機(jī)場雷達(dá)數(shù)據(jù)的鳥擊風(fēng)險(xiǎn)評估范文

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鳥擊風(fēng)險(xiǎn)評估模型

以鳥擊概率（P）和嚴(yán)重程度（S）為自變量，建立鳥擊風(fēng)險(xiǎn)（R）評估模型，如式(1)所示。式中，P代表了某飛鳥侵入某跑道的概率，S代表了該飛鳥與飛行器撞擊的嚴(yán)重程度，二者的值劃分為非常高（VH）、高（H）、中等（M）、低（L）、非常低（VL）五個(gè)等級。表1給出了一個(gè)5×5的風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣，建立了R與（P，S）之間的函數(shù)關(guān)系。風(fēng)險(xiǎn)值劃分為3個(gè)等級，要求機(jī)場管理人員分別采取不同的應(yīng)對策略，表2提出了分級應(yīng)對策略建議。

鳥擊概率估計(jì)

鳥擊概率估計(jì)模型綜合考慮了飛鳥與跑道的相對位置，估計(jì)某飛鳥目標(biāo)侵入某跑道的概率，如圖1所示。點(diǎn)A和B為跑道的兩端，飛鳥目標(biāo)（C）與跑道中點(diǎn)（O）之間的距離為L，OC與跑道之間的夾角為θ（0°≤θ≤90°）。

嚴(yán)重程度估計(jì)

本部分首先介紹了科學(xué)獲取專家知識的德爾菲法，進(jìn)而提出一種雙層結(jié)構(gòu)的DAHP模型，基于專家知識進(jìn)行鳥擊嚴(yán)重程度估計(jì)。

1德爾菲法

德爾菲法是為了克服專家會(huì)議法的缺點(diǎn)而產(chǎn)生的一種專家預(yù)測方法。在預(yù)測過程中，專家彼此互不相識、互不往來，這就克服了在專家會(huì)議法中經(jīng)常發(fā)生的專家們不能充分發(fā)表意見、權(quán)威人物的意見左右其他人的意見等弊病。各位專家能真正充分地發(fā)表自己的預(yù)測意見。德爾菲法依據(jù)系統(tǒng)的程序，采用匿名發(fā)表意見的方式，即專家之間不得互相討論，不發(fā)生橫向聯(lián)系，只能與調(diào)查人員發(fā)生關(guān)系，通過多輪次調(diào)查專家對問卷所提問題的看法，經(jīng)過反復(fù)征詢、歸納、修改，最后匯總成專家基本一致的看法，作為預(yù)測的結(jié)果。這種方法具有廣泛的代表性，較為可靠。本文基于德爾菲法設(shè)計(jì)了專家調(diào)查問卷。問卷中首先簡要介紹了鳥擊風(fēng)險(xiǎn)評估和AHP方法的基礎(chǔ)知識，然后列出了需要專家填寫的DAHP模型中不同層次上的比較矩陣，最后提出了開放性問題，請專家對影響鳥擊風(fēng)險(xiǎn)的因素提出增減與合并建議。專家選擇是德爾菲法中一個(gè)重要問題，需要兼顧權(quán)威性和普遍性。因此，我們選擇的專家包括高等院校的鳥類學(xué)家、民航科研院所的航空安全專家以及機(jī)場一線的驅(qū)鳥人員。專家的數(shù)量需要合理設(shè)置，數(shù)量過少影響各領(lǐng)域的普遍性，數(shù)量過多造成操作困難，通常邀請10~20位專家。

2雙層結(jié)構(gòu)的DAHP模型

建立雙層結(jié)構(gòu)的DAHP模型估計(jì)鳥擊嚴(yán)重程度。在第一層結(jié)構(gòu)中，考慮飛行器（EA）和鳥（EB）兩類因素；在第二層結(jié)構(gòu)中，飛行器因素包含飛行器類型（TA）和飛行器狀態(tài)（SA）兩個(gè)子因素，飛鳥因素包含飛鳥數(shù)量（NB）和飛鳥重量（MB）兩個(gè)子因素；見下式。共邀請10名專家填寫調(diào)查問卷。其中，2名為高等院校的鳥類學(xué)家，5名為民航科研院所的航空安全專家，3名為機(jī)場一線的驅(qū)鳥人員。專家經(jīng)過3輪問卷的征詢、歸納和修改，給出了趨于一致的比較矩陣。在第一層結(jié)構(gòu)中，包含EA和EB的比較矩陣為當(dāng)鳥群密集運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于雷達(dá)分辨力有限，可能無法提供準(zhǔn)確的飛鳥數(shù)量。此時(shí)，可以通過統(tǒng)計(jì)雷達(dá)圖像中鳥群目標(biāo)的像素?cái)?shù)，大致給出對應(yīng)的飛鳥數(shù)量和種群規(guī)模[10]。最終的鳥擊嚴(yán)重程度由下式計(jì)算

機(jī)場實(shí)例

利用北京首都國際機(jī)場（三跑道）的仿真數(shù)據(jù)和北海福城機(jī)場（單跑道）的實(shí)測數(shù)據(jù)，對本文提出的鳥擊風(fēng)險(xiǎn)評估方法進(jìn)行測試。

1仿真數(shù)據(jù)

圖2所示為北京首都國際機(jī)場三條跑道（R1、R2、R3）的位置與四群飛鳥目標(biāo)（F1、F2、F3、F4）的運(yùn)行軌跡，探鳥雷達(dá)的覆蓋區(qū)域?yàn)閇-8,8]×[-8,8]。三條跑道長度分別為2km，8km和8km。表4給出了跑道與飛行器的相關(guān)信息，包括跑道端點(diǎn)的坐標(biāo)與飛行器的型號和狀態(tài)，3個(gè)飛行器的狀態(tài)均為“起飛”。跑道2的北端設(shè)定為坐標(biāo)系的原點(diǎn)。每條跑道的北端為A，南端為B。表5出了飛鳥目標(biāo)信息，包括每群飛鳥目標(biāo)的飛行起點(diǎn)和終點(diǎn)，以及每個(gè)群中目標(biāo)的數(shù)量和重量。在圖2中，每個(gè)目標(biāo)群的起點(diǎn)都被圈出，仿真時(shí)間為200s，10s更新一次坐標(biāo)數(shù)據(jù)。利用以上仿真數(shù)據(jù)，估計(jì)每群目標(biāo)的鳥擊概率和嚴(yán)重程度。圖3所示為4群目標(biāo)針對3條跑道的鳥擊概率。在圖3(a)中，目標(biāo)1距跑道1最近，其侵入跑道1的概率也最大，但由于其距跑道較遠(yuǎn)，其侵入3條跑道的概率在整個(gè)仿真過程中始終低于0.4；在圖3(b)中，目標(biāo)2對跑道3的鳥擊概率在150s之后接近100%，原因在于其在這段時(shí)間內(nèi)與跑道3距離過近（<0.6km）；目標(biāo)3在跑道1和跑道2之間的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，其侵入這兩條跑道的概率也相對較高，見圖3(c)；目標(biāo)4與3條跑道的距離基本相同，其3條概率曲線相互也比較靠近，見圖3(d)。

四群目標(biāo)針對三條跑道上不同飛行器的鳥擊嚴(yán)重程度見表6。目標(biāo)1和4的鳥擊嚴(yán)重程度等級均為H，可見一群小鳥與單只大鳥的鳥擊風(fēng)險(xiǎn)基本相同。基于圖3給出的概率估計(jì)結(jié)果和表6給出的嚴(yán)重程度估計(jì)結(jié)果，按照表1中的風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣規(guī)則，得出的鳥擊風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果如圖4所示。圖4(a)中，盡管目標(biāo)1的鳥擊概率較低，但由于其嚴(yán)重程度估計(jì)值較高，其風(fēng)險(xiǎn)等級仍然較高；圖4(b)中，目標(biāo)2對跑道1的風(fēng)險(xiǎn)等級高于對跑道2的風(fēng)險(xiǎn)等級，原因在于跑道2上的飛行器為B737，其對鳥擊的承受能力較差；圖4(c)中，由于目標(biāo)3侵入跑道3的概率較低，其對跑道3造成的風(fēng)險(xiǎn)等級也較低。跑道1的風(fēng)險(xiǎn)等級比跑道2略早達(dá)到3；圖4(d)中，目標(biāo)4與跑道1距離較近，對跑道1的風(fēng)險(xiǎn)等級也最高。三條跑道分別在50s、120s和180s達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)等級3。

2實(shí)測數(shù)據(jù)

采用“機(jī)場雷達(dá)探鳥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”獲取的北海福城機(jī)場鳥情信息，將其與機(jī)場地圖疊加，如圖5所示。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)放置在機(jī)場跑道南端，以該位置為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，跑道全長2km，兩端坐標(biāo)分別為（0,-0.3）和（0.8,2.8）。圖5共顯示了某飛鳥群目標(biāo)在1分鐘之內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，其中心位置由矩形方框標(biāo)定，運(yùn)動(dòng)方向由一條短線表示。該目標(biāo)群包括3只小鳥（0~50g），其橫穿跑道南端的同時(shí)，一架B737飛機(jī)正在滑行。采用本文提出的方法進(jìn)行鳥擊風(fēng)險(xiǎn)評估，鳥擊概率等級為“VH”，鳥擊嚴(yán)重程度等級為“L”，風(fēng)險(xiǎn)等級為2級。按照表2提出的應(yīng)對策略建議，此時(shí)應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注飛鳥目標(biāo)，必要時(shí)采取相關(guān)驅(qū)鳥措施。

結(jié)束語

本文提出的基于探鳥雷達(dá)數(shù)據(jù)的鳥擊風(fēng)險(xiǎn)評估方法為機(jī)場管理人員科學(xué)評估鳥擊風(fēng)險(xiǎn)，積極采取應(yīng)對措施提供了有力的工具。本方法考慮了鳥擊概率和嚴(yán)重程度兩方面的因素。其中，鳥擊概率估計(jì)以飛鳥目標(biāo)位置為自變量，嚴(yán)重程度估計(jì)以飛鳥數(shù)量、體重和飛行器型號、狀態(tài)為自變量。由于本方法基于實(shí)時(shí)的鳥情信息，飛鳥目標(biāo)的位置能夠及時(shí)更新，因此在鳥擊概率估計(jì)中未考慮其速度和方向因素。在鳥擊嚴(yán)重程度估計(jì)中，建立了雙層結(jié)構(gòu)的DAHP模型，避免了同一層次上參數(shù)過多造成的比較矩陣一致性問題。

作者：陳唯實(shí)萬健李敬單位：中國民航科學(xué)技術(shù)研究院