基于动态权重和双枝模糊的航空四站保障安全评价

胡宗顺，黄之杰，刘慎洋

(空军勤务学院 航空四站系，江苏 徐州 221000)

● 基础科学与技术BasicScience&Technology

基于动态权重和双枝模糊的航空四站保障安全评价

胡宗顺，黄之杰，刘慎洋

(空军勤务学院 航空四站系，江苏 徐州 221000)

为深入研究航空四站保障安全评价方法，在建立航空四站保障安全评价指标体系和确定指标分值的基础上，根据指标具有的动态特性和模糊性，分别引入自然权重法和变权理论，对指标权重进行计算调整，有效解决部分权值较低因素被其他因素中和而降低系统危险性的问题。然后利用可拓理论对关联性进行规整，并根据双枝模糊模型确定正负指标域对安全等级的优属度矩阵，优化和显示某些因素在评价体系中的重要性。某机场四站保障的实例验证表明，该评价结果合理准确。

航空四站保障；自然权重；变权；双枝模糊；安全评价

现代空中作战样式的更新和高技术武器装备的广泛运用，对航空四站保障的依赖性越来越大。现役飞机的作战、飞行训练和日常的机务维修，需要地面大量的基础性保障工作，包括实施气、液、电和肼燃料等的航空四站保障[1]。

目前，航空四站保障安全评价研究多处于定性分析阶段，部分学者提出了模糊层次分析、BP神经网络等评价模型[2-3]，但这些方法主观性强、缺乏针对性，评价结果不理想。为此，本文在根据航空四站实际情况建立评价指标体系和安全评价等级的基础上，引入基于风险概率的自然权重法。同时，对于人员、环境、管理等模糊性较大及动态拟合性较差的因素，引入变权理论，对指标常权进行适当调整。最后利用可拓理论和双枝模糊模型构造优属度矩阵，计算系统综合联系数，得出定量评判等级。

1 综合权重

目前，航空四站安全评价指标的权重多是由层次分析法和熵权法确定的常权，具有主观随意性和局限性，难以满足四站保障系统安全状态的动态性和变化性需求[4-5]。

1.1 自然权重法

自然权重理论最早应用于煤矿安全评价中，本文采用直接法确定权重。引入正半升正态分布函数与正半降正态分布函数[5-6]：

(1)

装备等因素具有极强的动态性和可测性，可依据自然权重原理建立模糊分布函数求取动态权值。

1.2 变权原理

变权理论由李洪兴提出，后续研究中提出了局部变权的公理化定义，并建立了基于均衡度的综合模型[7]。刘文奇[8]给出了更明确实用的变权函数：

对于人员、环境、管理等因素，具有模糊性且难以用相关数据拟合求解指标权重。将变权理论引入四站保障的安全评价中，对层次分析法求解指标常权进行调整优化，能有效平衡各指标安全等级状态，解决因评价指标过多或部分指标权重过小而影响系统评价数据，导致评价结果失真的现象[9]。

2 安全评价指标体系构建

2.1 安全等级划分

为提高安全状况优劣的识别程度，将安全等级论域划分为5级(见表1)。其中定义“正”域为“优、良、中”3个等级，“负”域为“较差、极差”两个等级。

表1 安全等级划分

2.2 指标体系构建

根据四站保障特点，从“人、机、环、管”4个方面建立评价指标体系。本文通过汇总分析相关资料和专家咨询，依据科学性、全面性、可行性、可比性和针对性原则，初步构建了航空四站保障安全评价指标体系。然后将该指标体系交由航空四站保障人员，在四站保障实际中进行对照判断，对不符合实际的指标进行修改，最终确定航空四站保障安全评价指标体系见表2。

表2 航空四站保障安全评价指标体系及权重

表2(续)

3 基于双枝模糊和联系度的航空四站保障安全评价模型

将模糊数学和可拓理论的基本思想引入安全评价中，建立基于双枝模糊联系度的安全评价模型[10]。

3.1 基于双枝模糊理论的联系度分析

定义1[11]v为实域上一点，A=[α，β]为实域上任一区间，称η=|v-(α+β)/2|-(β-α)/2为点v和区间A之间距离。d(v,A,B)=η(v,A)-η(v,B)，定义为点v与实域A和B组成区间的位置关系。建立初等函数ξ=d(v,A,B)/η(v,A)，计算点与区间关联系数。

定义2[12]设X为论域，X+、X-分别为X的上域和下域。

定义3[12]给定映射S：X∈[-1，1]，x∈S(x)，S(x)确定一个X上的双枝模糊集S，S(x)为x关于S的模糊接吻函数，对于给定的x1∈X，S(x1)称作x1关于S的模糊接吻度。

基本步骤[13]：

(1)建立一级指标所属二级指标评价因素集Mi={Mi1，Mi2，…，Mik}。

(2)建立可拓关联系数。定义关联系数：

ηij=|vij-(αi+βi)/2|-(βi-αi)/2

(4)对评判集进行域的分类。定义评判集：U={U1，U2，U3，U4，U5}= {优，良，中，较差，极差}。其中：“正”域U+={U1，U2，U3}；“负”域U-={U4，U5}。

3.2 评价模型构建

评价集中“优、良、中”对应的联系度为(a，b，c)=ω+·R+；“较差、极差”对应的联系度为(d，e)=ω-·R-。该指标对应安全等级联系度向量为Uk=(a，b，c，d，e)。

(1)一级评价。一级指标的权重向量ω=(ωk)与指标对应安全等级联系度矩阵Uj相乘确定评价系统对安全等级联系度向量为

φ(Nj)=ωk·Uj=

(2)二级评价。专家权重向量ω=(ωN)与专家对系统安全等级联系度向量相乘确定系统评价安全等级联系度向量φ为

(3)确定安全等级。安全水平定量评判。根据系统安全联系度向量φ，由特征公式φsum=(5，4，3，2，1)·φT对系统安全水平进行定量评判，划分系统安全评价等级。

4 实例应用

利用本文建立的四站保障指标体系和评价方法，选取某机场进行实例验证。

4.1 评价指标原始数据获取

在确定自然权重方面，对近10年器材损耗和装备型号等信息进行汇总；在评分方面，邀请装备部门的专家、航空四站装备修理厂成员共5人组成评价小组，对航空四站保障安全评价指标赋予分值，取5位专家权重ωN=(0.25，0.2，0.2，0.2，0.15)。评价以问卷形式开展，按照百分制进行，分值越低说明该指标在保障中存在的风险因素越大。专家评分结果见表2。

4.2 评价指标权重确定

(1)自然权重。以指标“蓄电池性能达标率”为例确定自然权重，划分等级见表3。

表3 蓄电池性能分类

当额定容量为182 Ah时，蓄电池性能较高，安全性能较好，对应自然权值等于0.9；额定容量小于173 Ah时，蓄电池性能较差，存在安全隐患，易出现保障安全事故，其自然权值小于0.1；额定容量等于178 Ah时，蓄电池性能一般，对应自然权值取0.5。

带入正半升正太分布函数式(1)，求得：

(2)

将该机场调研得蓄电池性能C=172代入式(2)，求得μA(C)=0.070。其他因素可依此求取，并进行归一化处理，结果见表2。

(2)变权求解。根据层次分析法，确定人员、管理、环境因素对应二级指标常权(见表2)。

以指标“业务能力素质”为例，其常权为0.227，同一系统内其他指标的常权及评分也已给出，其变权为

其他指标的权重同样求取，变权结果见表2。

4.3 测评过程

以装备因素指标为例，计算得装备因素联系度向量φ2=(0.11，0.40，0.47，-0.17，-0.04)。进而可得其他一级指标联系度向量：

φ1=(0.02，0.13，0.19，-0.13，-0.53)，

φ3=(0，0.16，0.31，-0.20，-0.14)，

φ4=(0.17，0.36，0.22，-0.12，-0.23)，

φ5=(0.06，0.08，0.03，-0.35，-0.41)。

结合专家权重，计算得到该机场四站保障安全状况总体评价联系数为φ=(0.16，0.29，0.32，-0.12，-0.17)。

最后计算基本特征值：φsum=2．52，安全等级为2级，偏向3级。多种评价方法对该机场四站保障安全评价结果见表4。

表4 多种评价方法的评价结果

(1)由方法1、2对比看出，使用常权确定的机场安全等级为3，与实际状况差距较大，即掩盖了评价对象部分指标恶化的现象。

(2)由方法1、3对比，Fuzzy评价模型较难处理等级交叉问题，易造成极值掩盖；双枝评价模型能将处于相邻等级间的分值进行区分，能根据总体的安全状态找到底层的“问题”指标，由此确定针对性的整改措施，提升评价效果。

同时，该机场四站保障安全工作有待完善，应根据评价结果进行针对性改进。

5 结 语

本文根据机场实际情况构建的指标体系能很好反映四站保障安全状况，完善了四站保障安全评价工作。综合权重确定方法能将航空四站保障危险源的危险程度量化为权重值，提高了信息利用率。并动态地对部分指标进行“奖励”和“处罚”，充分反映各指标在评价系统中的作用，具有物理意义明确、针对性强等特点。同时，基于双枝模糊的联系度评价法，合理地划分了论域，突出“负指标”对航空四站保障安全等级联系度的影响，使评价更符合人的逻辑思维，为航空四站保障安全评价提供了新途径。

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SafetyEvaluationofAviationFourStationsSupportBasedonDynamicWeightandBoth-branchFuzzySet

HU Zongshun, HUANG Zhijie, LIU Shenyang

(Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

In order to study the safety evaluation method of aviation four stations support, after establishing safety evaluation index system of aviation four stations support and determining the index score, the paper firstly introduces natural weight and variable weight theory to calculate and adjust the index weight according to the dynamic and fuzzy nature of the index, which can solve the problem of reducing system risk because of lower weight factors be neutralized by other factors. Then, it regulates the relevance with extension theory, and determines subordinate degree matrix of positive and negative index fields to safety level based on both-branch fuzzy model, which can optimize and reveal the importance of some factors in the evaluation system. The example of some airport four stations support proves that the evaluation result is reasonable and accurate.

aviation four stations support; natural weight; variable weight; both-branch fuzzy; safety evaluation

2017-05-05；

2017-06-02.

空军装备部项目(KJ2016A1082).

胡宗顺(1992—)，男，硕士研究生；

黄之杰(1978—)，男，博士，副教授，硕士研究生导师.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.12.018

X928

A

1674-2192(2017)12- 0080- 05

(编辑：史海英)