基于层次分析法的空管自动化主备系统均衡使用能力评估

林戴琳

（中国民用航空三亚空中交通管理站，海南省三亚市，57200）

摘要：空管自动化是空中交通管制单位用于实时监视航空器飞行动态的重要系统，该系统通过收集和处理监视源数据、报文数据等信息，帮助管制员随时掌握空中航班态势，开展安全可靠的空中交通管制服务。基于空管自动化系统的重要性，各管制单位均配置了主备两套自动化系统。为充分发挥空管自动化备份系统效能，提升系统性风险防控能力和安全运行整体水平，各管制单位积极推进空管自动化主备系统均衡使用。本文采用层次分析法设计了一套空管自动化主备系统均衡使用能力评估办法，可作为实现空管自动化主备系统均衡使用的评估模型和依据。

关键词：空管 自动化 均衡 层次分析法 评估

 0 引言

主备自动化系统均衡使用是空管自动化系统改进提升的重要措施，是提升管制安全裕度和运行水平的可靠保证。当前部分空管单位在自动化主备系统均衡使用的实施和判定上较多是通过技术保障部与管制运行部商定或通过安全评估的方式确定是否要实施空管自动化主备系统均衡使用，主观性较强；未进行统一的能力评估，分析不够全面，依据和指标较少；在开展该项工作时不清楚应如何提高或加强。本文提出了基于“层次分析法”的空管自动化主备系统均衡使用能力的评估办法，主要从人、机、环、管、应急等五个方面进行客观分析，通过定性和定量相结合的方式对空管自动化主备系统均衡使用能力进行评估，通过评估提升能力。该方法能为各空管单位推进空管自动化主备系统均衡使用提供参考依据。

1 层次分析法的概念

层次分析法是将与目标有关的元素分解多个组成因素，并按组成因素间的相互关系，将其层次化。组成一个多层次结构的模型，通过逐层分析获得与目标相关的重要权值，为最终的目标提供定性和定量的分析结果，达到帮助决策判断的效果。层次分析法共有以下四个步骤：1、分析和罗列与决策相关的各因素之间的关系，建立多维度的层次结构；2、在同一层次中对各个元素进行两两比较，建立比较矩阵；3、计算各层次比较矩阵中各元素的相对权重，并对比较矩阵进行一致性检验；4、通过计算整个系统下的合成权重得出决策对象的总分，最终参考总分进行决策和判定。

2 空管自动化主备系统均衡使用能力评估模型的建立

运用层次分析法进行分析评估的第一步就是要构建一个递阶层次的结构模型，在这个过程中指标的设定十分重要。本文根据实际工作经验及安全管理工作理念，将人、机、环、管、应急等五个方面作为评估准则，逐一分解细化并全面分析各项指标的关键作用。

2.1  人员情况

空管自动化主备系统的均衡使用，人员准备情况是关键。在安全管理中，人为因素是影响航空安全的主要因素，人员技能水平是否满足运行要求，人员操作是否合规，人员的状态是否正常均有可能会对运行安全造成影响。因此，良好人员情况是推进空管主备系统均衡使用的重要因素。

2.2 设备情况

空管自动化主备系统均衡使用关键在于要让管制员使用两套自动化系统时能达到同等的服务水平和安全水平，这就要求两套自动化系统在功能上和操作上保持基本一致，尽量减少差异化带来的风险。由于多数空管单位两套自动化系统品牌和型号不一样，设备的相似性和统一性成为空管自动化主备系统均衡使用的难点，也是最能体现空管自动化主备系统均衡使用能力的重要参考指标。

2.3 运行环境

不同的运行环境会给管制服务带来不同的运行压力，空域运行容量状态，空域天气状态等带来的运行压力是制约空管自动化主备系统均衡使用的常见环境因素。良好的运行环境将大幅提升管制员均衡使用空管自动化主备系统的信心。

2.4 管理制度

管理制度是安全运行的基础，运维管理制度是否完善能够有效反映出主备自动化系统的运行标准，操作指引和切换制度是否完善则能反映出在主备自动化系统的使用上是否具备良好的操作准则和要求，各项制度的建设是推进空管自动化主备系统均衡使用的必要条件。

2.5 应急演练

空管自动化主备系统均衡使用是一项系统的、复杂的、带有风险的运行措施，需要建立一套科学的、可靠的、有效的应急保障措施。因此，是否建立完善的应急预案和有效开展应急演练是衡量空管自动化主备系统均衡使用能力的重要指标。

根据以上5个方面的评估准则以及细化出的18个具体指标，可以建立一个3层架构的空管自动化主备系统能力评估模型，如图1所示。

 

图1 空管自动化主备系统均衡使用能力评估模型

3 空管自动化主备系统均衡使用能力评估权重计算

根据层次分析法，在建立好模型后，还需要对各指标赋予相应的权重，才能得到最终的评估效果。

3.1 建立比较矩阵

根据层次分析法，获得指标权重先要建立比较矩阵。通过两两比较法对同一层次中各指标的相对重要性进行比较，并将比较结果用一定数值表现出来，写成矩阵形式。构建比较矩阵是层次分析法的关键。参照表1所示，根据两两比较的量化关系，可以得出具体的量化值。

表1 比较量化表

量化值	含义
1	表示两个因素相比，具有同样重要性
3	表示两个因素相比，前者比后者稍重要
5	表示两个因素相比，前者比后者明显重要
7	表示两个因素相比，前者比后者强烈重要
9	表示两个因素相比，前者比后者极端重要
2、4、6、8	上述两相邻判断的中间值
倒数	A和B相比标度为3，那么B和A相比就是1/3

依据空管自动化主备系统均衡使用能力总目标及人员情况、设备情况、运行环境、管理制度和应急演练等评估准则的关系。设定A为总目标、A1为人员情况、A2为设备情况、A3为运行环境、A4为管理制度、A5为应急演练。依据工作经验，经比较得出矩阵如下：

A=   A1=  A2=

A3=   A4= A5=

3.2 权重向量计算

权重向量指的是各矩阵元素相对于准则的权重值，层次分析法权重向量计算一般有算数平均法、几何平均法和特征值法。本文采用算数平均法进行计算。具体步骤如下：

1、将比较矩阵按照列进行归一化；

2、将归一化后的各列按行相加；

3、将相加后的向量中每一个元素除以n得到权重向量（n为矩阵阶数）。

经计算，各比较矩阵的权重向量如下：

根据所计算的权重向量，可将空管自动化主备系统均衡使用能力评估总目标相关的5个准则和18个指标赋予相应的权值，评估指标相对于总目标的权重等于评估准则相对于总目标的权重乘以评估指标相对于评估准则的权重，经计算可得出权重量化关系表，如表2所示。

表2 权重量化关系表

评估总目标	评估准则相对于总目标的权重	评估准则	评估指标相对于评估准则的权重	评估指标	评估指标相对于评估总目标的权重
空管自动化主备系统均衡使用能力	0.0678	人员情况	0.125	技术保障人员能够熟练完成主备自动化维护	0.0085
			0.125	技术保障人员能够熟练完成主备自动化切换操作	0.0085
			0.375	管制员能够熟练操作主备自动化的基本功能	0.0354
			0.375	管制员能够熟练完成主备自动化切换操作	0.0254
	0.4462	设备情况	0.041	主备自动化操作界面相似度达到97%	0.1829
			0.026	主备自动化具备数据同步功能	0.0116
			0.11	主备自动化运行稳定，两率达标	0.049
			0.195	主备自动化告警提示效果一致	0.087
			0.11	主备自动化基础数据设置一致	0.049
			0.195	主备自动化具备相同的ADS-B和S模式信号和处理机制	0.087
			0.322	主备自动化均可实现AIDC	0.1436
	0.0678	运行环境	0.667	每月超过2/3时间航班量未达到最大容量的90%	0.0452
			0.333	每月超过2/3时间空域天气良好	0.0226
	0.2098	管理制度	0.142	主备自动化运维制度完善	0.03
			0.429	主备自动化操作指引完善	0.09
			0.429	主备自动化切换操作制度完善	0.09
	0.2098	应急演练	0.5	建立应急预案并及时更新	0.1049
			0.5	联合应急演练效果良好	0.1049

3.3 一致性检验

根据层次分析法，为检测构建的比较矩阵与一致性矩阵是否有较大偏差，需要对比较矩阵进行一致性检验，确保比较矩阵与一致性矩阵相近。当偏差较大时，权重计算结果会缺乏可靠性，当CR＜0.1时，认为一致性能够接受，否则要对比较矩阵进行修改。检验步骤如下：

1、计算比较矩阵的最大特征根=;

2、计算一致性指标CI=()；

3、查找对应平均一致性指标RI，如表3所示；

4、计算一致性比例CR=;

表3 平均一致性指标表

n	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
RI	0	0	0.52	0.89	1.12	1.26	1.36	1.41	1.46	1.49	1.53	1.54	1.56	1.58	1.59

经计算，CR=0.00057<0.1；CR1=0；CR2=0.0864<0.1；CR3=0；CR4=0；CR5=0。由此可得出本文所设计的比较矩阵均通过了一致性检验，权重计算合理。

4 空管自动化主备系统均衡使用能力评估计算

通过以上设计完成空管自动主备系统均衡使用能力评估模型后，即可用于评估空管单位实际的自动化主备系统均衡使用能力，并作为推动自动化主备系统均衡使用的参考依据。在实际工作中相关部门共同确定评估的等级标准，并对参与评估的指标进行审核，确定可以实施空管自动化主备系统均衡使用的等级。可以建立等级标准如表4所示，得分等级为良好（含）以上的才能够开展此项工作。

表4 评估等级划分表

能力数值	1-0.95（含）	0.95-0.90（含）	0.90-0.85（含）	0.85以下
等级	优秀	良好	合格	不合格

5 结束语

层次分析法为空管自动化主备系统均衡使用能力提供了定性和定量相结合的分析，该方法指标设置和权重设置可根据实际应用情况进行调整，方式较为灵活。评估结果相对全面及合理，能够提供较好的依据参考，能够为空管自动化主备系统均衡使用提供新的评估思路，也能够发现实际存在的不足，有利于推进空管单位的空管自动化主备系统均衡使用。

参考文献：

 [1] 汪卫华. 关于推进空管备份自动化系统使用建议[J]. 科技资讯, 2018,28:41-43

 [2] 余建平. 基于层次分析法的指挥自动化系统综合效能评估研究[J].信息与网络工程,2015,8:73-76