黃炬凱， 劉俊杰， 熊 靜

(中國民用航空飛行學院 空中交通管理學院， 四川 廣漢 618300)

機坪運行包括航空器地面運行以及機坪車輛運行，車輛、人員、設備為航空器運行提供安全保障。對航空器機坪運行進行風險預警是監(jiān)控各環(huán)節(jié)的風險因素的重要手段，從事故源著手采取預防措施能夠有效減少事故的發(fā)生，保障航空器機坪運行安全。

當前國內(nèi)外對機坪運行安全的相關研究有：劉剛等[1]運用灰色系統(tǒng)理論從宏觀角度評價機場運行安全；杜紅兵等[2]建立了機場運行安全評價指標體系，對指標權值進行確定；張成偉等[3]用未確知數(shù)學理論系統(tǒng)性地分析了機場運行安全問題，分析面較廣，但對飛行過程各環(huán)節(jié)的安全研究不具體；Oster[4]對空難頻發(fā)原因進行了多個角度的研究，得出多數(shù)航空事故的原因與機場運行相關，但僅從統(tǒng)計學角度進行了分析。目前對機場安全的研究多定性分析安全管理，且大多分析角度較為宏觀，缺少具有針對性的、定性與定量結(jié)合的分析。目前機場安全研究多以靜態(tài)風險評價為主，如層次分析法通過各指標的比較、判斷和賦值得到判斷矩陣，形成風險評價模型，該方法應用簡單，但受主觀性影響較大；模糊數(shù)學方法以模糊原理建立子集[5]，將難以定量的因素量化再評價，該方法能夠較好地分析不確定性問題，但在確定評價指標等方面具有一定的主觀性；人工神經(jīng)網(wǎng)絡選定典型評估單元，將風險因子初始值輸入模型獲取權值，再將其余單元的數(shù)據(jù)錄入進行評價，人神經(jīng)網(wǎng)絡特點明顯、優(yōu)勢較大，但因收斂速度使效率受到一定影響，導致結(jié)果存在一定誤差。

動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡具有對時間處理的能力[6]，在靜態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡的基礎上加入時間變量，構(gòu)建動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡模型，實現(xiàn)隨時間變化的動態(tài)風險評價。將其引入到機坪安全風險評價中具有明顯的優(yōu)勢。因此，本文基于動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡，結(jié)合機場各項規(guī)章和航空器運行特點，全面識別航空器機坪運行安全風險，構(gòu)建預警體系、確定預警指標，對機坪運行風險進行評價，給出預警方案，以期為降低航空器機坪運行事故率提供參考。

1 航空器機坪運行安全風險識別

航空器機場運行中，航空器與航空器、車輛剮蹭等事故時有發(fā)生，從推出開車到滑行、進入跑道、起飛，航空器機場運行各環(huán)節(jié)都充滿危險因素。因此，根據(jù)航空器機坪運行過程，針對各環(huán)節(jié)進行風險識別將有助于研究航空器機坪運行風險預警，降低機坪運行風險。航空器機坪運行風險源可以從人、設備、環(huán)境以及管理等4方面分類識別，以航空器安全為出發(fā)點，分析可能導致航空不安全事件的各種因素，進而采取措施消除或控制危險。

人為因素是造成事故或不安全事件的主要因素之一，負責航空器機坪運行安全的人員主要為運行指揮中心工作人員，人的因素風險分析如表1所示。

表1 人的因素U1風險源分析

設備因素可能導致事故的原因有以下幾方面：設備數(shù)量不足、設備設施缺陷、設備管理不當、機坪必要位置缺乏標志，標志模糊不清或標示牌移位、設備設施使用不當?shù)?。設備因素風險分析如表2所示。

表2 設備因素U2風險源分析

機坪環(huán)境對航空器運行也存在安全影響。大霧、雨雪天氣、高溫天氣、黃昏或者夜間機坪道路照明不足環(huán)境風險分析如表3所示。

表3 環(huán)境因素U3風險源分析

管理因素不會直接引發(fā)事故，但會導致不安全行為，使事件處于不安全狀態(tài)，如作業(yè)規(guī)章制度的不完善、組織培訓不足、部門協(xié)調(diào)不力導致部門班組之間溝通不暢等[7]。管理因素風險分析如表4所示。

表4 管理因素U4風險源分析

2 航空器機坪運行安全預警體系

為保證航空器機坪運行安全，機場應將預警落實到航空器運行過程的每一個環(huán)節(jié)，構(gòu)建航空器機坪運行安全預警體系有助于定量的風險預警研究。首先制定構(gòu)建原則，再結(jié)合航空器運行特點進行分析，預警體系如圖1所示。

圖1 預警體系

建立航空器機坪運行安全預警體系須遵循4條原則：及時性、全面性、高效性、客觀性。航空器運行的隱患是客觀存在的，機場管理組織和工作人員須積極主動加以應對。

機場的預警工作應以完善的組結(jié)構(gòu)及對航空器運行的全面監(jiān)管作為有力輔助，從而增強風險預警工作的重要性和強制性。為航空器運行預警工作持續(xù)有效開展，機場應建立預警工作的監(jiān)督機制，把控預警實施情況，以切實提升預警效率。

為確保風險監(jiān)測數(shù)據(jù)傳遞的即時性以及為風險預警提供數(shù)據(jù)支持，應優(yōu)化航空器運行預警流程，具體預警流程如圖2所示。

圖2 預警流程

3 機坪運行風險貝葉斯網(wǎng)絡評價模型

目前機坪運行安全研究多以靜態(tài)風險評價為主，難以觀測風險的發(fā)展過程。本文將動態(tài)貝葉斯理論引入到研究中，以動態(tài)貝葉斯模型實現(xiàn)機坪安全風險的動態(tài)評價[8]。

機坪運行安全風險評價方式為各風險指標對安全的影響程度，其中，風險指標是導致機坪運行安全問題的各種因素，即人的因素、設備因素、自然環(huán)境因素、管理因素的綜合。為避免提取貝葉斯網(wǎng)絡模型的指標過多或過少問題，結(jié)合專家建議進行選取，首先設計靜態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡模型，如圖3所示。

圖3 機坪運行安全風險靜態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡模型

動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡模型使用概率積分計算事件發(fā)生的概率，即事件的聯(lián)合概率表示[9]。

P(XF)=P(X|F)P(F)

(1)

式(1)表示風險F發(fā)生的情況下，人、設備、環(huán)境或管理風險(式中用X表示)發(fā)生的概率。由貝葉斯網(wǎng)絡規(guī)則可表示為

(2)

若風險評價指標含多元信息，則可以采用擴展貝葉斯網(wǎng)絡，設S為指標某時刻的狀態(tài)，hi為所有時刻的集合，e為測量向量，通過轉(zhuǎn)化即可建立動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡，如圖4所示。

圖4 機坪運行安全風險動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡示意

根據(jù)式(2)加入時間變量，形成動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡公式：

(3)

式中，p(e|hi)為t時刻狀態(tài)在測量向量e條件下的概率，分析條件概率和各節(jié)點間的關系后，即可計算得出風險概率，即

(4)

由于機坪運行環(huán)境較為復雜，除了固定的設備設施等障礙物還有移動的飛機、車輛、人員等，并且每日航班量有高峰時期和低谷時期，因此隨著時間在不斷發(fā)生變化。風險指標在不同時刻表現(xiàn)出的狀態(tài)也不相同可形成隨著事件變化的動態(tài)值，構(gòu)建動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡模型以實現(xiàn)不同時段內(nèi)的機坪運行安全風險動態(tài)評價，如圖5所示。

圖5 機坪運行安全風險動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡模型

機坪運行安全風險評價動態(tài)貝葉斯計算流程在靜態(tài)貝葉斯基礎上改進，因此，需要確定每一時刻其風險發(fā)生的概率，每個時段發(fā)生的風險概率受指標變化的影響。每個時段內(nèi)的模型一致，僅是指標的值不同，具體流程如圖6所示。

圖6 機坪運行安全風險評價流程

4 預警指標及模型

從人機環(huán)管4方面對風險源進行了識別，全面分析了航空器機坪運行的潛在風險。結(jié)合機場實地調(diào)研，將機坪運行分成停機位、滑行道、跑道以及凈空4部分，由此建立航空器機坪運行預警指標，如圖7所示。

圖7 航空器機坪運行預警指標

通過對航空器機坪運行安全風險評估，專家對預警指標進行危險等級評判，危險等級分成5個等級，值為1～5。由于風險值是動態(tài)變化的，因此將其參數(shù)化表示。于是可得到預警模型，即

W=L×r

(5)

式中：W表示預警值(warning)；L表示該風險的危險等級(level)；r表示該風險值(risk)。根據(jù)式(5)將風險值、危險等級以及可能性轉(zhuǎn)化成風險矩陣可更直觀表示3個數(shù)量的關系，如表5所示。

根據(jù)表5將各預警值劃分為四級預警(0～25)、三級預警(25～50)、二級預警(50～75)、一級預警(75～100)。不同因素導致航空器機坪運行安全事件的可能性和影響程度不同，但整體應取大風險值來制約，因此，預警等級采用就高原則。

表5 航空器機坪運行安全風險矩陣

5 實例分析

5.1 機坪布局特點

南京祿口國際機場是年旅客吞吐量千萬級的民用運輸機場，年起降架次超20萬，于機坪事故研究有足夠的樣本量。祿口機場擁有雙跑道，目前兩個航站樓在使用，停機位共143個，其中登機橋位44個，預留橋位7個，遠機位92個。

2018年9月5日，兩客機在南京祿口國際機場發(fā)生剮蹭。首都航空一架A320客機滑行入位過程中，左側(cè)翼尖與停放相鄰機位的東航飛機風擋前側(cè)蒙皮發(fā)生剮蹭，造成航班延誤及航空器損傷。此次事故發(fā)生在有設計矛盾的停機位，具有典型性，因此本文將以此為例進行機坪運行預警研究。

5.2 機坪運行風險識別

動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡模型可以反映網(wǎng)絡中各節(jié)點間的對應關系，而條件概率則可將關系進行量化。根據(jù)靜態(tài)貝葉斯可計算出祿口機場航空器機坪運行各風險因素發(fā)生的概率，具體計算值如表6所示。

表6 條件概率

利用靜態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡的計算結(jié)果，再加入時間變量，將參數(shù)帶入模型中，通過Netica軟件對航空器機坪運行安全風險進行評價。按照祿口機場的運行特征將24 h上述劃分為4個時段，00：00—06：00為第1個時段T，則第2個時刻狀態(tài)為T+1。

5.3 機坪運行預警

根據(jù)5.2中對南京祿口機場機坪運行風險的識別可得到各預警指標的預警值(圖8)及實地調(diào)研結(jié)果分析，找出了航空器在祿口機場機坪運行的高風險環(huán)節(jié)為停機位、滑行道以及跑道。因此，這3部分為重點預警對象。

圖8 預警指標預警值折線圖

在祿口機場首航和東航飛機擦剮事件中，東航飛機停放在原有的74號機位，首航飛機從滑行道劃入73號機位時左側(cè)翼尖剮蹭到東航飛機的風擋蒙皮。因為停機位設計時，74號機位的停止線(前輪停止點)設在73號機位的紅線區(qū)域內(nèi)，機位之間存在干涉，因此在祿口機場的NAIP中規(guī)定74號機位停飛機時，72、73機位不允許停放飛機。

在此事件中，主要責任為機場運行指揮中心未按照規(guī)定，指揮飛機滑入錯誤機位導致事故。

5.4 安全對策

針對此類事件，采取預警措施則可避免事故的發(fā)生，利用預警系統(tǒng)發(fā)布預警信息，第一時間將信息傳送給一線工作人員，進行預防處理。具體預警措施：74號機位為主要預警點，在機位安裝紅外感應裝置，若有飛機停入即可被感應。此時，預警系統(tǒng)隨即發(fā)出預警信號，表示74號機位已有飛機停入，此時72、73號機位不可使用。

祿口機場同樣停機要求的還有：①使用 13A 復合型機位時，13 號橋位不得停放航空器；②使用67A復合型機位時，67、68、69 號機位不得停放航空器；③92 號停機位已停放航空器，91號停機位不得滑入航空器；93號停機位已停放航空器，92號停機位不得滑入航空器；④使用4號機坪時，278、279 號機位不得停放航空器。

6 結(jié)論

針對航空器機坪運行安全問題，利用貝葉斯理論進行運行風險分析，提出改進的動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡模型，利用netica軟件進行風險值計算，對機坪運行風險進行評價。建立預警指標體系和預警模型，以南京祿口機場調(diào)研數(shù)據(jù)為樣本，進行預警值的計算。實例分析結(jié)果表明，停機位、滑行道以及跑道預警值較高，為重點預警對象，通過建立預警系統(tǒng)、即時發(fā)布預警信息從理論上可避免事故的發(fā)生。下一階段的主要研究應集中在預警系統(tǒng)的規(guī)劃與開發(fā)，為將預警系統(tǒng)投入航空器機坪運行奠定基礎。