張 翔，劉 兵，盧 飛

（1.中國(guó)民航大學(xué)國(guó)家空管運(yùn)行安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300300；2.天津航空有限責(zé)任公司，天津 300300）

管制系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制決策方法研究

張 翔1，劉 兵2，盧 飛1

（1.中國(guó)民航大學(xué)國(guó)家空管運(yùn)行安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300300；2.天津航空有限責(zé)任公司，天津 300300）

首先,根據(jù)過(guò)程方法分析出管制系統(tǒng)運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程,并從“人”、“機(jī)”、“環(huán)境”和“管理”4個(gè)角度得出相應(yīng)的控制策略。其次,建立資源優(yōu)化配置模型,在資源投入有限和確保所有風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程安全的約束條件下,得到最優(yōu)的風(fēng)險(xiǎn)控制決策方案,合理地分配資源,從而能達(dá)到整體最好的風(fēng)險(xiǎn)控制效果;最后,通過(guò)仿真驗(yàn)證模型的合理性。算例表明,該模型是合理可行的。

管制系統(tǒng)運(yùn)行;風(fēng)險(xiǎn)控制;優(yōu)化配置模型;控制策略

近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，空中交通流量急劇增加，與此同時(shí)，管制系統(tǒng)保障空中交通安全的負(fù)擔(dān)也迅速增大[1]。風(fēng)險(xiǎn)控制是進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理的重要步驟，通過(guò)建立高效的風(fēng)險(xiǎn)控制決策方案，可以很好地將管制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)程度控制在一個(gè)可接受的水平，這對(duì)降低民航事故率，保證民航的安全運(yùn)行具有重要的意義。

風(fēng)險(xiǎn)控制是建立在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基礎(chǔ)之上的，三者共同構(gòu)成了完整的風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)外多個(gè)領(lǐng)域大力推廣風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)，認(rèn)為對(duì)系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行一定程度風(fēng)險(xiǎn)控制是有必要的，同時(shí)也對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制進(jìn)行了一定的研究。美國(guó)882軍用標(biāo)準(zhǔn)系列有關(guān)內(nèi)容強(qiáng)調(diào)：系統(tǒng)安全工作應(yīng)該在綜合考慮有關(guān)性能、費(fèi)用、日程的限定前提下將有關(guān)事故風(fēng)險(xiǎn)控制到可以接受的水平[2-3]。文獻(xiàn)[4-7]分別從環(huán)境、轉(zhuǎn)基因植物、食品安全、船隊(duì)運(yùn)行等領(lǐng)域介紹了風(fēng)險(xiǎn)控制的應(yīng)用情況，說(shuō)明了采取風(fēng)險(xiǎn)控制的必要性。文獻(xiàn)[8]系統(tǒng)地對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制與風(fēng)險(xiǎn)管理的關(guān)系進(jìn)行了分析，從理論的角度說(shuō)明了風(fēng)險(xiǎn)控制的重要性。文獻(xiàn)[9]根據(jù)管制系統(tǒng)中出現(xiàn)的不同等級(jí)的不安全事件提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。文獻(xiàn)[10]則基于空管風(fēng)險(xiǎn)管理耦合過(guò)程的分析，首次提出了網(wǎng)格化、錯(cuò)峰法和防脆型3種風(fēng)險(xiǎn)管理策略。

以上風(fēng)險(xiǎn)控制策略大都是相關(guān)人員基于從業(yè)經(jīng)驗(yàn)提出的，策略的提出過(guò)程不具有系統(tǒng)性、完備性，這會(huì)影響風(fēng)險(xiǎn)控制的效果；在風(fēng)險(xiǎn)控制策略的具體實(shí)施過(guò)程中，缺乏對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制策略的統(tǒng)籌優(yōu)化，不利于資源在風(fēng)險(xiǎn)控制策略實(shí)施過(guò)程中的合理分配，一定程度上造成了資源的浪費(fèi)。針對(duì)管制系統(tǒng)運(yùn)行具有危險(xiǎn)環(huán)節(jié)多、安全性要求高的特點(diǎn)，從過(guò)程的角度出發(fā)，逐步分析管制系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程，提取其中的風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程，并從“人”、“機(jī)”、“環(huán)境”和“管理”4個(gè)角度歸納出更具針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)控制策略。從整體的角度出發(fā)，建立資源優(yōu)化配置模型，統(tǒng)籌規(guī)劃各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程和風(fēng)險(xiǎn)控制策略，合理地分配資源，達(dá)到最好的控制效果。

1 管制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)控制原則和分類

在管制系統(tǒng)運(yùn)行中，風(fēng)險(xiǎn)控制是一項(xiàng)長(zhǎng)期的綜合性工作，也是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程。結(jié)合管制系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制應(yīng)遵循“合理可行、過(guò)程、最優(yōu)”的原則。根據(jù)時(shí)間順序[11]將風(fēng)險(xiǎn)控制分為事前、事中和事后風(fēng)險(xiǎn)控制。

1.1 風(fēng)險(xiǎn)控制原則

風(fēng)險(xiǎn)控制原則包括：合理可行原則、過(guò)程原則和最優(yōu)原則。合理可行原則，即有法律和理論根據(jù)，尊重科學(xué)原理、規(guī)章制度、行業(yè)規(guī)程等，并具有較強(qiáng)的可操作性，為多數(shù)人所接受和認(rèn)同。過(guò)程原則，即因?yàn)轱w行過(guò)程中任何一個(gè)小細(xì)節(jié)的過(guò)失都會(huì)造成極其嚴(yán)重的后果，所以在管制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)控制過(guò)程中，不僅要滿足系統(tǒng)整體的安全要求，還要滿足系統(tǒng)運(yùn)行中各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程的安全要求。最優(yōu)原則，即針對(duì)具體的情況，采取最合適的控制措施決策方案，既節(jié)省了控制資金投入，還達(dá)到了最佳的控制效果。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)控制分類

按照風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的時(shí)間順序，一般可將控制方法分為以下3種。

1）事前風(fēng)險(xiǎn)控制 在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生之前對(duì)單位內(nèi)部各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程進(jìn)行詳盡分析，綜合評(píng)估各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管制系統(tǒng)整體或個(gè)別風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)性較高時(shí)，提前采取預(yù)防性措施，保證管制系統(tǒng)安全順利運(yùn)行。

2）事中風(fēng)險(xiǎn)控制 在管制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)某個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程發(fā)生了風(fēng)險(xiǎn)，管制系統(tǒng)根據(jù)既定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果采取相應(yīng)的措施，快速反應(yīng)，并對(duì)管制系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行改善。

3）事后風(fēng)險(xiǎn)控制 在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生之后，通過(guò)實(shí)際與計(jì)劃運(yùn)行結(jié)果的區(qū)別，查找風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的原因環(huán)節(jié)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，采取相關(guān)措施對(duì)發(fā)生的錯(cuò)誤進(jìn)行彌補(bǔ)。事后風(fēng)險(xiǎn)控制需要完成兩項(xiàng)任務(wù)：①盡可能地減少風(fēng)險(xiǎn)損失；②調(diào)整管制運(yùn)行過(guò)程，減少風(fēng)險(xiǎn)再次發(fā)生的可能性。

管制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程要求具有極高安全性，因?yàn)槿魏我稽c(diǎn)的錯(cuò)誤都可能造成機(jī)毀人亡的結(jié)果，帶來(lái)不可估量的損失，所以管制系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)控制應(yīng)采取事前風(fēng)險(xiǎn)控制策略，始終將管制系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)程度控制在一個(gè)可以接受的水平。

2 管制系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程及控制策略

管制系統(tǒng)主要是通過(guò)調(diào)節(jié)航空器之間的安全間隔，保障航班能夠安全、流暢的運(yùn)行。根據(jù)管制系統(tǒng)運(yùn)行流程，將管制系統(tǒng)分為3部分，即塔臺(tái)管制、進(jìn)近管制和區(qū)域管制。塔臺(tái)管制主要負(fù)責(zé)為起飛或著陸階段的飛機(jī)提供管制服務(wù)；進(jìn)近管制主要負(fù)責(zé)為爬升或進(jìn)近階段的飛機(jī)提供管制服務(wù)；區(qū)域管制則負(fù)責(zé)為巡航階段的飛機(jī)提供管制服務(wù)。

系統(tǒng)地識(shí)別和管理組織所應(yīng)用的過(guò)程，特別是這些過(guò)程間的相互作用，稱之為過(guò)程方法[12]。將過(guò)程方法應(yīng)用于管制系統(tǒng)運(yùn)行中，可保證系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)分析的全面性，有助于對(duì)管制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制。即將管制系統(tǒng)運(yùn)行中的相關(guān)單位和活動(dòng)環(huán)節(jié)視為過(guò)程，認(rèn)為管制系統(tǒng)的運(yùn)行是由一系列這樣的過(guò)程構(gòu)成的，其中可能產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的過(guò)程稱之為風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程。具體分析管制系統(tǒng)每部分的運(yùn)行過(guò)程，則可以得到管制運(yùn)行中主要的風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程，如圖1所示。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程圖Fig.1 Risk process diagram

分析各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的原因，并提出具有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)控制策略，如及時(shí)調(diào)配管制員的在崗工作時(shí)間，實(shí)施雙崗工作制，提高管制員業(yè)務(wù)技能和安全意識(shí)，培養(yǎng)管制員良好的工作習(xí)慣，強(qiáng)化班組資源管理，提升軍民航協(xié)調(diào)能力，完善規(guī)章程序，關(guān)鍵管制設(shè)備備份，提升設(shè)備技術(shù)含量，提升管理者水平等。

由于上述具體的風(fēng)險(xiǎn)控制策略之間一定程度上存在重復(fù)性，如雙崗制工作制和班組資源管理，不利于資源的優(yōu)化配置。從“人”、“機(jī)”、“環(huán)境”“管理”4個(gè)角度系統(tǒng)地總結(jié)歸納上述具體的風(fēng)險(xiǎn)控制策略，并提出以下5點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)控制策略：提高領(lǐng)導(dǎo)組織和決策能力、加強(qiáng)員工的綜合素質(zhì)、更新、改良或備份相關(guān)設(shè)備、完善監(jiān)視和監(jiān)督措施、建立合理的管理制度。

3 管制系統(tǒng)運(yùn)行中資源優(yōu)化配置模型

管制系統(tǒng)中各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)影響水平不同，降低各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程的單位成本也不同，因此如何將有限資源投入風(fēng)險(xiǎn)控制，達(dá)到最大程度上降低風(fēng)險(xiǎn)的目的是一個(gè)優(yōu)化決策問(wèn)題。有必要建立數(shù)學(xué)模型權(quán)衡各種矛盾，求出最優(yōu)風(fēng)險(xiǎn)控制決策方案。

3.1 模型的建立

模型規(guī)劃的目標(biāo)是整體風(fēng)險(xiǎn)降低值最大，約束條件是風(fēng)險(xiǎn)控制的費(fèi)用小于等于投入費(fèi)用，各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)值控制在風(fēng)險(xiǎn)最低值與風(fēng)險(xiǎn)最高值之間，模型的決策變量為危險(xiǎn)環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)值的降低值。管制系統(tǒng)運(yùn)行中資源優(yōu)化配置模型為

其中：H為系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值的降低值；R為投入的風(fēng)險(xiǎn)控制總資源；ei為降低風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程i風(fēng)險(xiǎn)的單位成本；wi為風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程i的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重；Δpi為風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程i風(fēng)險(xiǎn)值的降低值；pi1為風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程i可以達(dá)到的風(fēng)險(xiǎn)最低值；pi2為可以接受風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程i的風(fēng)險(xiǎn)最高值。

充分分析各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程可能引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的原因，進(jìn)而確定每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程與風(fēng)險(xiǎn)控制策略的關(guān)聯(lián)度，進(jìn)一步得到風(fēng)險(xiǎn)控制資源在具體實(shí)施策略中的分配

其中：Mk為各個(gè)控制策略所分配的資源；cki為控制策略k與風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程的關(guān)聯(lián)度；ri為每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程的資源分配情況。

3.2 模型的求解步驟

數(shù)學(xué)中常用圖解法和單純形法來(lái)求解滿足約束條件的目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解，但是圖解法只適用于2個(gè)變量的目標(biāo)函數(shù)，單純形法則由于計(jì)算量相當(dāng)大，步驟繁瑣，不宜采用。在Excel中建立電子表格模型，并利用其提供的“規(guī)劃求解”工具，能輕松快捷地解決該問(wèn)題。其求解步驟[13]如下：

1）在工具菜單中選擇“規(guī)劃求解”，將目標(biāo)函數(shù)值鍵入目標(biāo)單元格，把決策變量輸入可變單元格里，同時(shí)選中“最大值”；

2）點(diǎn)擊對(duì)話框中的“添加”按鈕（Add），彈出添加約束對(duì)話框，輸入約束條件，將約束條件具體化，點(diǎn)擊“確定”按鈕回到“規(guī)劃求解”對(duì)話框；

3）點(diǎn)擊“選項(xiàng)”按鈕，在新彈出的對(duì)話框中，選中“采用線性模型”和“假定非負(fù)”選項(xiàng)，這就告訴了計(jì)算機(jī)要求解的問(wèn)題是一個(gè)線性規(guī)劃問(wèn)題以及非負(fù)約束，點(diǎn)擊“確定”再回到“規(guī)劃求解”對(duì)話框；

4）點(diǎn)擊“求解”按鈕，對(duì)所輸入的線性規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行求解；

5）通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程與控制措施的關(guān)聯(lián)度矩陣，求得其控制措施決策方案。

4 算例分析

下面以塔臺(tái)管制運(yùn)行為例來(lái)說(shuō)明模型的有效性和可行性。某塔臺(tái)管制單位計(jì)劃投入12萬(wàn)元資金對(duì)管制系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行事前風(fēng)險(xiǎn)控制，以使整體的風(fēng)險(xiǎn)值保持在一個(gè)合理的水平。該管制單位根據(jù)通過(guò)對(duì)既往風(fēng)險(xiǎn)控制所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程的單位成本e、風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重w、可以接受的風(fēng)險(xiǎn)最高值pi1和可以降低達(dá)到的風(fēng)險(xiǎn)最低值pi2，如表1所示。

風(fēng)險(xiǎn)控制小組通過(guò)對(duì)管制系統(tǒng)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程的調(diào)研，具體分析每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程可能會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的原因，確定了風(fēng)險(xiǎn)環(huán)節(jié)與控制策略的關(guān)聯(lián)度，如表2所示。

利用建立資源優(yōu)化配置模型，在Excel表中輸入相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，通過(guò)規(guī)劃求解工具進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，可得到各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程所應(yīng)降低的風(fēng)險(xiǎn)值及資源分布，從而得到最終的風(fēng)險(xiǎn)控制決策方案，如表3所示。

表1 初始值表Tab.1 Initial values

表2 風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程與控制策略關(guān)聯(lián)度表Tab.2 Relational degree of risk process and control strategy

表3 資源配置結(jié)果Tab.3 Results of resourcs allocation

表3顯示，風(fēng)險(xiǎn)值降低了7.64，風(fēng)險(xiǎn)值的降低率為17.72%，所以優(yōu)化配置方案有利于管制運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的降低。對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制決策方案進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)“提高領(lǐng)導(dǎo)組織和決策能力”和“加強(qiáng)員工的綜合素質(zhì)”所投入的資源超過(guò)了總資源的50%，這比較符合實(shí)際運(yùn)行情況：隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，管制設(shè)備和管制措施的可靠性大大增加，管制系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于人為因素，所以重點(diǎn)加強(qiáng)管制員工的綜合素質(zhì)，注重相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的組織和決策能力，可以有效降低管制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

利用過(guò)程方法分析管制系統(tǒng)運(yùn)行中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程，可以減少風(fēng)險(xiǎn)的遺漏現(xiàn)象，使分析出的風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程更具有完整性，在此基礎(chǔ)上提出的風(fēng)險(xiǎn)策略才更全面，更具針對(duì)性更有效。建立合理的規(guī)劃模型，可以統(tǒng)籌各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程，優(yōu)化配置風(fēng)險(xiǎn)控制資源，從而在受投入資源約束的情況下，能夠達(dá)到最好的風(fēng)險(xiǎn)控制效果。

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（責(zé)任編輯：黃 月）

Research on risk control decision in ATC system operation

ZHANG xiang1，LIU Bing2，LU Fei1
（1.Air Traffic Operation Planning and Safety Technology Key Lab of Tianjin，CAUC，Tianjin 300300，China；2.Tianjin Airlines Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

First of all，according to the process methods，all the risk processes in ATC operation can be found，and control measures can be drawn from“people”，“machine”，“environment”and“management”.Secondly，resources can be distributed reasonably by a linear programming model，so implementation plan of control measures can be got.As a result，under constraint conditions of limited resources inputting，it can achieve the overall best risk control effect.Examples show that the model is reasonable and feasible.

ATC system operation；risk control；linear programming model；control measures

V355.1;V328

:A

:1674-5590(2015)02-0007-04

2014-03-12；

:2014-06-30

:國(guó)家自然基金項(xiàng)目（71171190）

張 翔（1978—），男，江蘇大豐，實(shí)驗(yàn)師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)榭罩薪煌ㄟ\(yùn)輸規(guī)劃與管理.