魏燕明，甘旭升，游雯雯，蔣銘樂

（1.西京學院，西安 710123;2.空軍工程大學空管領航學院，西安 710051）

0 引言

可控飛行撞地（Controlled Flight Into Terrain，CFIT）是指能夠正常運行的航空器在飛行員控制之下由于飛行員的疏忽而與障礙物、地面或者水面相撞的事故，而飛行員對將要發(fā)生的相撞通常事先沒有覺察。CFIT是一種重要的航空事故類型，通常其導致的后果是機毀人亡，更深層次的是造成不利的社會影響和政治影響。因此，研究CFIT誘因分析技術，不僅能夠為安全管理決策提供支撐，對改善航空安全管理水平也具有實際意義［1］。

為提高CFIT事故的防范水平，學者們進行了有針對性的研究［2-4］。從文獻資料分析來看，這些研究大多針對個別CFIT事故，未結合大量實例進行成因分析，且其成因標準都是直接給出，更沒有給出誘因關系的層次結構?；谝陨戏治?，本文提出了用于分析CFIT誘因關系的解釋結構模型（Interpretative Structural Modeling，ISM）［5］，實例驗證了其有效性。

1 解釋結構模型

ISM的基本思想是：在有向圖和矩陣原理基礎上，結合人們的認知將系統要素聯系起來，通過矩陣和圖形的描述，并借助于計算機完成相應數學運算，從而整理推導出所研究系統的結構特點。

1.1 構成要素

ISM主要由有向圖、鄰接矩陣和可達矩陣三要素構成［7］。

1.1.1 有向圖

建立ISM需要先確定一個研究目標，這個研究目標中包含諸多要素，而各要素之間的關系通過有向圖來描述。由有向圖可直觀地表達諸多要素的兩兩交互關系。每個節(jié)點代表一個要素，采用圓內加編號字母形式來描述。要描述要素Ci對要素Cj施加了影響，有向圖中可表示為：Ci→Cj。通過這種表達方式就構成了有向圖。

1.1.2 鄰接矩陣

鄰接矩陣是對關系網絡圖的數學表達方法，而關系網絡圖是對各元素之間關系的邏輯分析，鄰接矩陣是對這些元素的數學分析，主要描述要素Ci與Cj的初始交互關系，鄰接矩陣A內的元素

鄰接矩陣可翻譯為有向圖，有向圖也可轉化成鄰接矩陣，二者是一一對應的，而與元素順序無關。

1.1.3 可達矩陣

獲得鄰接矩陣A后，將其與單位矩陣I相加可得出

矩陣A+I即為可達矩陣，它的每個元素表示通過點與點間不大于1的路徑的可達性。同樣不難理解，（A+I）2中元素表示通過點與點間不大于2的路徑的可達性。這里涉及的加法與乘法運算均為布爾運算，則可以得到（A+I）i-2≠（A+I）i-1≠（A+I）i=（A+I）i+1=M，i≤n-1，矩陣M即為可達矩陣，用于刻畫點與點間不大于n-1的路徑的可達性。對于點數為n的圖，最長路徑不能超過n-1。此外，M2=M。對于上例則有

所以，可達矩陣為 M=（A+I）3。

1.2 ISM誘因分析流程

ISM誘因關系分析流程如圖2所示。

2 實例分析

本文在商用航空安全小組（CAST）的航空安全策略研究基礎上，并綜合考慮了空中管制因素［8］，總結整理CFIT事故的主要誘因如下頁表1所示。

表1 航空器CFIT事故主要誘因

2.1 繪制有向圖

在ISM模型中，定義各元素之間的關系為：如果S1受到S2的制約或影響，則稱S1到S2存在“關系”，表示為“S1→S2”，例如不掌握天氣特點 S1受到飛行準備不充分S6的影響，則記為“S1→S6”，由此，可得S1～S12之間的關系網絡如圖3所示。

該關系網絡圖并非唯一，其中構建邏輯關系是關鍵。不同的人根據自己對專業(yè)的認識程度，將會得到不同的關系網絡圖，所以，在構建關系網絡圖時，需要結合航空管制專業(yè)相關知識。

根據圖3所示誘因關系網絡，可建立如表2的關系，其中，A表示Si受Sj的影響；V表示Si對Sj的影響。

2.2 構建鄰接矩陣

將圖3的誘因關系網絡作數學化處理，這樣，定性分析問題就轉化為定量分析問題。如果S1到S2有關系S1→S2，則記為1，沒有關系計為0。用橫向量a1=（0，0，0，…，0）來描述 S1與 S2～ S12的關系，同理，可依次計算出 S2～S12的橫向量 a2～a12，令 A=（a1，a2，a3，…，a12）T，可給出鄰接矩陣

表2 CFIT誘因間的兩兩交互關系

2.3 對鄰接矩陣進行計算求得可達矩陣

根據前述步驟，計算可達矩陣可由Matlab軟件編程完成。

2.4 找出各要素的級別分配

將M=（A+I）2中的要素劃分成3個集合，分別為可達集R（Si）、先行集A（Si）、R（Si）與A（Si）的交集?？蛇_集中的元素，表示可達矩陣中要素Si可以到達的要素；先行集中的元素，表示可達矩陣中能夠到達Si的要素。通過計算，當可達集R（Si）與R（Si）∩A（Si）包含的因素相同時，得出它的最高級要素集L1，然后將它們暫時去掉，同理，整理出次一級的最高級要素集L2，由此類推，對各要素的級別進行分配。

表3 可達集、先行集及其交集

其中，當i=1，2，4，5時，P（Si）與P（Si）∩A（Si）相等，即 L1={1，2，4，5}，將最高級要素 L1暫時去除，則有

表4 去除最高級要素L1后的集合

其中，當i=3，6，9時，P（Si）與P（Si）∩A（Si）相等，即L2={3，6，9}，將最高級要素 L2暫時去除，可有

表5 去除最高級要素L2后的集合

其中，當i=7，10時，P（Si）與P（Si）∩A（Si）相等，即L3={7，10}，將最高要素 L3暫時去除，可有

表6 去除最高級要素L3后的集合

其中，當i=8，11時，P（Si）與P（Si）∩A（Si）相等，即L4={8，11}，將最高要素 L4暫時去除，可有

表7 去除最高級要素L4后的集合

其中，當i=12時，P（Si）與P（Si）∩A（Si）相等，即L5={12}。

由以上過程，可得出航空CFIT的誘因的優(yōu)先級順序為：{1，2，4，5}，{3，6，9}，{7，10}，{8，11}，{12}，也就是將 CFIT 誘因劃分為 L1，L2，L3，L4，L55 個層次，據此，重新排列的可達矩陣為

2.5 根據重新排列可達矩陣建立可得ISM

根據層級分配，將L1的誘因置于模型的最上層，依次將 L2、L3、L4、L5置于各層位置。根據各層次中的邏輯關系，將有關聯的各誘因連接起來，形成航空器可控飛行撞地的ISM誘因關系結構模型，如下頁圖4所示。并據此可將CFIT誘因劃分為管理層面、飛行員層面和管制員層面。

從以上分析可知，誘發(fā)CFIT事故的影響因素形成了5個鏈條：

在這5個鏈條中，每個鏈條就是一條導致CFIT的事故鏈。對安全管理與決策來說，要有效減少CFIT事故的發(fā)生風險，除了應關注這幾個鏈條外，還需注意各鏈條上誘發(fā)因素的變化和交互情況，當鏈條上的各個誘發(fā)因素都被觸發(fā)，有可能導致CFIT事故時，應該盡可能加強鏈條上的薄弱環(huán)節(jié)，以截斷整條事故鏈，不過，要從根本上降低CFIT事故的發(fā)生風險，必須從管理層面上查問題、找漏洞和下功夫。

3 結論

CFIT事故的誘發(fā)因素眾多，且彼此關系復雜，對這些誘因關系進行分析，識別出誘因的遞階結構模型，是預防CFIT事故的重要條件，也是亟待解決的問題。為此，在CFIT分析中引入ISM方法，即基于對CFIT的系統分析，將誘發(fā)CFIT的影響因素關聯起來，并通過矩陣和圖形等形式對數據進行量化處理，推導出CFIT誘因關系的多級遞階結構模型。實例分析表明：采用ISM分析CFIT誘因關系，過程簡便，易于理解，注重條理，邏輯性強，層次結構科學合理。從而也證明了ISM用于CFIT分析的可行性和有效性。

［1］達里爾R.史密斯.可控飛行撞地［M］.王亮，譯.北京：中國民航出版社，2003.

［2］ICAO Procedures for Air Navigation Services Air Traffic Management（Doc 4444 ATM/501），November 2001.

［3］杜紅兵，王雪莉.基于貝葉斯網絡的可控飛行撞地事故原因分析方法［J］.安全與環(huán)境學報，2009，9（5）：136-139.

［4］張曉全，吳貴鋒.功能共振事故模型在可控飛行撞地事故分析中的應用［J］.中國安全生產科學技術，2011，7（4）：66-70.

［5］張靜，趙玲.基于解釋結構模型的微博用戶群體行為影響因素分析［J］.情報科學，2016，34（8）：29-35.

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［9］劉杰，甘旭升，戴喆，等.改進人工魚群算法的小波神經網絡模型［J］.火力與指揮控制，2015，40（12）：115-118.