管制系统运行风险控制决策方法研究

张 翔，刘 兵，卢 飞

（1.中国民航大学国家空管运行安全技术重点实验室，天津 300300；2.天津航空有限责任公司，天津 300300）

管制系统运行风险控制决策方法研究

张 翔1，刘 兵2，卢 飞1

（1.中国民航大学国家空管运行安全技术重点实验室，天津 300300；2.天津航空有限责任公司，天津 300300）

首先,根据过程方法分析出管制系统运行中的风险过程,并从“人”、“机”、“环境”和“管理”4个角度得出相应的控制策略。其次,建立资源优化配置模型,在资源投入有限和确保所有风险过程安全的约束条件下,得到最优的风险控制决策方案,合理地分配资源,从而能达到整体最好的风险控制效果;最后,通过仿真验证模型的合理性。算例表明,该模型是合理可行的。

管制系统运行;风险控制;优化配置模型;控制策略

近年来，随着中国经济的高速发展，空中交通流量急剧增加，与此同时，管制系统保障空中交通安全的负担也迅速增大[1]。风险控制是进行风险管理的重要步骤，通过建立高效的风险控制决策方案，可以很好地将管制系统的风险程度控制在一个可接受的水平，这对降低民航事故率，保证民航的安全运行具有重要的意义。

风险控制是建立在风险识别和风险评估基础之上的，三者共同构成了完整的风险管理系统。目前，国内外多个领域大力推广风险管理系统，认为对系统中的风险进行一定程度风险控制是有必要的，同时也对风险控制进行了一定的研究。美国882军用标准系列有关内容强调：系统安全工作应该在综合考虑有关性能、费用、日程的限定前提下将有关事故风险控制到可以接受的水平[2-3]。文献[4-7]分别从环境、转基因植物、食品安全、船队运行等领域介绍了风险控制的应用情况，说明了采取风险控制的必要性。文献[8]系统地对风险控制与风险管理的关系进行了分析，从理论的角度说明了风险控制的重要性。文献[9]根据管制系统中出现的不同等级的不安全事件提出相应的风险控制措施。文献[10]则基于空管风险管理耦合过程的分析，首次提出了网格化、错峰法和防脆型3种风险管理策略。

以上风险控制策略大都是相关人员基于从业经验提出的，策略的提出过程不具有系统性、完备性，这会影响风险控制的效果；在风险控制策略的具体实施过程中，缺乏对风险控制策略的统筹优化，不利于资源在风险控制策略实施过程中的合理分配，一定程度上造成了资源的浪费。针对管制系统运行具有危险环节多、安全性要求高的特点，从过程的角度出发，逐步分析管制系统运行的过程，提取其中的风险过程，并从“人”、“机”、“环境”和“管理”4个角度归纳出更具针对性的风险控制策略。从整体的角度出发，建立资源优化配置模型，统筹规划各个风险过程和风险控制策略，合理地分配资源，达到最好的控制效果。

1 管制系统风险控制原则和分类

在管制系统运行中，风险控制是一项长期的综合性工作，也是一项庞大的系统工程。结合管制系统运行的特点，对其进行风险控制应遵循“合理可行、过程、最优”的原则。根据时间顺序[11]将风险控制分为事前、事中和事后风险控制。

1.1 风险控制原则

风险控制原则包括：合理可行原则、过程原则和最优原则。合理可行原则，即有法律和理论根据，尊重科学原理、规章制度、行业规程等，并具有较强的可操作性，为多数人所接受和认同。过程原则，即因为飞行过程中任何一个小细节的过失都会造成极其严重的后果，所以在管制系统的风险控制过程中，不仅要满足系统整体的安全要求，还要满足系统运行中各个风险过程的安全要求。最优原则，即针对具体的情况，采取最合适的控制措施决策方案，既节省了控制资金投入，还达到了最佳的控制效果。

1.2 风险控制分类

按照风险发生的时间顺序，一般可将控制方法分为以下3种。

1）事前风险控制 在风险发生之前对单位内部各个风险过程进行详尽分析，综合评估各个风险过程，当发现管制系统整体或个别风险过程风险性较高时，提前采取预防性措施，保证管制系统安全顺利运行。

2）事中风险控制 在管制系统运行过程中，通过检查发现某个风险过程发生了风险，管制系统根据既定标准对风险进行判断，根据判断结果采取相应的措施，快速反应，并对管制系统的运行过程进行改善。

3）事后风险控制 在运行风险发生之后，通过实际与计划运行结果的区别，查找风险产生的原因环节，总结经验教训，采取相关措施对发生的错误进行弥补。事后风险控制需要完成两项任务：①尽可能地减少风险损失；②调整管制运行过程，减少风险再次发生的可能性。

管制系统运行过程要求具有极高安全性，因为任何一点的错误都可能造成机毁人亡的结果，带来不可估量的损失，所以管制系统运行的风险控制应采取事前风险控制策略，始终将管制系统运行的风险程度控制在一个可以接受的水平。

2 管制系统运行的风险过程及控制策略

管制系统主要是通过调节航空器之间的安全间隔，保障航班能够安全、流畅的运行。根据管制系统运行流程，将管制系统分为3部分，即塔台管制、进近管制和区域管制。塔台管制主要负责为起飞或着陆阶段的飞机提供管制服务；进近管制主要负责为爬升或进近阶段的飞机提供管制服务；区域管制则负责为巡航阶段的飞机提供管制服务。

系统地识别和管理组织所应用的过程，特别是这些过程间的相互作用，称之为过程方法[12]。将过程方法应用于管制系统运行中，可保证系统中风险分析的全面性，有助于对管制系统的风险进行控制。即将管制系统运行中的相关单位和活动环节视为过程，认为管制系统的运行是由一系列这样的过程构成的，其中可能产生风险的过程称之为风险过程。具体分析管制系统每部分的运行过程，则可以得到管制运行中主要的风险过程，如图1所示。

图1 风险过程图Fig.1 Risk process diagram

分析各个风险过程产生风险的原因，并提出具有针对性的风险控制策略，如及时调配管制员的在岗工作时间，实施双岗工作制，提高管制员业务技能和安全意识，培养管制员良好的工作习惯，强化班组资源管理，提升军民航协调能力，完善规章程序，关键管制设备备份，提升设备技术含量，提升管理者水平等。

由于上述具体的风险控制策略之间一定程度上存在重复性，如双岗制工作制和班组资源管理，不利于资源的优化配置。从“人”、“机”、“环境”“管理”4个角度系统地总结归纳上述具体的风险控制策略，并提出以下5点风险控制策略：提高领导组织和决策能力、加强员工的综合素质、更新、改良或备份相关设备、完善监视和监督措施、建立合理的管理制度。

3 管制系统运行中资源优化配置模型

管制系统中各个风险过程的风险影响水平不同，降低各个风险过程的单位成本也不同，因此如何将有限资源投入风险控制，达到最大程度上降低风险的目的是一个优化决策问题。有必要建立数学模型权衡各种矛盾，求出最优风险控制决策方案。

3.1 模型的建立

模型规划的目标是整体风险降低值最大，约束条件是风险控制的费用小于等于投入费用，各个风险过程风险值控制在风险最低值与风险最高值之间，模型的决策变量为危险环节风险值的降低值。管制系统运行中资源优化配置模型为

其中：H为系统风险值的降低值；R为投入的风险控制总资源；ei为降低风险过程i风险的单位成本；wi为风险过程i的风险权重；Δpi为风险过程i风险值的降低值；pi1为风险过程i可以达到的风险最低值；pi2为可以接受风险过程i的风险最高值。

充分分析各个风险过程可能引发风险的原因，进而确定每个风险过程与风险控制策略的关联度，进一步得到风险控制资源在具体实施策略中的分配

其中：Mk为各个控制策略所分配的资源；cki为控制策略k与风险过程的关联度；ri为每个风险过程的资源分配情况。

3.2 模型的求解步骤

数学中常用图解法和单纯形法来求解满足约束条件的目标函数的最优解，但是图解法只适用于2个变量的目标函数，单纯形法则由于计算量相当大，步骤繁琐，不宜采用。在Excel中建立电子表格模型，并利用其提供的“规划求解”工具，能轻松快捷地解决该问题。其求解步骤[13]如下：

1）在工具菜单中选择“规划求解”，将目标函数值键入目标单元格，把决策变量输入可变单元格里，同时选中“最大值”；

2）点击对话框中的“添加”按钮（Add），弹出添加约束对话框，输入约束条件，将约束条件具体化，点击“确定”按钮回到“规划求解”对话框；

3）点击“选项”按钮，在新弹出的对话框中，选中“采用线性模型”和“假定非负”选项，这就告诉了计算机要求解的问题是一个线性规划问题以及非负约束，点击“确定”再回到“规划求解”对话框；

4）点击“求解”按钮，对所输入的线性规划问题进行求解；

5）通过风险过程与控制措施的关联度矩阵，求得其控制措施决策方案。

4 算例分析

下面以塔台管制运行为例来说明模型的有效性和可行性。某塔台管制单位计划投入12万元资金对管制系统运行进行事前风险控制，以使整体的风险值保持在一个合理的水平。该管制单位根据通过对既往风险控制所获得的数据进行统计，得到各个风险过程的单位成本e、风险权重w、可以接受的风险最高值pi1和可以降低达到的风险最低值pi2，如表1所示。

风险控制小组通过对管制系统各个风险过程的调研，具体分析每个风险过程可能会产生风险的原因，确定了风险环节与控制策略的关联度，如表2所示。

利用建立资源优化配置模型，在Excel表中输入相应的目标函数和约束条件，通过规划求解工具进行数据处理后，可得到各个风险过程所应降低的风险值及资源分布，从而得到最终的风险控制决策方案，如表3所示。

表1 初始值表Tab.1 Initial values

表2 风险过程与控制策略关联度表Tab.2 Relational degree of risk process and control strategy

表3 资源配置结果Tab.3 Results of resourcs allocation

表3显示，风险值降低了7.64，风险值的降低率为17.72%，所以优化配置方案有利于管制运行风险的降低。对风险控制决策方案进行分析，发现“提高领导组织和决策能力”和“加强员工的综合素质”所投入的资源超过了总资源的50%，这比较符合实际运行情况：随着技术的不断进步，管制设备和管制措施的可靠性大大增加，管制系统运行的风险主要来源于人为因素，所以重点加强管制员工的综合素质，注重相关领导的组织和决策能力，可以有效降低管制系统的风险。

5 结语

利用过程方法分析管制系统运行中可能存在的风险过程，可以减少风险的遗漏现象，使分析出的风险过程更具有完整性，在此基础上提出的风险策略才更全面，更具针对性更有效。建立合理的规划模型，可以统筹各个风险过程，优化配置风险控制资源，从而在受投入资源约束的情况下，能够达到最好的风险控制效果。

[1]施和平.空中交通管理新论[M].厦门：厦门大学出版社，2001：6-9.

[2]MIL-STD-882D，US Department of Defense，Standard Practice for System Safety[S].2000.

[3]MIL-STD-882E，US Department of Defense，Standard Practice for System Safety[S].2005.

[4]赵 涛，李 英.多目标整数规划在环境风险控制模型中的应用[J].科学技术与工程，2011，11（34）：8649-8652.

[5]刘经纬，倪宏伟，李长松.我国转基因植物风险控制与安全管理研究[J].中国林业经济，2006，79（7）：28-30.

[6]武 力.基于供应链的食品安全风险控制模式研究[J].食品与发酵工业，2010，36（8）：132-135.

[7]吕 靖，吕 梁，吴海波.船队运营模式的风险控制模型[J].大连海事大学学报，2011，37（1）：68-70.

[8]张兆宁，冯守乐，王莉莉.民航安全管理与风险管理的关系[J].中国民用航空，2011，124（4）：61-63.

[9]张晓全，于 露，曹 钧.基于不安全事件等级的空管风险管理研究[J].中国民航大学学报，2012，30（2）：40-42.

[10]刘堂卿.空中交通管制安全风险耦合机理研究[D].武汉：武汉理工大学，2011.

[11]李潮欣.企业风险控制的原理分析[J].湖北民族学院学报，2004，22（5）：50-52.

[12]柴邦衡.ISO 9000质量管理体系[M].北京：机械工业出版社，2002.

[13]刘桂莲.如何在Excel中建立并求解线性规划模型[J].承德民族职业技术学院学报，2005（2）：76-79.

（责任编辑：黄 月）

Research on risk control decision in ATC system operation

ZHANG xiang1，LIU Bing2，LU Fei1
（1.Air Traffic Operation Planning and Safety Technology Key Lab of Tianjin，CAUC，Tianjin 300300，China；2.Tianjin Airlines Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

First of all，according to the process methods，all the risk processes in ATC operation can be found，and control measures can be drawn from“people”，“machine”，“environment”and“management”.Secondly，resources can be distributed reasonably by a linear programming model，so implementation plan of control measures can be got.As a result，under constraint conditions of limited resources inputting，it can achieve the overall best risk control effect.Examples show that the model is reasonable and feasible.

ATC system operation；risk control；linear programming model；control measures

V355.1;V328

:A

:1674-5590(2015)02-0007-04

2014-03-12；

:2014-06-30

:国家自然基金项目（71171190）

张 翔（1978—），男，江苏大丰，实验师，工学硕士，研究方向为空中交通运输规划与管理.