文章编号:1005-0523(2019)02-0083-0怨
收稿日期:2018-10-26
基金项目：国家社会科学基金项目(15BJ104)
作者简介：李欢(1994—)，女，硕士研究生，研究方向为机场运行安全。通讯作者：夏洪山(1952—)，男，教授，研究方向为机场运行安全。
基于事件序列图ESD 的跑道入侵危险性分析
李
欢，夏洪山，高
阳，梁的达
(南京航空航天大学民航学院，江苏南京210016)
摘要：随着机场交通量的增大，跑道入侵事件增长迅速，对于机场的安全造成一定的影响，对跑道入侵进行危险性分析显得尤为重要。采用动态的基于事件序列图ESD 的方法对跑道入侵进行分析，详细
描述了不同跑道使用情况和管制流程下的机场跑道运行情况，研究动态因素对于系统和事故发展进程及其后果的影响。研究表明在无法消除危险源的情况下，能够及时把握场景事件的发生，能够有效避免跑道入侵事件的发生，因此为预防跑道入侵事件提供了新的思路和方向。关键词：事件序列图；跑道入侵；场景事件中图分类号:X951
文献标志码:A
第36卷第2期2019年4月
华东交通大学学报
Journal of East China Jiaotong University
Vol.36No.2Apr.,2019
我国的民航事业不断发展，机场道面运行安全面临的各种挑战不断增多，其中跑道入侵事件就是一种严重影响机场安全，容易导致人员伤亡和财产损失的不安全事件。跑道入侵是指在机场发生的任何涉及错误的出现在用于飞机起飞和降落的保护区表面的飞机，车辆以及行人的事件，每增加20%的空中交通流量，发生跑道入侵风险就有可能增加140%。跑道入侵事件值得引起广泛的关注和更好的解决。
在跑道入侵方面的研究国外学者研究的比较早,ICAO 对跑道入侵从安全方面进行研究，设计机场跑道
安全软件，包括飞行员、管制员以及机场运营人员的意见进行研究[1]。Bill Clarke 曾在2005年出版的《防止跑
道入侵》一书中，采用了“事前—期间—事后”的方法进行分类，找出10个方面可能促使跑道入侵事件发生的原因，并提出了改进的建议和措施[2]。Yu H C 采用SHELL 模型对跑道入侵的人为因素进行分析，并用专家打分法确定权重[3]。Stroeve S H ,Blom H A P 等人基于多agent 模型，运用蒙特卡罗模拟对与跑道入侵相关的安全场景进行了模拟，证明该方法是一种可行的系统事故评估方法[4]。上述学者主要是强调了人为因素在
跑道入侵的重要影响，忽略了事故场景对于事故发生的影响。
国内方面，霍志勤通过建立案例和规则的推力模型，给出融合策略和算例分析分析跑道入侵的原因[5]，但是该方法缺乏对场景事件的描述和分析。林雪宁等采用高斯分布和贝叶斯网络相结合的方法，确定导致
跑道入侵的因素[6]，但是对于影响因素的分析是通过专家咨询进行的，较为片面和主观，缺乏科学性。许桂敏利用人的认知可靠性和失误分析法(CREAM )对跑道入侵事件中的飞行员和管制员的失误
概率进行分析[7]，但是没有考虑到其他因素的相互交叉影响。于影霞等人运用事故树的分析方法对公路运输中的安全隐患进
行分析，缺乏动态分析和评估[8]。
上述学者关于跑道入侵的研究已经很深入。但是针对跑道入侵危险分析着重强调人为因素的影响，并
且大多采用一些静态的故障树(FT )、事件树(ET )和危险性与可操作性分析(HAZOP )等方法进行跑道入侵危险的研究，忽略了跑道入侵事件的发生是在一个相互交叉，动态变化的一个场景。针对上述存在的一些缺陷，本文提出基于动态的事件序列图(ESD )的方法，着重分析跑道入侵事件发生的场景事件，从分考虑发生
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根据以上主逻辑图的分析，得出的初因事件为：车辆驾驶员操作失误、通讯设备故障、机场问题、机场车辆或行人以及管制员和飞行员在培训上存在的问题、管制人员的失误、管制设备的故障和缺陷、机场交通流复杂、飞行人员的人为因素、飞行员与管制员等之间的通讯问题。
2ESD 场景事件的描述与优势
事件序列图(event quence dagram,ESD )是一种面向事故场景的模拟方法，以时间为基本研究对象，是
事故场景的直观体现[10]。跑道入侵事件是个复杂的系统，在这个系统中任何一个环节的变化可能会导致不
同的结果，用ESD 这个可以体现场景动态变化的方法可以很好的找出跑道运行过程中的薄弱环节和需要改进的地方。ESD 方法可以帮助鉴别和构造事件的时间序列，有针对性的处理下述动态特征。包括以下几个方面:
图1跑道入侵的主逻辑图
Fig.1
Main logic diagram of runway
incursion
后果状态
功能
系统
子系统
过程的存在的可能性，较为完成的体现出跑道入侵事件的过程，对后续的风险评价提供良好的基础，同时克服了传统的故障树存在的缺陷。
1基于主逻辑图(MLD )的初因事件识别
对于像跑道入侵这类复杂的系统，尤其是系统中的各个子系统之间又相互关联，如想对整个系统提出
模型进行分析是不易的。本文采用一种相对简化处理的主逻辑图(MLD )模型化技术，可以对复杂系统进行分解，生成系统安全风险模型，快速确定事故的初因事件。国内学者在对复杂工程技术系统分析中，已经运用这种分析方法。司悦彤在研究尾矿坝溃坝中利用主逻辑图将系统分解成子系统，建立分层次的模型[9]。
运用MLD 方法对跑道入侵事件进行分析，确定其初始事件，为后续的分析做准备。利用主逻辑图分析
跑道事件，需按照主逻辑图建模的一般方法，将对象看成一个复杂系统，考虑该系统的功能，及完成该功能的系统、子系统等一层层向下分析。从功能的层面上来说，造成跑道入侵事件的最直接的原因是一些人的不安全行为和物的不安全状态，这里主要是机场车辆或行人的差错以及管制员和飞行员的差错，经2008—2011年欧美和中国的数据统计分析，得出我国跑道入侵的主要原因是车辆或行人的差
错，而欧美跑道入侵的主要原因是飞行员的差错[9]。同时从系统角度分析，这些直接原因的后面有更深层次的间接原因，主要从人-机-环-管四个角度分析。具体的主逻辑图模型如图1所示。
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第2期表1事件类型及图形符号含义
Tab.1
Event type and graphical symbol and meaning 事件类型图形表示
含义
注释对事件序列发展情况进行补充说明。初始事件推演后出续一系列活动发生发展的启动事件环节事件中间事件，可服从某一分布或根据要求发生。终止事件一个事件序列的终止点，表示某种后果事件或状态。随机延迟事故场景中某一随机时期段内无任何事件发生的情况。时间条件建立在确定的时间限制的基础上，根据条件是否满足产生两种结果。
物理变量开关建立在确定的过程变量限制的基础上，根据条件是否满足条件产生两种结果可扩展门
代替ESD 中重复出现的事
件
一般意义上的是，概率风险评价方法基于事故树、事件树等方法对事故进行分析，存在一定的缺陷。例如:
1)需要各个事件的相互独立，在实际的事故中，一般引起事故的各个事件都有一定的交互和交叉。2)缺乏事件在的时间和空间上的顺序，不同的时间次序可能导致不同事故结果。
3)缺乏动态的事件追踪和描述，对于事故场景缺乏最基本的描述，有时候同样的初始事件由于场景的不同可能引发不同的后果事件。
针对以上缺陷，采用具有动态场景的ESD 跑道入侵分析模型，实现动态的基于时间的分析。3基于ESD 的动态场景的危险分析
通过上述分析，得知机场跑道入侵是个复杂的系统，是由一系列相互关联的运行系统组成的，单个因素
的失效并不会直接导致机场跑道入侵事件的发生，只有一系列的不安全因素相互作用才导致危险的发生，因此任何事故的发生都有一定的事件链，通过主逻辑图分析，得出影响跑道入侵的初因事件，在确定初因事件的同时，场景事件对于机场跑道入侵的影响和分析则需要着重进行研究，场景事件会随着时间以及事件发生的顺序的变化而变化，对于后果事件具有直接的影响，是决定后果事件状态的重要因素，图2为机场跑道事故发生的事故链。
1)事件发生时间：同一事件在不同时间发生产生不同的事故场景;2)事件发生顺序：事件发生顺序的不同组合产生不同的事故场景;3)过程变量相关性：过程变量可能决定着事件的发生与否。
一般地,ESD 采用事件、条件、逻辑门、过程参数、限制和关联规则等要素来建立事件间的相互影响和作用，描述故障事件发生并导致后果的可能发展过程。事件是指分析人员可观察到的任何物理现象。条件是指控制事件向不同的方向发展的规则，包括时间条件和过程变量条件。逻辑门通常包括逻辑与门和逻辑或门。过程参数是指发生在事件序列时间内的一些影响系统的物理参数。限制是指一个事件或过程发生的时间内与其他的事件序列存在竞争的关系。关联规则描述个系统内部之间存在的相互影响和交互，是ESD 动态模拟能力的重要特征。为了进行直观的描述，下面通过表1解释各个图形符号所代表的含义。
李欢，等：基于事件序列图ESD 的跑道入侵危险性分析
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图2机场跑道入侵事件链的发展过程
Fig.2The development process of runway incursion
incident chain
图3飞机正常起飞程序
Fig.3Normal take-off procedure 在这个过程中导致跑道入侵事件发生的首要原因就是在场的工作人员不知飞机的确切的位置，而导致这个问题发生的原因可能有很多种，人为因素是影响跑道入侵的一大因素，例如当飞行员向塔台管制员提出起飞申请，管制员通过通讯设备向飞行员发出指令时，可能由于飞行员和管制员之间的交流不畅，没有理解对方的意图，使得飞行员出现误入正在起降的跑道，造成跑道的入侵；同时可能是管制员对于机场区域内的车辆或行人，未告知或者告知错跑道的情况，使
得车辆行人误入跑道；这其中含有人为的失误和更深层次的由于组织管理缺失和不到位导致的差错问题。上述存在的人为因素在不同的事故场景中，可能会出现不同的后果，下面将着重分析这些差错在不同的场景中将会引发不同的后果事件。3.2
基于ESD 的跑道入侵事件的场景分析
可能导致跑道入侵事件的初始事件有很多，本文着重分析由于人为因素导致的跑道入侵事件，并以管制员出现的人为失误作为例子进行分析，初始事件为管制员向航空器的飞行员发出错误的指令。该大系统运行期间，各个环节机场情况、飞行员、机场车辆或行人等可能产生失误信息，并因此作为事件场景分析；当管制员的失误出现后，考虑是否出现跑道入侵，如果出现则认为事故发生，如果没有出现，则认为安全。
3.1正常飞机起降的过程
飞机在机场做完所有的准备工作后，向机场
塔台管制员提出滑行许可，管制员在进行一定的安排和净空后，对可以进行滑行起飞的飞机发布指令，让航空器滑行到指定的滑行道并且在对应的跑道口等待可以进入跑道指令；航空器的飞行员在得到管制员指令后要复诵指令，同时管制员接收到复诵信息后，要核实信息的内容，确保航空器已经到
达指定的位置；管制员确认信息正确后对其进行应答，同意航空器进入跑道准备起飞；航空器飞行员接收到可以进入跑道的指令后继续滑行，进入跑道准备起飞；管制员发布的起飞许可同时要传达给机场机坪、滑行道等的相关
的车辆和其他的航空器，防止车辆/行人和其他的航空器在不确定跑道上的情况，出现误入跑道，引发跑道入侵事件，对机场的人的生命财产产生威胁。飞机正常起飞程序如图3所示
。
起性能
时间
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李欢，等：基于事件序列图ESD的跑道入侵危险性分析87第2期
下面采用ESD方法对跑道入侵的事故场景进行分析。本文描述初始事件为管制员向航空器飞行员发出错误的指令的ESD模型建立过程。
管制员向飞行员发出错误指令后，在信息的传递过程中会存在延时，飞行员能否接受到指令和接收到指令后的操作直接影响着后续场景事件的发生。如果飞行员没有收到指令，就接到可扩展门A。
A表示通讯的问题，进而描述通讯方面的场景；如果飞行员接收到管制员的指令，但是没有执行，可能是飞行员看到跑道的情况，根据自己的判断进入可扩展门B。
B表示机场环境的描述，这里分别描述了机场跑道布局和使用情况、机场道面标志和灯光以及跑道能见度和跑道污染物的控制的情况下可能发生的场景，飞行员可能根据机场的情况进行进一步的判断和执行；可扩展门C。
C表示飞行员存在的问题，描述飞行员作出违规行为后所发生的场景，根据飞行员是否是有意违规，进而发生不同的事件。
D代表可扩展门,D描述管制员存在的问题，管制员存在犯错的可能，描述管制员的组织以及个人因素对于后果的影响。
E指的是可扩展门,E描述机场中的车辆和行人的行为，车辆或行人可能在不了解飞机的确切位置时会出现误入跑道的情况，这里分别描述了这些可能发生的场景。
F可扩展门,F描述由于机场管理方面的失误造成的跑道入侵事件的发生。
在这些场景中会有延时的出现，延时的时间不确定，延时的出现可能导致信息不通畅而出现跑道入侵事件的发生，因此延时是本系统的一个限制。各个场景事件的组合可能导致跑道入侵的发生，不同的场景事件有不同的后果。系统的ESD模型如图4所示，初因事件的不同，场景事件的不同会有事件后果，本文只是
举了一个例子，其他可能的ESD模型本文不再给出。
