李楠，李寧，徐肖豪

（1.中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津300300；2.中國民航局空管行業(yè)辦公室，北京100710）

基于模糊層次分析法的機(jī)場管制模擬機(jī)評價

李楠1，李寧2，徐肖豪1

（1.中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津300300；2.中國民航局空管行業(yè)辦公室，北京100710）

采用模糊綜合評判法與層次分析法相結(jié)合的評估方法，對機(jī)場管制模擬機(jī)仿真度進(jìn)行評價。根據(jù)機(jī)場管制模擬機(jī)需求功能選取恰當(dāng)?shù)脑u估指標(biāo)，用層次分析法建立機(jī)場管制模擬機(jī)仿真度評價指標(biāo)體系，然后分層次進(jìn)行模糊綜合評判，得出綜合評價結(jié)果。最后以某機(jī)場管制模擬機(jī)為例，對其仿真度進(jìn)行評估。結(jié)果表明這種方法科學(xué)合理且容易實(shí)現(xiàn)，為實(shí)驗室設(shè)備選型提供了合理的依據(jù)，具有實(shí)際的應(yīng)用價值。

機(jī)場管制模擬機(jī)；層次分析法；模糊綜合評價；仿真度

機(jī)場管制模擬機(jī)是用于培訓(xùn)塔臺管制員的仿真系統(tǒng)，能夠逼真地模擬包括塔臺終端設(shè)備、管制用戶界面、塔臺視景等所有與訓(xùn)練相關(guān)的對象，提供一個接近真實(shí)的訓(xùn)練環(huán)境。機(jī)場管制模擬機(jī)是空中交通管制專業(yè)教學(xué)以及實(shí)際生產(chǎn)單位管制員崗前培訓(xùn)和復(fù)訓(xùn)中必不可少的培訓(xùn)設(shè)備[1]。隨著國內(nèi)機(jī)場管制模擬機(jī)的研發(fā)以及國外設(shè)備的引進(jìn)，中國民航局空管行業(yè)辦正在起草《機(jī)場管制模擬機(jī)需求技術(shù)分析》，從實(shí)現(xiàn)的功能和指標(biāo)上對機(jī)場管制模擬機(jī)進(jìn)行分類，以滿足不同的培訓(xùn)需求。

在滿足功能需求的同時，還需要建立一套科學(xué)合理的方法對機(jī)場管制模擬機(jī)的仿真逼真度進(jìn)行評價，為實(shí)驗室設(shè)備選型提供更合理的依據(jù)。首先采用層次分析法從《機(jī)場管制模擬機(jī)需求技術(shù)分析》討論稿中的功能列表中選取恰當(dāng)?shù)脑u估指標(biāo)建立評價體系，然后采用專家評判確定各指標(biāo)權(quán)重，最后分層次進(jìn)行模糊綜合評判，并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。以某機(jī)場管制模擬機(jī)為例，對其仿真度進(jìn)行評估。結(jié)果表明這種方法為實(shí)驗室設(shè)備的選型及評價提供了科學(xué)合理的依據(jù)，具有實(shí)際的應(yīng)用價值。

1 基于層次分析的仿真度評價指標(biāo)體系

建立機(jī)場管制模擬機(jī)仿真度評價的層次模型時，首先考慮選取評價指標(biāo)的科學(xué)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性及可操作性原則[2]，能夠使定性與定量相結(jié)合，使評價指標(biāo)及其權(quán)重更加客觀合理，從而保證評價結(jié)果的合理性和可靠性。

1.1 評價指標(biāo)體系的建立

機(jī)場管制模擬訓(xùn)練中塔臺管制員通過視景顯示系統(tǒng)觀察終端區(qū)及機(jī)場場面運(yùn)行情況，同時采用終端區(qū)監(jiān)視終端、場面監(jiān)視終端、飛行計劃終端、氣象終端等作為輔助手段，通過通訊系統(tǒng)向模擬機(jī)長發(fā)出語音命令來進(jìn)行管制。模擬機(jī)長接收管制員的指令，對飛機(jī)運(yùn)動進(jìn)行操控[3]。

通過對《機(jī)場管制模擬機(jī)需求技術(shù)分析》功能列表進(jìn)行分析研究，從中提煉出影響仿真程度的因素及子因素。同時多次征求行業(yè)專家、生產(chǎn)崗位管制教員和行業(yè)院校教師的意見，按功能進(jìn)行分類，建立三級層次模型，確定評價指標(biāo)。

評價對象的指標(biāo)集：U={U1，U2，…，Um}，其中Ui是U中的一個指標(biāo)。Ui={Ui1，Ui2，…，Uin}，Uij是指標(biāo)集Ui的一個指標(biāo)，Uij={Uij1，Uij2，…，Uijs}，Uij k是指標(biāo)集Uij的一個指標(biāo)，建立三級評價指標(biāo)體系。一級指標(biāo)3個，二級指標(biāo)11個，三級指標(biāo)79個，如圖1所示。

1.2 評價指標(biāo)權(quán)重

采用1～9的打分標(biāo)度，通過兩兩比較建立判斷矩陣，構(gòu)造判斷矩陣。采用方根法[4]進(jìn)行歸一化處理，確定U中各因素的權(quán)重向量Wi，滿足Σmj=1Wij=1，Wij＞0，計算并檢驗判斷矩陣的一致性指標(biāo)。下面首先求取一級層次模型的模擬管制環(huán)境U1中3個元素的權(quán)重值，建立終端軟件顯示界面、終端軟件操作方式和模擬通信系統(tǒng)三個二級指標(biāo)關(guān)于模擬管制環(huán)境U1的判斷矩陣如下

采用方根法進(jìn)行歸一化處理得權(quán)重向量W1= （0.104 7，0.258 3，0.637 0），判斷矩陣一致性比例為0.037。同理可得U2各權(quán)重向量W2=（0.100 7，0.225 5，0.673 8）；U3各權(quán)重向量W3=（0.029 9，0.090 0，0.236 7，0.179 4，0.464 0）。采用上述方法對各層權(quán)重值進(jìn)行計算，其他各層指標(biāo)權(quán)重值如圖1所示。

模擬機(jī)中航空器的運(yùn)動仿真是教員、管制員和專家最關(guān)心的核心問題，并直接影響管制學(xué)員的訓(xùn)練[5]，從各指標(biāo)權(quán)重值的計算結(jié)果中可以明確地體現(xiàn)出這個結(jié)果，由此說明評價指標(biāo)體系的建立是合理可信的。

1.3 評判集

設(shè)評判集：V={V1，V2，…，Vn}，Vj（j=1，2，…，n）表示由高到低的評價。本模型中n=3，采用{A級，B級，C級}，各級的定義如下所述[1]。

A級：系統(tǒng)仿真程度滿足高級培訓(xùn)的訓(xùn)練需要；

B級：系統(tǒng)仿真程度接近實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)；

C級：系統(tǒng)仿真程度與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)一致。

圖1 機(jī)場管制模擬機(jī)仿真度評價指標(biāo)體系圖Fig.1Architecture of aerodrome control simulator evaluation

2 模糊綜合評價模型的建立

模糊綜合評價法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價[6]。仿真度本身是一個模糊概念，所以評判結(jié)論也應(yīng)該是一種模糊性結(jié)論。模糊綜合評價法是一種非常有效的多因素決策法，適用于對復(fù)雜系統(tǒng)以及無法進(jìn)行精確定量計算的方案進(jìn)行評價。機(jī)場管制模擬機(jī)系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)模塊組成，存在大量難以量化的模糊因素，所以采用模糊綜合評價方法十分適合。

設(shè)R為單因素的評價矩陣，R=（Rij）m×n表示因素Ui被評為Vj的隸屬度，Rij=xij/X。其中X為專家人數(shù)，xij為把因素Ui評為Vj的專家人數(shù)，i=1，2，…，X。

采用上述模糊綜合評價方法按照圖1所示的三層指標(biāo)體系從下至上逐層遞推的方法計算每一層次指標(biāo)的評價結(jié)果。根據(jù)每層計算的分值，再向上遞推直到頂層獲得最終評價結(jié)果。評判時采用最大隸屬度原則，評估結(jié)果采用Bj中的最大值對應(yīng)的評價。

3 實(shí)例分析

3.1 單因素評價矩陣

邀請10位專家對某機(jī)場管制模擬機(jī)的評價指標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立評價，參照第2節(jié)所述，可獲得單因素評價矩陣R，結(jié)果如表1～表10所示。

3.2 模糊評價計算

3.2.1 最大最小模型

采用模糊運(yùn)算（∨，∨）模型，即bj=max{min[wi，rij]}進(jìn)行計算。

1）B11=W11°R11=（0.10.20.454 5），歸一化得B′11=（0.1330.2650.602）

B12=W12°R12=（0.10.250 60.434），歸一化得B′12=（0.1270.3190.553）

表1 R11Tab.1R11

表2 R12Tab.2R12

表3 R13Tab.3R13

表4 R21Tab.4R21

表5 R22Tab.5R22

表6 R23Tab.6R23

表7 R31和R32Tab.7R31and R32

表8 R33Tab.8R33

表9 R34Tab.9R34

表10 R35Tab.10R35

B13=W13°R13=（0.30.20.467 9），歸一化得B′13=（0.3100.2070.483）

R1=W1°（B′11B′12B′13）=（0.3100.258 0.483），歸一化得R′1=（0.2950.2460.460）

2）B21=W21°R21=（0.30.30.354），歸一化得B′21=（0.3140.3140.371）

B22=W22°R22=（0.258 20.258 20.2582），歸一化得B′22=（0.3330.3330.333）

B23=W23°R23=（0.20.20.253 9），歸一化得B′23=（0.3060.3060.388）

R2=W1°（B′21B′22B′23）=（0.306 0.306 0.388）3）B31=W31°R31=（0.30.50.2）

B32=W32°R32=（0.173 20.40.478 6），歸一化得B′32=（0.1650.380.455）

B33=W33°R33=（0.30.3910.3），歸一化得B′33=（0.3030.3950.303）

B34=W34°R34=（0.40.40.333 9），歸一化得B′34=（0.3530.3530.294）

B35=W35°R35=（0.191 70.343 40.343 4），歸一化得B′35=（0.2180.3910.391）

R3=W1°（B31B32B33B34B35）=（0.237 0.391 0.391），歸一化得R′3=（0.2320.3840.384）

4）B=W°R=W°（R1R2R3）=（0.3060.384 0.388），歸一化得B′=（0.2840.3560.36）

3.2.2 加權(quán)平均模型

采用模糊運(yùn)算（⊕，·）模型，即bj=⊕（wi，rij）=

1）B11=W11°R11=（0.0680.2080.724）

B12=W12°R12=（0.0680.2350.697）

B13=W13°R13=（0.2320.2560.512）

R1=W1°（B′11B′12B′13）=（0.173 0.245 0.582）

2）B21=W21°R21=（0.2610.4140.325）

B22=W22°R22=（0.2710.4030.326）

B23=W23°R23=（0.2010.3030.496）

R2=W1°（B′21B′22B′23）=（0.223 0.337 0.440）

3）B31=W31°R31=（0.3330.4670.2）

B32=W32°R32=（0.1320.4050.463）

B33=W33°R33=（0.2410.3570.402）

B34=W34°R34=（0.2680.3710.361）

B35=W35°R35=（0.1700.3800.450）

R3=W1°（B31B32B33B34B35）=（0.206 0.378 0.416）4）B=W°R=W°（R1R2R3）=（0.2060.352 0.442）

按最大隸屬度原則，這種機(jī)場管制模擬機(jī)的仿真逼真度屬于C類，即系統(tǒng)仿真程度與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)一致。

3.2.3 結(jié)果分析

按最大隸屬度原則，采用最大最小計算模型，從計算結(jié)果看屬于B類和屬于C類的隸屬度相近，但更貼近于C類；采用加權(quán)平均模型，從計算結(jié)果看屬于C類。利用兩種模型計算，結(jié)果顯示此類型模擬機(jī)屬于C類，即系統(tǒng)仿真程度與實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)一致，但采用加權(quán)平均模型對所有因素依權(quán)重大小均衡兼顧，更好地體現(xiàn)了整體特性。

4 結(jié)語

本文采用模糊層次分析法對機(jī)場管制模擬機(jī)仿真度進(jìn)行評價，評價結(jié)果表明該方法適用于機(jī)場管制模擬機(jī)仿真度評價。該模型能夠把影響機(jī)場管制模擬機(jī)仿真度的多種因素進(jìn)行綜合考慮，對所有因素依權(quán)重大小均衡兼顧，更好地體現(xiàn)了整體特性，避免了由個別人來評判易加入個人主觀臆斷的缺點(diǎn)，比較好地保證了實(shí)驗室設(shè)備選型工作中的公正性和實(shí)用性，為實(shí)驗室設(shè)備的選型及評價提供了科學(xué)合理的依據(jù)，具有實(shí)際應(yīng)用價值且容易實(shí)現(xiàn)。

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（責(zé)任編輯：黨亞茹）

Fidelity evaluation of aerodrome control simulator based on fuzzy AHP

LI Nan1，LI Ning2，XU Xiao-hao1
（1.College of Air Traffic Management，CAUC，Tianjin 300300，China；2.ATC Industry Management Office，CAAC，Beijing 100710，China）

Fuzzy comprehensive evaluation method and analytical hierarchy process are used to evaluate the fidelity of aerodrome control simulator.According to the demand function of the aerodrome control simulator，the evaluation index system is established by the analytic hierarchy process and then sub-levels of fuzzy comprehensive evaluation are applied.Finally，the results show that this method is scientific and reasonable and easy to implement for equipment selection.

aerodrome control simulator；analytical hierarchy process（AHP）；fuzzy comprehensive evaluation；simulation fidelity

V355；TP391.9

A

1674-5590（2013）03-0010-04

2012-04-13；

2012-10-15

國家自然基金重點(diǎn)項目（61039001）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項（ZXH 2009D004）；天津市高等學(xué)校本科教學(xué)改革與質(zhì)量工程研究計劃（D02-0818）

李楠（1978—），女，遼寧撫順人，副教授，博士研究生，研究方向為空中交通規(guī)劃管理及仿真技術(shù).