无人机运行安全风险关键影响因素研究

朱明波

摘要：近年来，无人机行业蓬勃发展，但由于影响无人机运行安全的关键风险因素不明确，风险产生的作用机理不清晰，以致无人机违规飞行造成的安全事故频发。本文以文献研究和专家访谈为基础，基于SHEL模型识别出影响无人机运行安全的关键风险因素，并分析了各风险因素间的相互作用关系，提出了风险管控的对策建议，以期降低无人机运营企业的飞行事故发生率，提升无人机运营企业的安全管理水平。

关键词：无人机;运行安全;影响因素;改进DEMATEL方法

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2022.14.090

0引言

近年来，全球无人机数量不断增长，应用领域越来越广泛，随着城市范围内无人机数量的增加，由无人机运行导致的不安全事件也频频出现，城市无人机的安全管理问题日益突出。2018年9月，一架悬停的无人机撞上了一位骑着电瓶车的路人，致使路人重伤二级，被紧急送往医院后进行了开颅手术。2021年上海进博会期间明令禁飞，一男子违规使用无人机开展航拍作业，因操作失误导致一人受伤。如何确保无人机科学管控、合理运行、规避安全隐患，使各类民用无人机实现高效有序飞行成了行业关注的焦点。因此研究无人机的运行安全风险关键影响因素十分必要，可为无人机的安全管理提供指导，进而保障城镇居民的生命和财产安全，让无人机企业持续为社会提供安全优质的无人机服务。

1无人机运行安全风险影响因素体系构建

“人、机、环、管”是指安全综合管理的四要素（如图1所示），是从工业制造企业管理中的“人机料法环”中演变而来的理论。

本文通过对文献整理及专家访谈筛选，基于SHEL模型，将无人机运行安全风险划分为“人—机—环—管”4个方面，最终识别出的无人机运行阶段中可能涉及的安全风险影响因素共17种，见表1。

2基于差异评价标度DEMATEL法的影响因素分析

2.1研究方法的选择

决策试验与评价实验室法DEMATEL（Decision Making Trial and Evaluation Laboratory）是一种用来筛选复杂系统主要要素，简化系统结构分析的过程而提出的方法论。在经典DEMATEL方法的打分环节中，所有专家使用的是相同粒度的评语集，这忽略了一个事实：不同专家对同一问题的判断存在心理认知差异，这将会影响初始化矩阵的精确度，并最终导致筛选出的关键影响因素可信度低。

考虑到各个专家不同的知识结构，本文使用DEMATEL方法时给出了不同的评价标度供专家自由选择，同时引入了不同评价标度的转换函数，以此将群决策信息进行集结。

2.2差异评价标度DEMATEL法数据处理过程

2.2.1数据来源

本文通过问卷调查的方式获取了10份专家打分问卷。样本包括无人机企业安全管理人员、无人机研发人员、空管部门监管人员、无人机资深飞手等，专家组成员的工作年限都在7年以上，以保证数据的有效性和准确性。各专家根据个人偏好分别选择了不同的DEMATEL评价标度，其中决策者P1、P2、P3、P4、P5选择{0，1，2，3}标度，决策者P6、P7、P8选择{0，1，2，3，4}标度，决策者P9、P10选择{0，1，2，3，4，5，6}标度，最终收回 10份有效评分表。

2.2.2群体DEMATEL初始化矩阵的集结

对10位专家给出的DEMATEL初始化矩阵进行一致化处理，给出任意两个不同评价标度下评分值的转换函数：

STN1={0TN1，1TN1，2TN1，…，NTN11}

STN2={0TN2，1TN2，2TN2，…，NTN22}（1）

m1=m2（TN1-1）/（TN21）

式中N1、N2为正整数，TN1、TN2为评价标度的个数（粒度），即TN1=N1+1， TN2=N2+1，m1為评价标度{0，1，2，…，N1}下的评分值，m2为评价标度{0，1，2，…，N2}下的评分值;通过式（1）可实现不同评价标度评分的转换。以决策者P1为例，将初始化矩阵X1转化为粒度为7的矩阵X1′。

X1=00…223……2……0……221…00

→

X1′=00…446……4……0……442…00

对所有的初始化矩阵进行评分标度转换后，得到了DEMATEL初始化矩阵，对群体DEMATEL初始化矩阵中的每个元素值取众数得到指标间直接影响矩阵X=aijn×n。

2.2.3矩阵标准化处理

（1） 计算标准化影响矩阵B。

B=Xmax∑nj=1aij  1≤i≤n（2）

（2）计算综合影响矩阵T，其中，E为单位矩阵。

T=B（E-B）-1（3）

（3）计算出各因素的影响度、被影响度以及中心度与原因度。

3关键因素识别结果

关键影响因素的识别以各个因素的中心度为主。在17个影响因素中，中心度排名前十位的因素见表2。

依据表2可知，无人机运行安全风险的关键影响因素为地面站运保能力、飞行小组沟通失误率、无人机姿态异常比率、应急操作失误率、飞行小组应急处置能力、检修工作失误率、应急预案完善度。

因此，为了提升无人机的运行安全，可以从这几个关键影响因素入手。

4结论与建议

本文以SHEL理论为基础，从人员因素、设备因素、环境因素、管理因素4方面构建无人机运行安全风险的影响因素体系，并使用差异评价标度DEMATEL方法厘清了各因素之间的作用关系，识别出无人机运行安全风险的关键影响因素为地面站运保能力、飞行小组沟通失误率、无人机姿态异常比率、应急操作失误率、飞行小组应急处置能力、检修工作失误率、应急预案完善度。

针对无人机的运行安全风险控制应做到风险的实时评价，根据评价结果做出飞行或者禁止飞行的决定，具体来说，每次进行飞行作业前，对关键风险因素进行风险评价，如果处于高风险状态，应采取相应的风险控制措施来降低风险，在实施风险控制措施后重新进行风险评价，直至评价结果满足安全要求后再进行飞行作业，在此提出以下几点风险控制措施。

4.1加强考核

从人员因素来看，加强飞行小组的绩效考核十分必要，应注重对工作失误的记录，如将无人机检修的失误次数、违反安全规章制度频率等指标纳入绩效考核之中，从而有效降低检修工作失误率。

同时应对员工进行定期的技能考核，尤其是飞行小组人员的技能考核，除去常规项目的测试以外，尤其要侧重对应急处置能力的考核，无人机运营企业应对各种可能发生的险情进行模拟，举办定期的应急操作演练。对于身处重要岗位的人员（如无人机操作人员等）如果考核不合格，可以考虑先调整岗位或者进行培训。

4.2定期举办应急操作演练

应对各种可能出现的特情进行情景模拟，举办定期的应急操作演练。国内目前试点运行的无人机基本实现了飞行全过程的自动化，许多飞手、调度人员的特情处置能力在悄然下降，而定期开展多样化情景的应急演练，可以提高飞行小组的指挥决策和协同配合能力。

4.3及时进行设备检修

从设备因素来看，除去每次起降前后对无人机进行检修外，还应定期对地面站、操作台、基站等无人机安全运行链条上的每个设备进行全面检查;对于每次由机械设备原因导致的运行事故，都要追根溯源，排查故障点，及时解决问题并总结经验。

4.4规范划设航线

在航线规划时应尽量选择电磁环境较单一区域，避免选择复杂的电磁环境，如大功率发射塔、钢筋、磁性矿物等，同时通过RTK或双GPS等方案提升航向观测量，以对抗不可预知的随机干扰。

4.5強化应急预案编制

当前的城市环境低空物流无人机运行应急预案仍存在一些问题，如风险分析、能力评估不全面。企业安全管理人员应重视对应急预案的编制及定期的演练，总结推广好经验，及时整改存在的问题。

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