劉永欣，黃貽剛

（中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津 300300）

雷達(dá)管制模擬練習(xí)績效模糊綜合評價研究

劉永欣，黃貽剛

（中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津 300300）

為了實現(xiàn)新一代雷達(dá)管制模擬機練習(xí)的自動評價，建立雷達(dá)管制模擬練習(xí)綜合評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，運用層次分析法確定各個評價因素的權(quán)重系數(shù)，根據(jù)雷達(dá)管制練習(xí)中的要求建立評價因素的隸屬函數(shù)，確定模糊綜合評價模型，并運用模型對3名學(xué)員的雷達(dá)管制模擬練習(xí)進(jìn)行了模糊綜合評價。

雷達(dá)模擬機；模糊綜合評價；層次分析法；權(quán)重系數(shù)

空中交通管制員是空中交通系統(tǒng)中的核心，管制員綜合素質(zhì)的高低將決定著整個系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，因此，對管制員綜合素質(zhì)的評價就顯得尤為重要。原武漢空管中心的霍志勤對管制員素質(zhì)進(jìn)行了模糊綜合評估研究[1]，空軍工程大學(xué)的何云中等人對管制員的可靠性進(jìn)行了模糊綜合評價研究[2]。在對管制員綜合素質(zhì)及可靠性的要求中，管制技能是其中的核心，因此對管制技能的綜合評價至關(guān)重要。

模糊綜合評價模型已在汽車駕駛員電子考核系統(tǒng)中得到了應(yīng)用[3]，與汽車駕駛模擬機相類似，空中交通管制雷達(dá)模擬機是一種將空域及空中交通動態(tài)進(jìn)行模擬仿真，學(xué)員借助通信設(shè)備向模擬飛行員發(fā)出指令，對模擬的空中交通進(jìn)行管制，從而達(dá)到訓(xùn)練管制技能的模擬機設(shè)備。它是世界上普遍采用的用來培養(yǎng)管制員雷達(dá)管制技能的最為直接和有效的方法。

雖然目前雷達(dá)模擬機的仿真程度已完全可以保證管制學(xué)員及管制員進(jìn)行高質(zhì)量的模擬練習(xí)，但在考核評價環(huán)節(jié)上還需要大量的教員進(jìn)行主觀評價，因此存在評價主觀性、片面性、精確定量評價難度大、評價指標(biāo)不統(tǒng)一等問題。

為了彌補上述不足，運用模糊綜合評價方法對雷達(dá)模擬機練習(xí)進(jìn)行綜合評價，可以實現(xiàn)由定性評價向定量評價的轉(zhuǎn)變，減少評價過程中人的因素，使評價更加客觀、全面、科學(xué)、合理，能夠更加真實地反映學(xué)員的模擬機技能水平，減輕教員的工作負(fù)荷。

1 綜合評價指標(biāo)體系建立

1.1 綜合評價指標(biāo)的確定

空中交通管制是一項綜合性技術(shù)管理工作，工作中融技術(shù)與管理、技能與技巧、靜態(tài)與動態(tài)、原則與靈活、主觀與客觀、環(huán)境與條件等為一體[4]。因此，雷達(dá)模擬機練習(xí)的評價問題是一個多層次、多指標(biāo)、多屬性的綜合評價問題，為此應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)的層次分析法（AHP）進(jìn)行分析，形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)。

以進(jìn)近雷達(dá)管制模擬機練習(xí)為例，經(jīng)過反復(fù)比較和篩選，初步擬定了雷達(dá)模擬機練習(xí)綜合評價指標(biāo)體系的輪廓，該輪廓由評價目標(biāo)層、評價準(zhǔn)則層、評價因素層和評價子因素層組成。其中評價目標(biāo)層為管制學(xué)員雷達(dá)模擬機練習(xí)綜合能力評價；評價準(zhǔn)則層包括管制流程、飛行間隔、管制規(guī)定、管制效率；評價因素層和評價子因素層基于主觀分析和經(jīng)驗以及對專家的問卷調(diào)查，對各評價準(zhǔn)則進(jìn)行分解，得到各個評價準(zhǔn)則的評價因素和評價子因素，如圖1所示。

1.2 指標(biāo)體系權(quán)重系數(shù)的確定

層次分析法最早是由美國學(xué)者A．L．Saaty在20世紀(jì)70年代初期提出[5]的一種定性和定量相結(jié)合的決策分析法。根據(jù)上文所建立的管制學(xué)員雷達(dá)模擬機練習(xí)綜合評價指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)，運用層次分析法，以調(diào)查問卷的方式向長期從事管制工作的空管局高級管理人員、雷達(dá)管制教員、空管安全監(jiān)察員以及民航院校資深管制教員等15位同志進(jìn)行了書面咨詢，請他們對所有指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行比較，并填寫比較評判表。此次收回問卷13份，然后按照以下算法計算權(quán)重向量[6]：

1）對每位專家的比較判斷評定表進(jìn)行整理匯總，并分層列寫判斷矩陣；

2）用幾何平均法計算每個判斷矩陣的權(quán)重向量；

3）對每個判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，決定取舍；

4）用權(quán)重向量綜合法（加權(quán)幾何平均）求多人同準(zhǔn)則下判斷矩陣群的權(quán)重向量；

5）求合成權(quán)重向量。

以其中某位專家比較評判表為例，根據(jù)比較評判表，構(gòu)造評價準(zhǔn)則指標(biāo)比較矩陣為

對A矩陣進(jìn)行處理，求出權(quán)重向量為

求得最大特征根為λmax=4.14。

根據(jù)一致性檢驗表，當(dāng)n=4時，RI=0.9，此時隨機一致性比率

則評價準(zhǔn)則指標(biāo)權(quán)重系數(shù)比較矩陣具有滿意的一致性，權(quán)重向量可適用于決策分析。即該專家認(rèn)為指標(biāo)體系中的評價準(zhǔn)則層：管制流程、飛行間隔、管制規(guī)定、管制效率權(quán)重系數(shù)分別為（0.22 0.51 0.19 0.08）。

同上述計算過程，列出其他12位專家對評價準(zhǔn)則及評價因素的比較矩陣，分別計算求得每個矩陣的權(quán)重向量，用權(quán)重向量綜合法（加權(quán)幾何平均）求多人同準(zhǔn)則下判斷矩陣群的權(quán)重向量，最后求出合成權(quán)重向量，即評價準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的權(quán)重向量，然后得出評價準(zhǔn)則層的權(quán)重向量為

通過同樣的計算方法，可以得出評價因素層和評價子因素層對目標(biāo)層的權(quán)重向量，分別為：評價因素層（其中n為練習(xí)中飛機的數(shù)量）

子評價因素層

2 雷達(dá)模擬練習(xí)模糊綜合評價模型

2.1 因素集和評語集的確定

根據(jù)建立模糊綜合評價模型的方法以及圖1，確定此模型為多級模糊綜合評價模型，模糊綜合評價因素集 U=（u1u2u3u4），其中：u1=（u11u12u13u14u15u16），u2=（u21），u3=（u31u32u33u34u35u36），u4=（u41u42），其中：u11=（u111u112u113u114u115），…，u16=（u161u162u163u164u165），u31=（u311u312），…，u36=（u361u362）。

評價因素集確定后確定對評價對象的可能評價結(jié)果，本模型確定了模糊評價5種可能的評價結(jié)果：優(yōu)，良，中，及格和不及格。這樣就確定了模糊評價中的評語集V=（優(yōu) 良 中 及格 不及格）。

2.2 隸屬函數(shù)的建立

隸屬度是刻劃模糊性的指標(biāo)，是表現(xiàn)元素對集合（是模糊的）隸屬關(guān)系不確定性大小的數(shù)量指標(biāo)。在模糊綜合評價中，隸屬度是評價因素論域的各個因素對于評價結(jié)果論域中各個元素的關(guān)系矩陣，該矩陣的各個值就是相對應(yīng)的隸屬度。

根據(jù)雷達(dá)管制模擬練習(xí)的特性，本文采用模糊分布方法，即根據(jù)實際情況，選定某些帶參數(shù)的函數(shù)表示某種類型模糊概念的隸屬函數(shù)，然后再通過實驗及管制教員的經(jīng)驗確定參數(shù)。根據(jù)模擬機練習(xí)綜合評價指標(biāo)和評語要求以及評價因素的特性，所有評價因素的隸屬函數(shù)可分為兩類：偏小型和中間型[7]。

以管制流程中的“雷達(dá)識別”子因素為例建立隸屬函數(shù)，對于離場飛機，根據(jù)國際民航組織文件4444中的要求，管制員要在其起飛后距離起飛跑道末端2 km內(nèi)進(jìn)行雷達(dá)識別，因此該指標(biāo)屬于逆指標(biāo)，即指標(biāo)值越小越好，可以建立三角形的隸屬函數(shù)。首先確定兩個邊界值x1和x5，按照規(guī)定，x1=2 km，即如果學(xué)員對離場飛機進(jìn)行雷達(dá)識別的距離指標(biāo)x＜x1，則評價為“優(yōu)”的隸屬度絕對為1，根據(jù)對管制教員的問卷調(diào)查，x5可確定為10 km，即如果學(xué)員對離場飛機進(jìn)行雷達(dá)識別的距離指標(biāo)x＞x5，則評價為“不及格”的隸屬度絕對為1。把[x1，x5]劃分為5個等級，以最能表示各級特性的點（平均值點）的隸屬度為1，而邊界交點概念最模糊，隸屬度為0.5，因此，對于管制流程中離場飛機的子評價因素雷達(dá)識別，當(dāng)變量論域為x，與評語“優(yōu)、良、中、及格、不及格”對應(yīng)的隸屬函數(shù)分別用d1（x）、d2（x）、d3（x）、d4（x）、d5（x）表示時，構(gòu)造5個等級三角隸屬函數(shù)，如圖2所示。

圖2中x0為起飛跑道端端點，x1～x5的取值如表1所示。

表1 離場飛機雷達(dá)識別子評價因素隸屬函數(shù)x1～x5的取值Tab.1 Fuzzy mapping function of radar identification subsidiary evaluation to departure aircraft with value range x1～x5（km）

隸屬函數(shù)表達(dá)式如下

依此方法，可以構(gòu)造出其他各個評價子因素的隸屬函數(shù)。

2.3 模糊綜合評價模型

將練習(xí)記錄數(shù)據(jù)代入各個隸屬度函數(shù)，得到評價子因素在評語集V=（優(yōu) 良 中 及格 不及格）上的隸屬度矩陣

利用模糊變換計算得到一級綜合評價結(jié)果Bij=Aij?Rij，本文采用常見的模糊線性加權(quán)變換模型進(jìn)行計算，將一級評價結(jié)果組成二級模糊綜合評價隸屬度矩陣，依此方法進(jìn)行二級綜合評價和三級綜合評價，最后得到評價目標(biāo)在評語集V=（優(yōu) 良 中 及格 不及格）上的模糊映射。

3 實例計算

以武漢終端區(qū)為練習(xí)空域，任意選取甲、乙、丙3名管制學(xué)員進(jìn)行雷達(dá)管制模擬練習(xí)，對3名學(xué)生所做練習(xí)進(jìn)行全程記錄，并將記錄數(shù)據(jù)填入記錄表，甲學(xué)員的記錄表如表2所示。

表2 管制學(xué)員甲雷達(dá)模擬練習(xí)數(shù)據(jù)記錄表Tab.2 Data for student A′s radar simulator training

3.1 一級評價

將表2中離場飛機CWU109的數(shù)據(jù)代入隸屬函數(shù)，得到子評價因素在評語集V=（優(yōu) 良 中 及格 不及格）上的隸屬度，然后根據(jù)2.2節(jié)中的權(quán)重向量，進(jìn)行模糊變換，得到甲學(xué)員所做練習(xí)中對離場飛機CWU109管制流程的綜合評價結(jié)果

3.2 二級評價

用同樣方法可以得到對其他5架飛機管制流程的綜合評價結(jié)果，形成對甲學(xué)員所指揮6架飛機管制流程綜合評價矩陣，即二級評價矩陣，然后再對二級評價矩陣進(jìn)行復(fù)合計算，得到甲學(xué)員管制流程綜合評價結(jié)果

依此方法得到對甲學(xué)員“飛行間隔”、“管制規(guī)定”、“管制效率”3個評價準(zhǔn)則層的綜合評價結(jié)果，分別為

3.3 三級評價

將 B1、B2、B3、B4合并構(gòu)成評價矩陣 R，進(jìn)行復(fù)合運算得到甲學(xué)員該模擬機練習(xí)綜合評價最終結(jié)果

B=A?R=（0.704 2 0.083 2 0.099 2 0.073 0 0.040 4）

將乙、丙兩名學(xué)員所做練習(xí)數(shù)據(jù)填寫于記錄表中。按照同樣方法計算出學(xué)員乙和丙所做練習(xí)的綜合評價結(jié)果：乙：B=（0.4552 0.0288 0.0676 0.0692 0.379 2）；丙：B=（0.657 4 0.040 8 0.046 6 0.064 8 0.190 4）。

3.4 綜合評價結(jié)果分析

表3 區(qū)間劃分及賦值表Tab.3 Region value range

根據(jù)v=95×b1+85×b2+75×b3+65×b4+30×b5，計算出每人百分制的綜合成績，得出甲、乙、丙3人該雷達(dá)管制模擬練習(xí)的綜合成績分別為：87.37，66.64，79.34。如果對3人進(jìn)行定性評價，3人成績分別處在“良、及格、中”區(qū)間，因此甲、乙、丙的定性評價分別為“良”、“及格”、“中”，此定性評價與管制教員對其3人進(jìn)行主觀評價的結(jié)果一致。

4 結(jié)語

綜合評價指標(biāo)體系的建立使雷達(dá)模擬練習(xí)的評價方法得到了統(tǒng)一，指標(biāo)體系能夠比較全面地反映出對管制學(xué)員的綜合要求，使得對管制學(xué)員雷達(dá)模擬機技能的考核更加真實和客觀。進(jìn)一步結(jié)合雷達(dá)模擬機管制流程及特性，確定各個評價因素的隸屬函數(shù)，運用模糊綜合評價方法建立綜合評價模型，可使雷達(dá)模擬機練習(xí)的量化評價更加準(zhǔn)確，為進(jìn)一步實現(xiàn)雷達(dá)模擬機練習(xí)中無教員值守的電子考核打下理論基礎(chǔ)。

[1] 霍志勤.民航管制員素質(zhì)的模糊綜合評估研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2005，18（3）：374－377.

[2] 何云中，郭 定.空中交通管制中人的可靠性模糊綜合評價研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2004，14（11）：57－60.

[3]白志強.模糊綜合評價方法在駕駛員考核電子系統(tǒng)中的應(yīng)用[D].長春：吉林大學(xué)，2003.

[4] 羅聲勇.空中交通管制員的激勵機制和綜合評價研究[D].北京：北京航空航天大學(xué)，2002.

[5] SAATY T L．Modeling unstructured decision problems—the theory of analytical hierarchies[J].Mathematics and Computers in Simulation，1978，20（3）：147－158.

[6] 秦壽康.綜合評價原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[7] 劉大健，蔡忠法.汽車模擬駕駛訓(xùn)練中多層次模糊綜合評價方法[J].機電工程，2004，21（11）：63－64.

Study on Fuzzy Comprehensive Evaluation for Radar Simulator Training Exercises Performance

LIU Yong-xin，HUANG Yi-gang
（College of Air Traffic Management， CAUC， Tianjin 300300， China）

For the purpose of automatic assessment on the new generation radar simulation exercises，this paper works out the structure of comprehensive evaluation index system according to the nature of air traffic control activities.The weighting coefficient of every evaluating factor is determined based on analytic hierarchy process （AHP）.The fuzzy mapping function for each assessment index is set up according to the requirements in radar control，and then the fuzzy comprehensive evaluation model is determined.Finally the radar simulation exercises by three students are assessed by using this model.

radar simulator； fuzzy comprehensive evaluation； AHP； weighting coefficient

V355.1

A

1674－5590（2010）04－005－04

2009-11-11；

2010-03-18

天津市科技支撐計劃重點項目（07ZCKFGX01600）；中國民航大學(xué)科研基金項目（2010kyE06）

劉永欣（1978—），男，天津人，講師，碩士，研究方向為空中交通管理.

（責(zé)任編輯：黨亞茹）