空管安全系统中人为因素的本体建模研究

２ 空 管 人 为 因素 的本 体 建 模
２ １ 确 定本体 的专业领 域 ． 空 管安全 系 统 是 一个 具 有 特 定 功 能 的 、 互 相
篓Ｉｌ 班 ｌｌ Ｉ ｉ 检 Ｉｌ 组 薹 搭 ｌｌ 配 ｉ 查 ｌｌ 工 蛩 作 ￣
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间具 有 有机联 系 的许 多 要 素 所 构 成 的 整体 ， 域 领 中的概 念不 是孤 立 存 在 的 ， 是 根 据 不 同 的属 性 而
说， 类就 是体 的抽象群 、 集合 或集 成 。它 们可 能包 含个 体 、 他类 或 两 者 的组 合 。如 人 是所 有 人 的 其 集合 ， 个体 代表 所 有 个 体 的类 。关 系 是领 域 概念 之 间的交互 作 用 。从 语 义 上 讲 ， 本 的关 系共 ４ 基 种 ， 表 １ 示 。 如 所
其他 领域 有所 区别 。根据 人 一机 一环境 系统 工 程
络 。人 为 因素 的本体 建模 流程 如 图 ３所 示 。
（） １ 通过 分 析 空 管 领 域 的具 体 情 况 ， 象 出 抽
未 通过
理论 将 空管安 全 系 统分 为人 （ 命 件 ） 机 （ 硬 生 、 软
件 ） 环境 和组 织影 响 ４大 类 ， ４类 构 成 空 中 交 、 这
了错误 ， 即不安 全 事 件 的 发 生存 在着 一 定 的逻 辑
关系 ， 一旦其 中一个 环 节 出错 ， 往会 形 成 “ 米 往 多 诺 骨牌 ” 应 ， 后 面 的 流 程 和 环 节 会 产 生 一 系 效 对 列 的影 响 。但是 目前 空 管安 全 系统 中 的不 安 全事 件 几乎 都是 以 自然语 言 的形 式 出现 的 ， 有 一 套 没
员、 区域 管 制 员 和 机 组 等都 是 “ ”的直 接 继 承 人
概念
类 ； 机 ” 一 类 主 要 包 括 雷 达 监 视 设 备 、 信 设 “ 这 通 备 等 ； 组织 影 响 ” 一 类 主要 包 括 班 组 的搭 配 、 “ 这
规 章制度 和安全 检查 等 。
实 层 由囱囱囱囱囱 例
国 内对 空管安 全系 统 中人为 因素 的研究起 步
语 义
概念之间整体 与部分 的关系
概 念之 问 的继 承 关 系
较 晚 ，０世 纪 ９ 代 ， ２ ０年 国外 人 为 因素理 论 才开 始 传 人我 国 民航 系统 。鉴于 当前 的项 目主要局 限于
对人 为 因素 的概 括性 研究 ， 笔者 将 引 入本 体 这 一
现 的人为 差错事 故 。
收 稿 日期 ：０ １～ １—１ ． ２１ ０ ２
作者简介 ： 刘继新 （９ ６一） 男 ， １６ ， 安徽滁州人 ， 南京航空航天大学民航 学院副教授
第３ ３卷
第 ４期
刘 继新 ， ： 等 空管安全系统 中人 为因素的本体建模研究
６７ ５
类 型 的管制 员和 飞行 员 ， 如进 近管 制员 、 台管制 塔
概念与实例之 间的关系 概念与其属性之间的关系
Ａｔｒｂ ｔ ｆ ｔｉ ｕ ｅ ｏ
概念 ， 以补充对 空管安 全 系统 中人 为 因素 的研究 。
实例代 表元素 ， 从语 义上讲 实例表 示对象 。
在 实际 的建模 过 程 中， 由于面 对 的情 况 种 类 繁 多 ， 念之 间 的关 系要 远 多 于 表 １中 列 出 的 ４ 概 种 关系 ， 因此可 以视 具体情 况而定 义相 应 的关 系 。
在 自动 驾驶 仪 、 自动 油 门和飞 行 指 引断 开 方式 转
换为 自动驾驶 接 通 方式 的过 程 中 ， 没有 监 控 和改 变飞行 状态 ， 导致 飞机 自动驾驶 仪接 通后 ， 在五边
义上 讲 ， 表示 的是对 象的集 合 ， 其 其定 义一 般采用 框架 结构 ， 括概念 的名 称 ， 其他概 念之 问的关 包 与
系集合 ， 以及 用 自然语 言 对 概 念 的描 述 。简单 来
安 全系统 中的某 一类 （ 如属 于人或 属于机 类 ） 。 （） ２ 实例 层 中的一 个 节点 表 示空 管 系统 中出
以类 的形 式进 行划 分 。
空 管安全 系 统 的 运行 是 以安 全 为 中心 的 ， 因
雷 机 设 安 管 违 疲 交 特 未 双 噪 排 工 规 安 达 载 备 全 制 规 劳 接 情 实 语 日 班 作 童 全 设 设 布 意 协 操 上 班 处 施 通 制 程 制 检 备 备 局 识 调 作 岗 失 置 有 话 温 度 序 度 查 问 问 不 不 不 误 能 效 能 度 不 不 不 不 题 题 合 强 当 力 监 力 合 合 合 合 理 差 控 差 理 理 理 理
图 １ 本 体 层 次 关 系 图
机 卜
空 管 安 全 系 统
人
卜— 环 境 ＿
（ ） 体 层 次 关 系 图 中 的 关 联 由 两 部 分 组 ３本 成 ： 是 概念层 内部各 概念 之 间 的关 联 ， 一 二是 实 例 层 与概念 层之 间 的关联 。
雷 达 设
备
安全 事件 的发 生 ；机 ” 一类 属 性 主 要作 为 空 管 “ 这
系统 的被 操作 对 象 而 存 在 ， 的 主要 操 作 对 象 就 人 是 “ ” 因此 它 必 须 具备 可 操 作 性 ； 环 境 ” 空 机 ， “ 在 管 系统这 一特 定 的领 域 中主要是 指管 制员 指挥 航 空器 的环 境 和 机 组 操 作 航 空 器 的 环境 ； 组 织 影 “
（ 和类 ） 可能具 有 的属性 、 所 特征 、 性 、 特 特点 和 参
数 ； 系是 描述 概念之 间 、 关 概念 与其 属性 或属性 与
对空管 人为 因 素进 行 分 析归 类 后 ， 据 概念 根
（ ） 类 之间 的语 义关 系 ， 以构建 出本 体层 次关 系 可
图 （ ｎｏ ｇ ｉ ａｃｙ Ｏ ， 图 １所 示 。 图 １ ｏ ｔ ｏｙｈｅ ｒｈ ， Ｈ） 如 ｌ ｒ
组织 的规章制度。
２ ４ 本体 建模 的流程 ．
在领 域本 体 中 ， 念 元 素好 比各 个 独 立 的节 概 点， 而关 系元 素是 使 各 个 概 念 元 素 相 互 连接 起 来 的桥梁 ， 概念 和关 系组 成 的 网络 就 是 本 体模 型 网
的人 为 因素 ， 将 事件 发生 的逻 辑关 系 提取 出来 。 并 ２ ２ 定 义类和 类 的等 级 ． 在 空管这个 特定 领域 中 ， 本体 中 的 内容 也 与
１ ２ 本体 层次关 系 ．
１ 本体模型的构 建
１ １ 本体 的构成 和定 义 ．
本 体主要 由个 体 （ 实例 ） 类 （ 念 ） 属 性 以 、 概 、 及关 系组成 。个 体 （ 例 ） 实 是研 究 的对 象 ； （ 类 概 念） 表示 领 域 中的 一 组 或 一类 实 体 ； 性是 对 象 属
第 ３ 卷 第４ ３ 期
２１年 ８ ０ １ 月
武 汉 理 工 大 学 学 报 ・信 息 与 管 理 工 程 版
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｔ ＩＦ Ｒ Ａ ＩＮ＆ Ｍ Ｎ Ｇ Ｍ Ｎ Ｎ ＩＥ ＲＮ ） Ｏ Ｒ Ａ ＦＷＵ （ Ｏ Ｍ Ｔ Ｎ Ｏ Ａ Ａ Ｅ Ｅ ＴＥ ＧＮ Ｅ ＩＧ
Ｖｏ１３ ． ． ３ Ｎｏ ４
力 ，因此 不 安全 事件 中 内在 的 、 含 的关 系往 往 隐
不易被 发 觉 。而本 体恰 恰具 有 良好 的概念 层 次结 构和 逻辑 推 理 能 力 ， 补 了 以上 不 足 。通 过 构 建 弥 本体模 型 ， 以将 空 管 中 的不 安 全 事 件用 形 式化 可
的语 言表 现 出来 ， 而 明确 影 响 不 安 全 事件 发 生 从
摘
要： 将本体作为一种概念化 的明确规范说明 ， 引入到空管安全 系统 中。从本体论的角度出发 ， 初步构建了
空管安全系统中人为因素的本体层次关系 图， 进行 了本体形式化 的描述 ， 并通 过案例分析对 不安全事件 中的 人为差错进 行本体模 型分析 ， 进而通过本体建模挖掘 出不安全事 件内在的逻辑关系 ， 而为 减少 或避免空管 从 不安全事件 的发 生提供科学依据 。 关键词 ： 空管安全 ； 人为 因素 ； 本体建模
中 圆形 表示概 念 ， 头表示 概念 问 的关 系 ， 线代 箭 虚
表 实例 与概念 问 的映射 。 （ ） 体层 次关 系 图 中的一 个 概念 表示 空 管 １本
属性 之 间的相 互 作 用 。类 或 概 念是 指 任 何事 务 ，
如工 作描述 、 功能 、 为 、 略 和推 理 过程 。从 语 行 策
严 格 的逻辑 描述 形 式 。尽管 其数 据存 在一 定 的记
录模式 ， 模式 与数 据之 间 的界 限模 糊 ， 且 一般 但 并 的特征 提 取多是 基 于 框架 的 ， 具 备 语 义表 达 能 不
响” 涵盖 非常 广 ， 在 该 领 域 中 ， 者关 注 的组 织 但 笔
影 响主要 是班 组 的搭 配 ， 员 的 配 合协 调 和 所 在 人
中 图 分 类 号 ：３ ５ Ｃ ３ ； Ｐ １ Ｖ５ ； ９４ Ｔ３ １ Ｄ Ｉ１ ．９ ３ ｊｉ ｎ １０ Ｏ ： ３ ６／．ｓ ．０ ７—１４ ．０ １０ ．３ ０ ｓ ４ Ｘ ２ １ ．４０ ７
本体源于哲学领域 ， 且一直 以来存在着许多
不同 的用 法 。在 计 算 机科 学 领 域 ， 核 心 意思 是 其 指 一种模 型 ， 于 描 述 由一 套 对 象 类 型 （ 念 或 用 概 类 ） 属性 以及关 系类 型所 构成 的世 界 ¨ 。 、
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武汉理工大学学报 ・ 信息与管理 工程版
２１ ０ １年 ８ 月
用于 描述 空管不安 全事 件 的人 为 因素本体 模 型 ； （） ２ 通过 分 析 大量 不 安 全 事 件 ， 导 致 不 安 将 全事件 发生 的关键 因素 提取 出来 ； （） ３ 将不 安 全 事 件 用 本 体 形 式பைடு நூலகம்语 言 描 述 出
图 ２ 空 管 领 域 的本 体 概 念 图
此 为 了杜绝 安全 隐患 ， 系统 必 须 严 格 按 照 流 程 来
运行 。空管 安全 系统 是 一 个 环 环 相 扣 的模 型 ， 因 此 ， 一次 不安 全 事 件 的发 生 必然 是 有 环 节 发 生 每 ２ ３ 定义 类 的属性 ． 在空 管 系统 中 ， 人 ” “ 这一 类 的属 性对 空 管 系 统 的运行 产生 直接 影 响 ，每一个 “ ” 人 的微小差 错 都有 可能 导致 空 管 系 统 的运 行 错 误 ， 而造 成 不 从
Ａｕｇ ２０１ ． １
文章 编 号 ：０ ７—１４ ２ １ ）４— ６ ６— １０ ４ Ｘ（０ １ ０ ０ ５ ０ ４
文 献 标 志 码 ： Ａ
空 管 安 全 系统 中人 为 因素 的本 体 建 模 研 究
刘 继 新 ， 丽楠 沈
（ 南京航空航天大学 民航学院 ， 江苏 南京 ２ ０ １ ） １０ ６
通 管制 安全领 域 的本体 。
根据 类 的思想 ， 空管 安 全 系统 中 ， 在 运用 图 １
鬻 到
约 束关系
的本 体层 次关 系 图 ， 者 设 计 出空 管 安 全 系 统本 笔 体概 念 图 ， 图 ２所示 。“ ” 一类 中包 括 不 同 如 人 这
图 ３ 人 为 因 素 的 本 体 建 模 流 程 图
表 １ 本体模型中的基本关 系
术语
Ｐａ ｔｏ ｒ ｆ
Ｋｉ ｆ ｎｄ ｏ Ｉ ｓａ ｃ ｆ ｎ ｔｎ ｅ ｏ
现代本体是指一种 “ 形式化 的， 对共享 概念 体 系明确 而又详 细 的说 明 ”２３， Ｅ １用于描述 特定 领 － 域中概念与概念之间的系统关系的集合 ， 具有通 过概念 之 闯的关 系来表 达概念语 义 的能力 。