基于AHP的飞行疲劳风险评价指标体系研究.doc

基于AHP的飞行疲劳风险评价指标体系研究 牟海鹰MUHai-ying；吴锋广WUFeng-guang （中国民航飞行学院飞行技术学院，广汉618307） （CollegeofFlightTechnology，CivilAviationFlightUniversityofChina，Guanghan618307，China） 摘要：飞行员疲劳是现代航空运输中必须关注的问题。建立科学有效的评价指标体系，是准确评定飞行疲劳的基础。层次分析法可有效用于飞行疲劳的评定，运用层次分析法建立的飞行疲劳风险评价指标体系可以划分为社会因素、个人因素和组织因素3个二级指标及相关的21个三级指标，同时可以运用层次分析法计算各指标的权重并进行层次总排序。对中国民航18名飞行员的调查验证了模型的可行性，该模型可以用于飞行疲劳风险量化管理。 Abstract：Thepilotfatigueismustbeconcernedinmodernairtransport.Itisthebasisofaurateevaluationofflightfatiguetoestablishascientificandeffectiveevaluationindexsystem.Analytichierarchyprocess(AHP)canbeeffectivelyusedinflightfatigueassessment.Theflightfatigueriskevaluationindexsystem,whichwasestablishedbyusingtheAHP,canbedividedinto3secondaryindicatorsandrelated21tertiaryindicators.Thesecondaryindicatorsconsistofsocialfactors,personalfactorsandorganizationalfactors.Asthesametime,theAHPcanbeusedtocalculatetheweightofeachindexandhierarchytotaltaxis.Thesurveyof18CAACpilotsverifiesthefeasibilityofthemodel.Themodelcanbeusedforfatigueriskquantificationmanagement. 关键词：飞行疲劳；疲劳风险；层次分析法；指标体系；综合评价 Keywords：flightfatigue；fatiguerisk；AHP；evaluationindexsystem；prehensiveevaluation ：X949：A：1006-4311（xx）02-0317-03 0引言 近三十年来，现代民用运输机的安全性、安全运营保障有了明显改进，但飞行事故与不安全事件仍时有发生。调查结果表明，百分之七十以上的飞行事故的发生是源于人为因素，而这些人为因素所造成的事件中，又有相当一部分是由于飞行疲劳导致机组警觉性水平降低、工作能力下降所致1。2000年，新西兰民航局在报告中指出，新西兰大约有25%的航空事故与疲劳因素有关2。xx年，美国联邦航空局（FederalAviationAdministration，FAA）对航空安全报告系统（AviationSafetyReportSystem，ASRS）记录的数据统计发现，自xx年以来有256份报告与飞行疲劳有关3。欧洲驾驶员协会（EuropeanCockpitAssociation，ECA）报告指出，在由人为失误引起的空难事故中有15%20%是由飞行员疲劳所导致4。飞行员疲劳主要源于工作时间的不确定性、长的执勤周期、节律紊乱和睡眠不充分，以及职业紧张等多种因素5，疲劳不仅会使飞行员的体力和脑力下降，影响削弱机体功能，还会对记忆、反应速度、精神集中、信息处理和决策、情绪，以及团队合作、人际交流等产生负面影响，产生不安全行为，影响飞行安全6。 目前对飞行疲劳的测定与评价主要有主观评价与客观评价两种方式。主观评价的评价结果受主观因素影响较大，客观评价主要集中在执勤时间限制和休息时间管理两个方面，没有将飞行中的环境因素、生理及心理等方面的因素纳入评价范畴，不能够确切全面地反映飞行员的疲劳状况。层次分析法是一种和综合人们主观判断的客观方法，也是一种定性与定量分析相结合的系统分析方法。应用层次分析方法综合飞行疲劳的影响因素建立飞行疲劳风险评价体系，使得飞行疲劳评价更加具有科学性、层次性、可行性、动态性。 1层次分析法 飞行疲劳风险涉及不同的影响因素，各个因素对于疲劳的作用不尽相同。各因素权重确定，关系到最终评价的准确性。确定因素权重的众多方法中，层次分析法是一种较为成熟和有效的方法。 层次分析法（analytichierarchyprocess）是美国运筹学家T.L.Satty等人在20世纪70年代提出的一种系统分析方法7。该方法主要针对一些较为复杂、较为模糊的问题，合理地将定性与定量相结合，把人的思维过程层次化、数量化，特别适合那些难于定量分析的问题。自20世纪80年代以来，层次分析法以其系统性的分析方法、简洁实用的决策方法和所需定量数据较少的特点，在社会经济各领域得到广泛的应用，其基本思路是将复杂问题中的各种因素通过划分为相互联系的有序层次，使之条理化，将问题分解成不同的组成因素，按照因素间的相互影响和隶属关系将其层次聚类组合；然后对各层的因素进行对比分析，构造判断矩阵，利用数学方法计算反映每一层次元素的相对重要性次序的权值，通过所有层次之间的总排序计算所有元素的相对权重并进行排序。 2飞行疲劳风险评价模型 2.1指标体系的建立文献分析表明，飞行疲劳的主要影响因素包括睡眠不足与昼夜节律的改变、作业强度与持续时间、身体素质、环境状况、工具设备与人的匹配程度、心理负荷与营养状况等8。刘俊杰等9和类淑菊10分别在分析飞行疲劳致因因素的基础上，建立了飞行疲劳评价指标体系。对导致飞行疲劳个体因素（生理和心理）和环境因素，做了较为全面的分析。飞行疲劳是多种因素综合作用的结果，一些社会因素和组织因素也会影响飞行员的身心状态从而导致疲劳11。如欠科学的排班和预料之外的某些社会活动都会带来一定程度上的睡眠缺失；社会压力、不良的人际关系、家庭状况等也会影响个人的情绪和睡眠，导致疲劳积累。控制飞行疲劳风险是一项系统工程，必须基于综合视角建立飞行疲劳风险评价指标体系，以全面评估疲劳风险。 2.2建立层次结构模型通过全面分析疲劳致因因素和参考相关专家建议，按照飞行疲劳风险评价的目的，结合指标选取的科学系统、独立可行原则，依据层次分析法采用平行模块式的结构，拟从个人因素、社会因素和组织因素三方面综合评价飞行疲劳风险。飞行疲劳风险评价指标体系可以划分为目标层、准则层和指标层，目标层为飞行疲劳风险综合评价，准则层分别为社会因素、个人因素、组织因素，其中各准则层所包含指标为： 社会因素。包括管理的重视程度、法规及政策、社会竞争压力、人际关系及社会活动5个方面。个人因素。包括睡眠、昼夜节律、医疗因素（药物/酒精滥用等）、生理因素（健康状况等）、心理因素（自信心和应激管理能力等）、情感因素、年龄、饮食及协作能力9个方面。组织因素。包括疲劳的管理措施、飞行排班、工作区域环境、人力资源（飞行员数量和质量）、疲劳报告机制、企业安全文化、飞行疲劳的相关培训7个方面。 2.3构造判断矩阵层次分析法主要是人们对每一层次中各因素相对重要性给出判断，这些判断通过引入合适的标度用数据表现，写成矩阵就是判断矩阵。飞行疲劳风险评价中的不少指标难以直接量化，因此采用19标度法来构造两两判断矩阵12。 2.4计算各层次因素的相对权值 计算判断矩阵A每一行元素的乘积： 当CR=0时，A具有完全一致性。当CR0.10时，A具有满意一致性。当CR?叟0.10时，A具有非满意一致性，则应予以调整判断矩阵，使之具有满意一致性。 2.6层次总排序及一致性检验依次沿递阶层次结构由上而下逐层计算，可计算出最底层因素相对于最高层（总目标）的相对重要性或相对优劣的排序值，即层次总排序12。 当CR0.10时，认为层次总排序通过一致性检验。层次总排序具有满意的一致性，否则需要重新调整那些一致性比较高的判断矩阵的元素取值。 3飞行疲劳风险评价实例分析 根据已建立的飞行疲劳风险评价指标体系和1-9标度法制定调查问卷，根据对各层指标相对重要程度的认识对各层指标进行排序和评分。为保证指标体系权重的可靠性，对国航、东航、海航、川航、吉祥航空以及中国民航飞行学院各年龄段的20名飞行专家、飞行教员进行问卷调查。发放调查问卷20份，其中18份回复有效。对其统计分析，得到各层指标的判断矩阵。以U1-U1j判断矩阵为例进行权重求解，如表1。 计算过程通过MATLAB编程进行，得到各层判断矩阵的最大特征值、一致性指标CI和一致性比率CR。各层层次单排序的一致性比率CR均小于0.1，说明层次单排序的计算结果具有满意的一致性。 表2中的各指标权重与综合权重，层次总排序一致性比率CR=0.07950.1，说明总排序的计算结果具有满意的一致性。社会因素的权重是0.4000，个人因素的权重是0.2000，组织因素的权重是0.4000，说明对于飞行疲劳的控制不仅仅要关注飞行员个人因素，也应着重于从社会因素和组织因素两个层面入手，减少飞行员产生疲劳的可能性。从社会因素各指标权重可以看出，法规与政策、管理的重视程度起主要作用；从个人因素各指标权重可以看出，睡眠、昼夜节律、心理因素和协作因素影响更大；组织因素各指标权重而言，飞行排班、人力资源（飞行员数量和质量）和疲劳的管理措施起主要作用。评价指标总排序表明，法规及政策、管理的重视程度和飞行排班排列前三，是应考虑的主要因素。 4结论 运用AHP方法对飞行疲劳风险进行评估，确立影响因素和评估指标，所建立的飞行疲劳风险评价体系包括社会因素、个人因素和组织因素3个二级指标及相关的21个三级指标，并建立判断矩阵，得出各因素的权重。所有的数据可以应用MATLAB软件来编程处理。基于综合视角建立的飞行疲劳风险评价指标体系，能够更加全面地反映实际情况，具有较强的可操作性和实用性，可以为飞行疲劳风险量化奠定基础。 参考文献： 1LymanEG,OrladyHW.FatigueandassociatedperformancedecrementsinairtransportoperationM.MoffettFieldCA:NASA-AmesResearchCenter,1980:166-167. 2Signal,Leigh;Ratieta,Denise;Gander,Phillippa.FatiguemanagementintheNewZealandAviationIndustryR.Canberra:AustralianTransportSafetyBureau,xx. 3FederalAviationAdministration.RegulatoryimpactanalysisR.Washington:U.S.Departmentoftransportation,xx. 4EuropeanCockpitAssociation.PilotfatiguecankillEB/OL.eurocockpit.be. 5LoewenthalK.M.,EysenckM.,HarrisD.etal.Stress,distressandairtrafficincidents:jobdysfunctionanddistressinairlinepilotsinrelationtocontextually-assessedstressJ.StressMedicine,2000,16(3):179-183. 6FederalAviationAdministration.FatigueinaviationEB/OL.faa/search. 7LIUXin-bao(刘心报),YANGShan-lin(杨善林).Decisionanalysisanddecisionsupportsystem(决策分析与决策支持系统)M.Beijing:TsinghuaUniversityPublishingHouse,xx. 8CaldwellJA,MallisMM,CaldwellJL,etal.FatiguecountermeasuresinaviationJ.Aviation,Space,andEnvironmentalMedicine,xx,80(1):29-59. 9CaldwellJA,MallisMM,CaldwellJL,etal.FatiguecountermeasuresinaviationJ.Aviation,Space,andEnvironmentalMedicine,xx,80(1):29-59. 10LEIShu-ju（类淑菊）,SUNJia（孙佳）,LITong（李彤）.OnfuzzyprehensiveevaluationontheflightfatigueriskbasedonG1methodJ.JournalofSafetyandEnvironment（安全与环境学报）,xx,8(4):244-2