基于贝叶斯网络的通用航空安全风险评估研究∗

（南京航空航天大学 南京 211106）

1 引言

通用航空业是以通用航空飞行活动为核心，涵盖通用航空器研发制造、市场运营、综合保障以及延伸服务等全产业链的战略性新兴产业体系，具有产业链条长、服务领域广、带动作用强等特点。但通用航空具有飞行高度低、飞行速度慢、作业空域广、作业环境复杂、依赖目视飞行等诸多特点，导致通用航空安全态势严峻。与通用航空的快速发展相比较，通用航空业的安全态势严峻。相关数据表明，在通航快速发展的同时，安全生产作业飞行小时反而下降，安全态势严峻，如不采取有效措施，扭转这种安全形势，将对通用航空发展带来的影响。针对通用航空的情况，2017年2月3日，国务院办公厅印发了《安全生产“十三五”规划》，通用航空部分明确指出“规范通用航空作业管理，完善安全管理机制”。

如何分析和评估通用航空航空风险也是国内外研究的热点之一。Xue YjY，Fu G采用瑞士奶酪模型分析通用航空安全风险，能够揭示出事故数据之后所蕴含的信息。Patriarca R，Di Gravio G，Cio⁃ponea R&Licu A认为应该注重差异性和变化对安全的影响，这一点尤其适合于通过运输航空安全，研究通用航空安全问题。于思璇研究了通用航空安全风险，运用深度学习方法进行了通用航空安全风险建模。张攀科、罗帆为探析安全监管机构、通用航空企业、作业层员工在通用航空安全监管中的策略选择规律，基于三方互动关系的概念模型，构建通用航空安全监管演化博弈模型，并分析其稳定策略。周长春、蒋澜、赵新宇对飞行品质监控进行了分析，完成了通用航空飞行品质监控的实施。郝爱民、魏亚飞、余月圆通过对通用航空业较为发达的美国、澳大利亚、加拿大的通用航空产业安全管理体系进行分析，从完善通用航空安全法律法规、健全政府安全监管机构、增强通用航空基础设施建设和加强专业人才培训等方面提出我国构建通用航空安全管理体系的对策建议。

2 通用航空安全问题

与运输航空相比，具有其自身安全规律和特点，主要表现在以下几方面：

1）通用航空所使用的航空器机型繁多，飞行任务时间不定，并且飞行高度差异较大，飞行任务多样化；

2）通用航空保障条件和作业环境复杂，涉及安全问题众多，必须采用系统工程方法加以识别、分析和控制；

3）飞行高度低、飞行速度慢、依赖目视飞行、飞机可靠性较大飞机低；

4）通航飞行任务的复杂性和多样性，导致飞行员压力大，易疲劳等；

5）通用航空企业规模较小，抗风险能力低，企业安全管理体系不健全，导致通用航空飞行事故和事故征候高于运输航空；

6）通用航空法规的适应性。通用航空法律法规体系有别与一般运输类航空，因此不能一概而论，要将通用航空法规体系从现有的航空规章体系中剥离出来，这在一定程度上增加了安全风险。

3 通用航空安全风险分析

通用航空安全的影响因素，包括人、机、环境与管理，涉及到通用航空器可靠性、飞行安全、通用机场安全、面向低空空域的空管安全、通航维修保障安全及通用航空安全监管安全等诸多领域。

1）通用航空飞行安全

通用航空飞行安全受到飞行员人为因素、通用航空器可靠性、通航设施、飞行情报和气象条件及地理环境影响。

2）通用机场安全

通用航空机场安全管理是安全管理的重要组成部分，通航机场区域范围内的安全和管理，尤其是飞行区、油库区、维修区等敏感区域的安全管理，直接关系到空中飞行安全和地面保障的政策允许。

3）面向低空空域的空管安全

低空空域开放不足是制约我国通航发展的政策痛点，也是目前空域改革的主要突破口。影响因素主要包括：现行的低空空域法规及管理、监控技术与基础设备、低空空域管理审批与协调、低空空域管理机制与管制队伍规模和航务人力资源等。

4）通用航空器维修保障安全

航空器维修目标是保障航空器满足适航性要求和处于安全运行。影响通用航空器维修保障安全的影响因素包括通用航空器机型种类、通航作业种类、维修企业规模小，维修设施设备、通用行业维修能力及通航维修从业人员数量。

5）通用航空安全监管

借鉴美国等通用航空发达国家经验，有效的航空安全监管，对于保障通用航空安全发挥了作用。影响通用航空安全监管主要因素包括安全监管的法规和体系标准的缺失及安全监管模式规范性的缺失。

4 基于贝叶斯网络的通用航空安全风险建模

4.1 通用航空安全风险建模方法选择

通用航空安全风险受到多种因素的综合作用，涉及到通用航空器的可靠性、通用航空的飞行安全、通用机场安全、面向低空空域的空管安全之间等因素，且逻辑关系复杂。贝叶斯网络方法又被称做概率因果网络，其理论是概率分析、图论和贝叶斯方法，这就决定了这种方法可以用图形的方式表示变量之间的关联关系，形象直观，而采用贝叶斯方法决定了其可以处理小样本信息，并可以对不同来源的信息加以融合处理，这也符合通用航空产业发展发展初期，数据不完备，主观和客观信息均需要共同使用，加以推断。

贝叶斯网络的建模包括定性建模和定量建模两个部分，其中定性建模就是采用逻辑推理方式获取的要素之间的逻辑关系，定量建模主要是通过确定贝叶斯网络图中各根节点的先验概率和各子节点的条件概率共同确定。

4.2 贝叶斯网络风险仿真建模流程

贝叶斯网络由节点和有向弧构成，针对通用航空安全风险进行评估建模中，贝叶斯网络中的节点表示通用航空安全风险影响因素，第3节中本文提出的通用航空安全影响因素及通用航空安全风险，有向弧表明通用航空安全风险影响因素彼此之间的关联关系及与安全风险之间映射关系，共同构成了贝叶斯网络的拓扑结构。贝叶斯网络的赋值包括各根节点的赋值和子节点的条件概率赋值，在此基础上就可以统计推断计算得到通用航空安全风险评估。基于贝叶斯网络的通用航空安全风险评估如图1所示。

图1 基于贝叶斯网络的通用航空安全风险评估流程图

4.3 通用航空安全风险评估的贝叶斯网络拓扑结构

依据第3节确定的通用航空安全影响因素，本文在分析通用航空安全风险规律的基础上，绘制通用航空安全风险贝叶斯网络拓扑结构如图2所示。

图2 通用航空安全风险贝叶斯网络拓扑结构图

5 算例

为说明本方法的应用，本文收集了2015年～2019年通用航空安全事故及不安全事件数据，依据事故（征候）原因分析，对比通用航空运行数据，初步确定各根节点发生风险的概率。对于各子节点的条件概率，以根节点有风险和正常两种状态为例，需要确定2n个条件概率，本文中条件概率的确定采用灵敏度分析方法，测算对输出结果影响比较大的条件概率，加以精确确定，而对于结果影响不大的条件概率，则结合专家经验加以确定。表1给出了通用航空安全评估建模中各节点的符号表。

表1 通用航空安全风险评估变量符号及说明

根据确定的贝叶斯网络拓扑结构和概率取值，整个贝叶斯网络的推断过程和评估结果如表2所示。

由图2所示，本文可以得到以下结论。

1）通用航空安全风险作用机制复杂，实际的安全风险是多种风险要素相互作用的结果，表现在安全风险具有非线性的特点。

2）从整个通用航空安全风险评估来看，整个风险的形成过程具有传递性，随着风险传递的链条越长，其导致风险的概率越大。

3）从各种通用航空安全风险来看，影响该种风险的要素要多，导致风险的概率越大。

4）从目前通用航空安全来看，低空空域安全风险更为突出，安全监管风险不仅可以单独导致通用航空安全风险，还有可能诱发其他类型的通用航空安全风险，因此加强通用航空监管风险意义重大。

6 结语

本文讨论了通用航空安全对于保障和推动通用航空产业发展的重要作用。分析了通用航空安全与运输类通用航空安全的不同，分析了通用航空安全的影响因素，研究了各影响因素彼此之间的关联及与通用航空安全风险之间的关系，通过采集近5年的通用航空不安全事件数据，及通过专家经验获取条件概率，推断通用航空安全风险，评估通用航空安全风险水平，对于针对性的加强通用航空安全风险管理具有重要意义。