空域安全风险评估方法的比较分析_梅权

空域安全风险评估方法的比较分析

梅　权１，２

，陈金良３

（１．空军工程大学信息与导航学院，西安７１００７７；２．空军９４９４０部队，江西九江３３２１０２；

３．空军工程大学空管领航学院，西安７１００５１

）摘　要：为了更有效地开展空域安全风险管理工作，本文总结了目前国内外空域安全风险评估的研究成果，重点概述了空域安全风险因果模型、

空域安全风险人因可靠性分析、空域安全风险雷达模拟机验证法和碰撞风险模型四类空域安全风险评估方法，并对这四类方法进行了对比分析，剖析了各模型的应用领域、解决的问题、优缺点、限制条件以及发展方向，以为空域安全风险评估研究与风险管理的深入开展和具体实施提供理论依据。关键词：空域安全；风险评估方法；风险管理；比较

中图分类号：Ｘ９４９；Ｖ２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１－１５５６（２０１３）０２－０１５２－

０４收稿日期：２０１２－０９－１９ 修回日期：２０１２－１０－

０１作者简介：梅　权（１９８５—），男，硕士研究生，主要研究方向为空中交通管理。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｅ＿ｃｈａｉｎ＠１

６３．ｃｏｍＣｏｍｐａｒａｔｉｖｅ　Ａｎａｌｙ

ｓｉｓ　ｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＲｉｓｋＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｉｒｓｐａｃｅ　Ｓａｆｅｔｙ

ＭＥＩ　Ｑｕａｎ１，

２，ＣＨＥＮ　Ｊｉｎ－ｌｉａｎｇ

３

（１．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ；２．Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｕｎｉｔ　９４９４０，Ｊｉｕｊｉａｎｇ３３２１０２，Ｃｈｉｎａ；３．Ａｉｒ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｎａｖｉｇ

ａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，

Ｘｉ’ａｎ７１００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆ　ｍｏｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｉｒｓｐａｃｅ　ｓａｆｅｔｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｉｒｓｐａｃｅ　ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　ｂｒｉｅｆｌｙ　

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｆｏｕｒ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ：ｔｈｅ　ｃａｕｓａｌｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ａｉｒｓｐａｃｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｒｉｓｋ，ｈｕｍａｎ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ　ｖａｌｉｄａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｒａｄａｒ　ｓｉｍｕｌａｔｏｒ　ａｎｄ　ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ　ｒｉｓｋ　ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｌｓｏ　ｃｏｍｐａｒｅｓ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ　ｔｙｐ

ｅｓ　ｏｆ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆｉｅｌｄ，ｐｒｏｂｌｅｍｓ，ａｄｖａｎｔａｇｅ，ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｒｉ－ｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆｒｉｓｋ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｉｓｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｉｒｓｐａｃｅ　ｓａｆｅｔｙ

．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ：ａｉｒｓｐａｃｅ　ｓａｆｅｔｙ；ｒｉｓｋ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ；ｒｉｓｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ０　引　言

随着我国经济建设持续发展和国防力量的逐步提升，

一方面随着民用航空运输业的迅猛发展，对空域的需求不断增加，空域使用方式逐渐呈现复杂化、多样化，空域结构调整、优化日益频繁，对空域的安全要求越来越高；另一方面军队军事训练飞行对空域需求日益增加，国家对航空、空防安全的需要与日俱增。快速增长的民用飞行和军事飞行造成了空域使用上的拥挤，对空域安全提出了更为苛刻的要求，也使空域安全面临前所未有的挑战，因此在飞行活

动付诸实施前进行空域安全风险评估是非常必要的，它是确保空域方案安全合理、运行顺畅的有效手段。鉴于此，

本文对空域安全风险评估方法进行了比较分析，以为空域安全风险管理提供理论依据。

１　空域安全风险评估方法

针对空域运行实际，目前业界公认的空域安全风险评估方法有四类：空域安全风险因果模型、空域安全风险人因可靠性分析、空域安全风险雷达模拟机验证法和碰撞风险模型。

第２０卷　第２期２　０　１　３年 ３月 安全与环境工程Ｓａｆｅｔｙ　

ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

Ｖｏｌ．２０　Ｎｏ．２

Ｍａｒ．　２０１３

１．１　空域安全风险因果模型

空域安全风险因果模型主要分析影响空域安全的致因因素及导致的结果，最常用的空域安全风险因果模型有事件树分析法（ＥＴＡ）和事故树分析法（ＦＴＡ）。

（１）事件树分析法（ＥＴＡ）。ＥＴＡ方法是一种按照时序逻辑，即从原因到结果的空域安全分析方法，即从一个初因事件开始，交替考虑成功与失败两种可能性，然后再以这两种可能性作为新的初因事件，如此继续分析下去，可以定性、定量地识别空域活动初始事件发展为飞行事故的各种过程及后果，并分析其严重程度，从而找出预防飞行事故发生的原因和方法［１］。

（２）事故树分析法（ＦＴＡ）。ＦＴＡ方法是一种演绎推理的系统安全分析方法，即从发生飞行事故这一顶上事件开始，与导致发生飞行事故的各种原因建立逻辑关系，并以倒树状图形形象地表示飞行事故与原因之间的逻辑关系，从而分析出发生飞行事故的直接原因和潜在原因。

ＦＴＡ方法和ＥＴＡ方法都简便易用，但相比之下，ＦＴＡ方法能更好地与数学方法混合应用，从而能更准确、深入地进行空域安全风险分析（见表１）。

表１　ＦＴＡ方法与ＥＴＡ方法的比较

Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＦＴＡ　ａｎｄ　ＥＴＡ

方法飞行事

故情况

飞行事

故概率

飞行事

故后果

危险

分级

适用对象

ＦＴＡ可提供可提供不能

提供

可提供事故

频率分级

适合事后原因分析及

预防下一次飞行事故

ＥＴＡ可提供可提供可提供

可提供

粗略分级

适合事前预测，

防止飞行事故

１．２　空域安全风险人因可靠性分析

人是航空系统中人、机、环境中最活跃、最易受到影响的主体，人因失误对空域安全造成的影响越来越大。空管中的人为因素包括管制员、空管运行单位、监督单位、管理单位、空管设备供应商以及其他相关方面的人员等的一系列行为活动，这些因素对空域运行管理有着直接的影响，如管制人员自身特点（生理、心理、训练情况、思想重视程度、责任心）、工作环境、人际关系、家庭、婚恋、挫折、思想负担、情绪波动以及价值取向等会导致其监听监视不力、发布错误指令、违反规章制度、遗漏指令、陆空通话不规范、未正确使用进程单、高度层调配错误、管制班组协调默契程度差等人为差错。空域安全风险人因可靠性分析就是研究航空活动中人的表现对空域安全的影响，以分析、预测、减少与预防人的管制失误为目的，其分析模型主要有墨菲定律、四阶段行为模式、ＳＨＥＬ模型、Ｒｅａｓｏｎ模型、ＤＥＳＩＤＥ模型等。１．３　空域安全风险雷达模拟机验证法

随着计算机、雷达和虚拟现实技术的发展，推出了空中交通管理的雷达模拟机系统，发展了人－机结合的空域安全风险评估理论与技术。该系统包含航空器性能参数、机场参数、空域结构参数、通信性能参数、导航性能数据、监视参数、人－机－环境参数，在系统监视屏幕上能够直观显示空域运行状态，可以模拟大流量、高强度以及空中特殊情况下的空域运行状况，从而分析确定空域风险来源、危险程度以及风险消除或者缓解的措施，提出相关意见与建议，调整空域结构，优化空域配置、航路航线或者通信导航设施的分布等。如四川大学图像图形研究所和中国民航飞行学院于１９９６年自主研制了第一代空管雷达模拟机系统（ＤＲＳ９０和ＤＲＳ９３系统），该系统促进了包括空域在内的空管系统安全和高效的运行。随着航空运输业的进一步发展，相关部门相继开发出了第二代、第三代雷达模拟机系统，并广泛应用于我国七大空中交通管理局、三大民航院校和二十多个省级航管中心。１．４　碰撞风险模型

碰撞风险模型主要是通过分析航空器与航空器之间的空间几何关系，利用概率理论进行碰撞建模和风险评价。空管工作的主要目标之一就是保证安全的飞行间隔，而碰撞风险模型能够对给定的飞行间隔进行碰撞风险计算，从而评价空域飞行是否安全。国外早在２０世纪６０年代就开始了对碰撞风险模型的研究，目前国内外已研究的碰撞风险模型主要有以下几种：（１）冲突几何模型。该模型是基于相邻飞机的空间几何位置，把飞机看作质点，计算理想飞行条件下的碰撞风险［２］。

（２）Ｒｅｉｃｈ模型。１９６６年，Ｒｅｉｃｈ针对大西洋上空平行航路建立了碰撞风险模型，该模型将安全间隔标准设置成临近层，按飞机Ａ的三维尺寸设置成碰撞模板，根据飞机Ｂ进入临近层、碰撞模板的频率计算相应的冲突概率和碰撞概率［３～６］（见图１）。

（３）基于冲突区域的碰撞风险模型。１９８１年，Ｄ．Ａ．Ｈｓｕ将Ｒｅｉｃｈ模型中的碰撞模板定义为圆柱体，建立了碰撞临界区域和冲突区域的概念，并建立了基于冲突区域的碰撞风险模型［７～９］。

（４）基于位置误差概率的碰撞风险模型。由于地面和机载导航设备存在一定的误差，随着时间的变化，相邻飞机之间的实际距离呈现出一定的波动，体现在两机碰撞风险的不断变化上，因此可以根据两机之间的实际距离建立基于位置误差概率的碰撞风险模型［１０］。

（５）基于随机过程的碰撞风险模型。Ｇ．Ｊ．Ｂａｋ－ｋｅｒ等［１１］运用随机过程方法，通过求解偏微分方程

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第２期 梅　权等：空域安全风险评估方法的比较分析