database，rapidassessm

entprogramandhigh—riskwarn—ing

programaredesigned

to

maketheassessmentprocessfastandefficient．Theflightsafetyriskassessmenttoolprovides

a

viablesolutionfortherapidassessmentofflight

safetyrisk．

Keywords：flightsafety；flightsafetyriskassessmenttool；analytichierarchyprocess(AHP)；ambiguityfunction；

safetymanagement

system(SMS)