一种针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法

1.本发明涉及冲偏出跑道事件的风险评价技术领域，特别是涉及一种针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法。


背景技术：

2.国际航空界认为“黑色8分钟”——即起飞3分钟和进近着陆5分钟是飞行过程中风险最大的时间区域。2020年10月16日，深圳航空公司执行西安至攀枝花zh9247航班时，飞机在着陆过程中发生跑道外接地，刮碰个别跑道灯光，机腹部位出现两处损伤，飞机轮胎受损，机场跑道进近灯与导航监控天线被飞机撞毁、折断。攀枝花机场属高原机场，虽然高度不到2000米，但起降难度系数高、天气状况不稳定，极易发生冲偏出跑道等超限事件。2020年8月7日，一架印度航空快线波音737-800客机(注册号vt-axh)在印度卡利卡特机场(vocl)10号跑道着陆时冲出跑道末端，越过跑道末端安全区后坠入峡谷。飞机断成两节失去维修价值，机上190人中21人不幸遇难(含2名机组和19名乘客)。卡利卡特机场在改建为国际机场时，由于预算问题唯一的一条台地型跑道(10/28号跑道)长度仅仅从6000英尺延长至9000英尺(约为2743米)，按照国际民航组织的标准，属于安全余裕不足的机场。根据印度民航局2011年的安全排名，卡利卡特国际机场是印度起降风险最大和最不安全的机场之一。
3.高原机场以及短跑道等情况均属于特殊机场，特殊机场是指是指机场区域飞行环境复杂、机场保障条件不足，为保证飞行安全，需要采取特别应对措施的机场，通常包括高高原机场、高原机场、山区机场、中小机场或气象条件复杂多变等类型。因此针对特殊机场研究飞机冲偏出跑道事件的致因机理，对其进行风险评估并提出对应的风险防控与应急管理策略，可有效降低事故的发生风险。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，针对特殊机场的冲偏出跑道事件进行综合研究，进行风险耦合评估以及预测预警，能够降低冲偏出跑道事件概率，减轻事故后果影响，提高飞机运行安全。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，包括：
7.对特殊机场冲偏出跑道事件进行危险源辨识，建立风险评价指标体系；
8.分析所述特殊机场冲偏出跑道事件的致因因子，联合所述风险评价指标体系，建立风险耦合复杂网络分析模型；
9.根据所述风险耦合复杂网络分析模型构建预测预警体系，基于所述预测预警体系完成所述特殊机场冲偏出跑道事件的预测预警。
10.进一步地，所述特殊机场包括：高原机场、山区机场、极寒机场、中小机场。
11.进一步地，对所述特殊机场冲偏出跑道事件进行危险源辨识，建立所述风险评价
指标体系包括：
12.通过分析所述特殊机场的气象、地形、规模的特殊性，分析飞机接地过程中的影响因素，确定导致冲偏出跑道事件的危险源，基于所述危险源建立所述冲偏出跑道事件的风险评价指标体系。
13.进一步地，所述危险源包括：人为因素、机场因素、环境因素、管理因素和航空器因素。
14.进一步地，建立所述风险耦合复杂网络分析模型包括：
15.针对所述特殊机场冲偏出跑道事件的致因因子之间的耦合性和不确定性，分析所述致因因子之间的关联度，采用多因素风险耦合机理，基于所述风险评价指标体系建立所述特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合复杂网络分析模型。
16.进一步地，所述特殊机场冲偏出跑道事件的致因因子包括：组织影响、不安全的监督、不安全行为的前提条件、不安全行为。
17.进一步地，根据所述风险耦合复杂网络分析模型构建预测预警体系包括：
18.获取飞行历史数据，将所述飞行历史数据代入所述风险耦合复杂网络分析模型中，开展多因素风险耦合分析，并制定应急响应机制，构建所述特殊机场冲偏出跑道事件的预测预警体系。
19.进一步地，所述飞行历史数据包括：飞行操作特征、飞机性能参数、环境参数和机场参数。
20.进一步地，制定所述应急响应机制包括：
21.对所述飞行历史数据进行动态风险分析，结合机场管控、航空公司政策、适航审定部门监督和飞行人员培训四个方面采取风险防控及应急响应措施，制定所述应急响应机制。
22.本发明的有益效果为：
23.本发明针对民航冲偏出跑道事件的风险耦合评估进行建模，基于飞行参数以及飞行员操作特征，分析其着陆滑行时的受力状态和运行趋势，系统地采取风险防控及应急响应措施，建立完善的预测预警体系，促进安全运行以及效益提高，对于降低冲偏出跑道事件概率，减轻事故后果影响，以及提高飞机运行安全具有重要意义。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例的一种针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法流程结构图；
26.图2为本发明实施例的一种针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法数据流程图；
27.图3为本发明实施例的基于ism-fcm方法的风险识别流程图；
28.图4为本发明实施例的特殊机场冲偏出跑道致因因子及其耦合作用流程图；
29.图5为本发明实施例的特殊机场冲偏出跑道风险耦合评估体系；
30.图6为本发明实施例的基于hfacs-bn方法的预测预警分析流程图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
33.本实施例提供了一种针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，如图1、图2所示，包括：
34.s1.以特殊机场冲偏出跑道事件为研究对象，特殊机场包括：高原机场、山区机场、极寒机场、中小机场等，通过分析其大气环境、地理状况、跑道长度限制等影响因素的特殊性，分析研究飞机接地过程中的影响因素，确认导致冲偏出跑道事件的危险源，得到风险评价指标。同时，基于各类致因因子的作用机理，构建风险因素演化结构图，通过表征和计算各类因素之间的关联度，为飞机冲偏出跑道等异常事件的预防和应急响应提供理论支持。
35.qar数据是飞行品质监控的直接信息来源，为有效实施飞行监控、保障安全运行发挥了重要作用。由于数据量非常庞大，因此需要初步筛选并预处理项目研究所需要的飞行参数，如表1所示。
36.表1
[0037][0038]
如图3所示，拟采用python编程，实现对qar飞行数据进行批量处理和计算；基于qar数据中对飞行参数特征指标的分析，筛选得到影响冲偏出跑道的飞行操作参数；同时通过文献以及事故报告调研，从特殊机场的气候、地形、跑道长度、飞机自身机械因素以及飞行员的能力和技能等方面识别相关危险源及其作用关系；拟采用ism-fcm方法，对特殊机场冲偏出跑道风险致因因子影响指标及权重进行分析；应用ism(interpretivestructuralmodeling,解释结构模型)构建风险因素演化的解释结构图，表征冲偏出跑道事件的发生及演化机理；进而应用fcm(fuzzycognitivemaps,模糊认知图方法)计算各个因素的关联度，得到致因因子的关系系数，为冲偏出跑道事件的预防和控制提供理论依据。
[0039]
s2.针对冲偏出跑道事件风险致因因子之间的耦合性以及不确定性等特点，拟采用系统风险耦合演化理论，统筹考虑飞行参数测量值与超限事件演化机理的关联性，采用复杂网络模型作为多因素风险耦合评价的工具。在风险评价指标体系的指导下，拟基于n-k模型和复杂网络模型，建立适用于描述特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合复杂网络分析模型，实现冲偏出跑道事件的风险量化评估，如图4所示。具体为将风险评价指标体系中的风险评价指标对应到复杂网络的各个节点，建立冲偏出跑道致因因子的风险耦合复杂网络分析模型，基于飞行数据测量值以及概率分布模型，建立多因素风险耦合的数学表征，实现
对冲偏出跑道事件风险耦合特征的分析。
[0040]
将n-k模型应用于冲偏出跑道事件的风险评估。基于对冲偏出跑道等异常着陆事件影响因素的分析，结合特殊机场的复杂大气环境、地形以及跑道长度等因素，从人、机、环、管、航空器本身等因素建立冲偏出跑道事件风险评估体系，如图5所示。
[0041]
基于复杂网络模型，对飞行数据测量值进行深度学习，得到飞行过程中飞机冲偏出跑道事件危险源之间的影响关系。基于复杂网络建立风险耦合评价模型，从人机环管四个方面分析导致特殊机场冲偏出跑道事件的致因因子，以致因因子作为复杂网络节点，致因因子之间的关联性作为连接节点的有向边。其网络构型可以更加清晰的表达变量之间复杂的因果关联度，且节点及有向边的重要度均可得到定量评估，可表征关联度的强弱，作为预测预警及风险防控的量化理论基础。
[0042]
s3.针对特殊机场冲偏出跑道事件，基于测量值历史数据，开展多因素风险耦合分析，确定预警指标体系，搭建预警指挥平台。针对具体场景，实现基于大数据的动态风险评估。基于飞行数据、气象数据、机场情况等实时参数，根据不同风险指标的动态演变，启动应急响应机制。基于飞行参数以及飞行员操作特征，分析其着陆滑行时的受力状态和运行趋势，从机场管控、航空公司政策、适航审定部门监督以及飞行人员培训等几个方面，系统地采取风险防控及应急响应措施，建立完善的预测预警体系，实现特殊机场冲偏出跑道事件的预测预警。
[0043]
针对特殊机场冲偏出跑道事件，开展多因素风险耦合分析，确定预警指标体系，搭建预警指挥平台。基于测量值历史数据，从飞行操作、飞机性能、环境参数、机场参数等方面，实现风险耦合量化评估，并作为预警阈值的理论依据。
[0044]
针对具体场景，实现基于大数据的动态风险评估。基于对现有不安全事件的风险评估及实验模拟，实现对不安全事件的预测预警，并作为应急处置的基础。基于飞行数据、气象数据、机场情况等实时参数，根据不同风险指标的动态演变，启动应急响应机制。
[0045]
基于已有飞行数据，采用hfacs与贝叶斯网络结合模型(hfacs-bn模型)，分析不同人格特质被试的飞行员飞行操作特征，并验证人为因素以及气象、机场跑道等外部环境变化对触发冲偏出跑道事件的影响，如图6所示。
[0046]
hfacs模型对事故致因因子采用了层次布局结构，并且对每一层级因素进行了细化的分类，第一层级因素包括组织影响、不安全的监督、不安全行为的前提条件、不安全行为等；其中第一层级因素中的不安全行为的前提条件包括第二层级因素：人员因素、操作者状态、环境因素等，第一层级因素中的不安全行为包括第二层级因素：差错、违规等。
[0047]
基于hfacs模型梳理冲偏出跑道事件的致因因子，进而建立贝叶斯网络模型。拟采用spss软件对已经梳理的因素做卡方检验和让步比分析，进一步确定相邻层级因素之间的关系，并基于数据分析结果确定贝叶斯网络的结构，同时采用贝叶斯估计法确定各节点的条件概率。定量分析得到影响较大的致因因子，并依据上层因素对不安全行为层级单因素和全因素的影响进行分析，得到冲偏出跑道超限中不安全行为致因因子的最大可能诱发路径，进而实现对冲偏出跑道事件概率的预测。在上述理论成果的指导下，针对飞行操作、飞机性能、环境变化、机场等几个方面来提出风险防控措施，完成预测预警体系的构建。
[0048]
本发明针对民航冲偏出跑道事件的风险耦合评估进行建模，基于飞行参数以及飞行员操作特征，分析其着陆滑行时的受力状态和运行趋势，系统地采取风险防控及应急响
应措施，建立完善的预测预警体系，促进安全运行以及效益提高，对于降低冲偏出跑道事件概率，减轻事故后果影响，以及提高飞机运行安全具有重要意义。
[0049]
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，其特征在于，包括：对特殊机场冲偏出跑道事件进行危险源辨识，建立风险评价指标体系；分析所述特殊机场冲偏出跑道事件的致因因子，联合所述风险评价指标体系，建立风险耦合复杂网络分析模型；根据所述风险耦合复杂网络分析模型构建预测预警体系，基于所述预测预警体系完成所述特殊机场冲偏出跑道事件的预测预警。2.根据权利要求1所述的针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，其特征在于，所述特殊机场包括：高原机场、山区机场、极寒机场、中小机场。3.根据权利要求1所述的针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，其特征在于，对所述特殊机场冲偏出跑道事件进行危险源辨识，建立所述风险评价指标体系包括：通过分析所述特殊机场的气象、地形、规模的特殊性，分析飞机接地过程中的影响因素，确定导致冲偏出跑道事件的危险源，基于所述危险源建立所述冲偏出跑道事件的风险评价指标体系。4.根据权利要求3所述的针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，其特征在于，所述危险源包括：人为因素、机场因素、环境因素、管理因素和航空器因素。5.根据权利要求1所述的针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，其特征在于，建立所述风险耦合复杂网络分析模型包括：针对所述特殊机场冲偏出跑道事件的致因因子之间的耦合性和不确定性，分析所述致因因子之间的关联度，采用多因素风险耦合机理，基于所述风险评价指标体系建立所述特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合复杂网络分析模型。6.根据权利要求5所述的针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，其特征在于，所述特殊机场冲偏出跑道事件的致因因子包括：组织影响、不安全的监督、不安全行为的前提条件、不安全行为。7.根据权利要求1所述的针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，其特征在于，根据所述风险耦合复杂网络分析模型构建预测预警体系包括：获取飞行历史数据，将所述飞行历史数据代入所述风险耦合复杂网络分析模型中，开展多因素风险耦合分析，并制定应急响应机制，构建所述特殊机场冲偏出跑道事件的预测预警体系。8.根据权利要求7所述的针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，其特征在于，所述飞行历史数据包括：飞行操作特征、飞机性能参数、环境参数和机场参数。9.根据权利要求8所述的针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，其特征在于，制定所述应急响应机制包括：对所述飞行历史数据进行动态风险分析，结合机场管控、航空公司政策、适航审定部门监督和飞行人员培训四个方面采取风险防控及应急响应措施，制定所述应急响应机制。

技术总结
本发明涉及一种针对特殊机场冲偏出跑道事件的风险耦合分析方法，包括：对特殊机场飞机冲偏出跑道事件进行危险源辨识，建立风险评价指标体系；分析特殊机场飞机冲偏出跑道事件的致因因子，联合风险评价指标体系，建立风险耦合复杂网络分析模型；根据风险耦合复杂网络分析模型构建预测预警体系，完成特殊机场飞机冲偏出跑道事件的预测预警。本发明针对特殊机场的冲偏出跑道事件进行综合研究，进行风险耦合评估以及预测预警，能够降低冲偏出跑道事件概率，减轻事故后果影响，提高飞机运行安全。提高飞机运行安全。提高飞机运行安全。


技术研发人员：齐心歌 汪磊 赵丁仪 张楠
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/4