科技风2021年4月科技创新
DOI：10.ki.1671-7341.202110009
基于SHEL模型与层次分析法的
跑道侵入影响因素研究
盛昀冯自立陈惊宇方学东
中国民用航空飞行学院四川广汉618307
摘要：文章以跑道侵入为主要研究对象，简述了跑道侵入的研究意义和相关概念。利用SHEL模型分析跑道侵入的风险因素，建立跑道侵入风险评价指标体系。根据各级指标，选取层次分析法构建判断矩阵，对相关指标进行权重占比计算，得出对跑道侵入风险产生影响的主要因素是人员因素；根据跑道侵入危险等级提出预防跑道侵入事件发生的有效措施，从而尽量避免类似事件的发生，提高航空器运行效率。
关键词：跑道侵入;SHEL模型；层次分析法
中图分类号:V328文献标识码:A
Abstract：Takin/runway intrusion as the main rearch object,this paper brieVy describes the rearch si/nificance and related concepts of runway intrusion.The risk factors of runway intrusion are analyzed by SHEL model,and the risk evvluation index system of eunwayonteusoon ostabooshed.Accoedon/totheondocatoesata o oeeeos,AHP osoected toconsteuctthe.ud/mentmateof,and the weight proportion of the relev v nt indicators is calculated.It is concluded that the main factor tec t in/the runway invasion risk is the personnel factor.Accordin/to the risk levee of runway intrusion, eSective measures are propod to prevent runway intrusion events,so as to aveid similar events as far as possible and improve the efficienca of aircraft operation.
Key wordt:Runway Incursion；SHEL Model；AHP
近年来，我国经济实力不断增强，国际地位显著提高，航空运输作为促进国内外交互融合的重要载体，对促进我国社会发展起到了重要作用。航空运输在提供快捷、高效服务的同时，航空安全也成为人们广泛关注的焦点。航空安全首要任务就是确保跑道安全运行，防止跑道侵入发生。2016年10月11日，上海虹桥机场跑道侵入事件引起了社会广泛关注。2018年3月18日吉祥航空A320冲绳机场未获许可起飞。2018年9月14日以色列AIT航空E145特拉维夫侵入跑道。2020年西南地区某机场仅一条联络道，也发生了跑道侵入事件。由此可见，跑道侵入事件时有发生。
根据美国FAA在对机场跑道侵入数据分析后得岀结论：“越是复杂，航班流量大的机场越容易发生跑道入侵”⑴。为了满足日益增长的航空需求，我国机场方面采取了一系列措施，例如：航站楼扩建，增加跑道数量、延长跑道长度，增加机坪数量，采用人工智能设备等措施来更加高效快捷的服务旅客。这些措施在一定程度上满足了航空需求，提高了服务效率，但是对于机场来说，也增加了运行的复杂性，相应的发生跑道侵入事故的可能性也有所提高。为避免跑道侵入事件发生，机场需采取一定的方法与手段。目前，我国对于跑道侵入问题的研究基本还处于不太成熟和完备的阶段，一些比较有创新和严谨的理论仍在研究中，对于该风险的处理和预防还未形成一套合理完整的防御体制，也就是说，这对于中 国民航仍是一个任重而道远的任务。
本文先阐述了跑道侵入的定义，对跑道侵入危险程度等级进行划分。根据影响因素不同类型分别从SHEL模型四个匹配界面对机场跑道侵入指标进行分析，基于SHEL模型从“人员一设备一环境一管理”四个方面确定各级风险评价指标，计算相应指标的权重占比。根据影响跑道侵入的最主要因素及相关因素，明确机场及相关单位安全责任，制定相应的规避方法，提高跑道运行安全能力，这对民航事业的发展具有重要意义。
1跑道侵入的定义及等级分类
目前，针对跑道侵入的定义国际上和国内都没有统一的标准，各组织都有着自己不同却也相似的理解。
通常跑道侵入的定义可归纳为：航空器、地面车辆以及人员在未经授权下非法闯入跑道，对跑道运行造成干扰或者威胁的行为。我国发布的《民用航空器事故征候》，将跑道侵入等级划分为五类，如表1所示。
表1CAAC跑道侵入等级划分
等级具体描述危险程度
A类
（严重事故
征候）
间隔缩小，在双方都必须采取措
施的条件下，才能勉强避免发生
碰撞风险的严重事故征候。
风险性更大，必须采取
特别措施才能勉强避
免发生碰撞事故$ B类
（一般事故
征候）
间隔缩小，有着显著的碰撞可
能，只有在关键时刻采取纠正措
施才能避免事故征候$
风险性继续增加，非常
有可能发生碰撞事故$ C类
有充足的时间或者距离采取措
施才能避免发生碰撞$
风险性有所增加，但有
充足的时间和距离可以
避免潜在的碰撞事故。
D类
符合跑道侵入的定义，但是不会
立即产生不安全后果的跑道侵
入事故征候。
几乎没有可能造成碰
撞事故但会对跑道造
成一定的伤害。
1+
科技创新科技风2021年4月
续表
等级具体描述危险程度
E类信息不足无法做出结论，或者因证据矛盾无法评估。
2SHEL模型跑道侵入原因分析
SHEL模型由爱德华提出，是一个被广泛应用的风险评估模型,SHEL模型的主要思想是以人为主要影响因素，是事故发生的主要原因，其他因素是基于人的因素产生的，所以在该模型中，元素L(Liveware：人)处在最中间的位置，其他元素围绕着人产生如图1所示⑵$
图1SHEL模型示意图
在SHEL模型中，S(Software：软件)与H(Hayway：硬件)分别对应管理因素和设备因素,E( Environment：环境)对应环境因素。SHEL模型的关键在于它不是独立的部分，而是系统中的人、软件、硬件以及环境与人的相互作用关系。从而构成了SHEL模型的四个界面，即人一人(L-L)；人一软件(L—S)；人一硬件(L—H)；人一环境(L—E)$在跑道侵入案例中，四种界面的含义如下：
(1)人员一软件：主要指针对航空飞行相关人员的规章制度、标准手册等文件或资料，人员培训管理等。
(2)人员一硬件：主要是指机器、设备等与飞行相关的设施发生故障或受到干扰时对人员产生的影响，主要从通信设备、飞行区设施设备、空管设备进行分析。
(3)人员一环境：主要指人处于多个环境中，如机场的运行环境，相关人员的工作环境，以及影响飞行安全的自然环境如大风、暴雨、雷电等。
(4)人员一人员：系统中的相关人员及相关系统中的其他人员，分析角度主要有心理和身体素质、语言表达能力、学习能力、决断力、专业技能$
根据SHEL模型从“人员一设备一环境一管理”四维度进行分析，影响跑道侵入的原因主要有以下方面，如表2所示：
表2跑道侵入原因分析
跑道侵入原因人员因素
飞行员未经许可擅自穿越跑道等待点
飞行员驶入错误的跑滑道
车辆人员擅自进入机场活动区
地面工作人员误解所给指令
管制员错误估计航空器间隔
管制员与飞行员之间沟通有误
设备因素
飞机出现故障
通信设备受干扰或是故障
监控设备运行不正常
标志标记牌损坏
地面保障灯光不足
环境因素
恶劣天气影响
机场周围障碍物限制
跑道、滑行道的构造或布局不合理
管理因素
机场，航空公司与空管部门之间不协调
相关人员培训不足
组织结构不合理
3基于层次分析法的跑道侵入因素风险评估
风险评估是按照科学的程序和方法，首先对发生了或者
未发生的事件进行分析，预测该风险事件发生可能带来的影
响或损失。随后根据分析结果，为评估系统的整体状况进行
了解并为制定安全防御体制提供科学依据。通过SHEL模型
建立跑道侵入风险评价指标体系，以“人一机一环境一管理”
为一级评价指标，并进行细化分析构建二级评价指标，根据层
次分析法确立跑道侵入风险指标的各级判断矩阵，根据判断
矩阵得到各级指标的权重占比，从而明确跑道侵入的最主要
影响因素，制定相应的防御体系，减少跑道侵入的影响+3⑸。
3.1跑道侵入风险指标体系的建立
上文根据SHEL模型从“人员一设备一环境一管理”四
维度，分析了跑道侵入的原因，在此基础上建立跑道侵入风
险指标评估体系，如图2所示。
跑道侵入影响因素模型A
人
员
因
素
B1
坏
境
因
素
B3
管
理
因
素
B4
设
备
因
素
B2
误
C6
地面
工作
1吕
管制
员错
误解
所给
1天忙计航
空器
指令间隔
C4C5
灯光
不足
C11
图2跑道侵入影响因素模型
入错
误的
跑滑
道
C2
飞几
岀现
故障
C7
通讯
设备
是故
障
C8
标志
标记
牌损
坏
C10
3.2—级指标权重计算
运用层次分析法求解影响因素权重值时，根据层次分析
法评价标准，由专家进行打分，评判结果如表3所示，构建判
断矩阵A$
表3层次分析法专家打分结果
A B1B2B3B4
B11355
B21/3132
B31/51/311/2
B41/51/221
根据表3的打分结果，计算一级指标权重，计算结果如
表4所示。
表4一级权重指标计算结果
每行乘积m w=h/m求和标准化权重比例
75 2.9428
5.1134
0.5755B1=0.5755
4/3 1.07460.2101B2=0.2101
1/300.42730.0836B3=0.0836
1/50.66870.1308B4=0.1308
_1
12
3
1
5
3
故0・1=
121231
_121222
5
2
12
1
「0.5755]「2.2778-
0.21010.9143
0.08360.3341
_0.1308__0.5182_
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最大特征根：
,_丄""凹'
八mac厶i=1
n w-
一 2.2778+0.9143+0.3341+°.5182
4x0.57554x0.21014x0.08364x0.1308
h430670
计算一致性比率CR：
n-13
对矩阵进行一致性检验，通过查表，可得当n_4时,RI_ 0.9，故：
因为CR=0.0248<0.1，说明一级指标判断矩阵符合一致性检验标准。由此得到跑道侵入风险的一级指标权重W _(0.5755,0.2101,0.0836,0.1308)
同理，按照上述计算方法，针对二级指标B1"B2"B3"B4构建判断矩阵进行权重计算，计算结果如表5所示。
表5各指标权重占比
跑道侵入影响因素模型A 人员因素B1
(0.5755)
飞行员未经许可擅自穿越跑道等待点C1
(OCIG)
飞行员驶入错误的跑滑道C2(°•°648)
车辆人员擅自进入机场活动区C3(0.(0481)
地面工作人员误解所给指令04(0.2444)
管制员错误估计航空器间隔C5(0.1647)
管制员与飞行员之间沟通有误C6(0.3864)
设备因素B2
(O.lOl)
飞机出现故障C7(0.4174)
通信设备受干扰或是故障C8(0.2634)
监控设备运行不正常C9(0.1602)
标志标记牌损坏Cl°(°.°615)
地面保障灯光不足C11(a0975)
环境因素B3
(°.°836)
恶劣天气影响C12(0.6370)
机场周围障碍物限制C13(0.2583)
跑道、滑行道的构造或布局不合理C14
(0.1047)
管理因素B4
(0.1308)
机场，航空公司与空管部门之间不协调C15
(ooso)
相关人员培训不足C16(0.2385)
组织结构不合理C17(0.1365)
4跑道侵入预防建议措施
通过上述计算可知，造成跑道侵入的主要原因是人员因素和设备因素。为了减少跑道侵入的风险，需要从这两个方面进行重点管控〔印$
4.1人员方面
对于跑道侵入事件，管制人员是这个系统中最主要的因素。为了避免SHEL模型分析出的跑道侵入原因，管制员应使用标准陆空通话用语，养成养好的管制习惯，随时认真监听飞行员的回复和请求，避免因为误听指令引起跑道侵入。管制员发布的指令必须有明确的滑行界限，当滑行许可的界限超越跑道时，即使相应的跑道没有使用，也必须含有明确的可以穿越跑道的许可。对于较复杂的指令，可将指令分成若干部分，按照先后次序发送，避免飞行员误解。
引起飞行员造成的跑道侵入事件的原因主要有经验不足、错误使用机场图、操作不当等。对此，飞行员需要提前熟悉并明确机场相关设施设备、滑行道和停机位，通过加强培训，多做模拟机，增加驾驶时间等措施克服这类问题。
对于机场场务人员等地面工作人员，当发现飞行区内设备故障或有外来物入侵时，应该及时通报塔台，等待下一步许可后立即进行处理，确保机场运行正常，避免发生跑道侵入事件。
4.2设备方面
针对设备风险而言，避免跑道侵入主要从两方面入手：改善通信质量和改进机场飞行区的设计和道面引导标识。机场需要定期检查通信设备，保障通信质量，提前排查无线电路，才能尽可能保障航空安全。同时机场场面标识、各种目视引导标识和机场灯光引导系统的安装和使用，都应符合国际标准，能保障各类人员在夜间和复杂气象条件下识别明显地识别各种标志，才能真正地加强跑道安全。
5结语
通过上文的分析，跑道侵入问题主要是受人员因素和设备因素的影响。通过行业标准、规章制度等措施进行管理，在一定程度上可以较好地减少跑道侵入现象的发生。但是，这些举措并不能完全杜绝跑道侵入的发生。开发新设备、研究新技术，实现从“人防”与“技防”相结合，应是未来跑道侵入研究的主要方向。
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[7]黄阳广.跑道侵入原因分析与预防[J].科技创新导报,2015,12(21):214-215.
作者简介：盛昀(1994—)，男，汉族，江苏扬州人，硕士，助教，研究方向：机场飞行区管理、机场安全管理。
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