面向飞行全过程的民航事故致因关联网络分析

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.03.0679

中国安全科学学报 ›› 2024, Vol. 34 ›› Issue (3): 84-92.doi: 10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2024.03.0679

面向飞行全过程的民航事故致因关联网络分析

刘丹¹^,²^,³(), 罗颜声¹^,²^,³, 李诗轩¹^,²^,³^,^**(), 许钢焱⁴, 李墨潇¹^,²^,³

¹ 武汉理工大学湖北隆中实验室,湖北襄阳 441022
² 武汉理工大学中国应急管理研究中心,湖北武汉 430070
³ 武汉理工大学安全科学与应急管理学院,湖北武汉 430070
⁴ 香港理工大学工程学院,香港 999077

收稿日期:2023-09-14 修回日期:2023-12-20 出版日期:2024-03-28
通讯作者:
** 李诗轩(1993—),女,湖北十堰人,博士,副教授,主要从事知识组织与情报分析、应急舆情分析与文本挖掘方面的研究。E-mail: shixuanli@whut.edu.cn。

作者简介:

刘丹 (1985—),男,湖南邵阳人,博士,教授,博士生导师,主要从事公共安全与应急管理、机器学习与智能计算、风险评估与应急决策方面的研究。E-mail:liudan8575@whut.edu.cn。

许钢焱,助理教授。

李墨潇,副教授。

基金资助:
国家社会科学基金一般项目(23BGL280); 国家自然科学基金青年项目(72204194); 国家自然科学基金青年项目(52209146)

Causes and correlation network analysis of civil aviation accidents for whole flight phases

LIU Dan¹^,²^,³(), LUO Yansheng¹^,²^,³, LI Shixuan¹^,²^,³^,^**(), XU Gangyan⁴, LI Moxiao¹^,²^,³

¹ Hubei Longzhong Laboratory, Wuhan University of Technology, Xiangyang Hubei 441022, China
² China Research Center for Emergency Management, Wuhan University of Technology, Wuhan Hubei 430070, China
³ School of Safety Science and Emergency Management, Wuhan University of Technology, Wuhan Hubei 430070, China
⁴ Faculty of Engineering, The Hong Kong Polytechnic University, Hong Kong 999077, China

Received:2023-09-14 Revised:2023-12-20 Published:2024-03-28

摘要/Abstract

摘要：

为提升我国民航安全水平,面向“滑行—起飞—爬升—巡航—下降—进近与着陆”的飞行全过程,提出一种基于关联规则和社会网络分析(SNA)的致因分析方法。首先,搜集中国民航安全信息系统2010—2022年共1 051起民航事故案例,结合《控制航行服务程序—培训》,建立基于“人—机—环—管”的民航事故致因体系;其次,采用EasyData数据服务平台进行标注,构建面向飞行全过程的民航事故致因数据集,基于FP-Growth算法挖掘以飞行阶段为规则后项的关联规则;最后,考虑关联规则的共现频率,构建民航事故致因关联网络,开展飞行阶段与事故致因的中心性分析。结果表明:进近与着陆阶段是飞行过程中风险最大的阶段,运行失效、跑道安全事故和客舱安全事故是主要事故类型,在挖掘出的10个民航事故关键致因因素中,人为因素4个、设施设备因素 2个、环境因素3个、管理因素1个。

关键词: 飞行全过程, 民航事故, 事故致因, 关联网络, 社会网络分析(SNA)

Abstract:

In order to improve the safety level of China Civil Aviation, a cause analysis method, which focused on the whole process of 'taxiing-takeoff-climbing-cruising-falling-approaching and landing', was proposed based on association rules and SNA. Firstly, a total of 1 051 civil aviation accident cases from 2010 to 2022 were collected from Aviation Safety Information System. Then, a civil aviation accident causation index system based on 'human-machine-environment-management' was established in combination with 'control navigation service procedure-training'. Secondly, the EasyData data service platform was used for annotation, followed by constructing the data-set of the cause of civil aviation accidents facing the whole process of flight. Furthermore, the FP-Growth algorithm was employed to mine the association rules with the flight phase as the subsequent term of rules. Finally, this study emphasized the co-occurrence frequency of association rules, and developed the correlation network of civil aviation accident causes by applying the centrality analysis of flight phase and accident causes. The results show that the most dangerous phases of flight are the approach and landing. Operation failures, runway safe accidents and cabin safe accidents are the main types. Among the 10 identified causes of civil aviation accidents, there are 4 human factors, 2 facilities and equipment factors, 3 environmental factors and 1 management factor.

Key words: whole flight process, civil aviation accidents, cause of accident, correlation network, social network analysis(SNA)

中图分类号:

X949

刘丹, 罗颜声, 李诗轩, 许钢焱, 李墨潇. 面向飞行全过程的民航事故致因关联网络分析[J]. 中国安全科学学报, 2024, 34(3): 84-92.

LIU Dan, LUO Yansheng, LI Shixuan, XU Gangyan, LI Moxiao. Causes and correlation network analysis of civil aviation accidents for whole flight phases[J]. China Safety Science Journal, 2024, 34(3): 84-92.

图/表 14

表1

表2

民航事故致因分析

维度	主体	职责与致因分析	代表因素
人为因素	飞行员	飞机操作和驾驶的主体,飞行员的操作、驾驶经验、决策决断、情景意识等对飞行安全均有影响,是飞机运行过程中危险性因素出现最多的主体	H₄
	管制员	对飞机运行提供空中交通管制服务,为飞行员提供必要的空域信息和管制信息,是飞行安全的重要保证	H₁
	地面保障人员	包括航空器维修人员、机场服务人员等,为飞机运行提供必要的技术支持。其工作失误严重影响飞行的安全,尤其是航空器维修人员,若故障隐患未排除或未检查出已有隐患,将对飞行安全产生致命威胁	H₁₅
	旅客	民航飞机运行服务的主要对象,旅客在飞机运行过程中,未系紧安全带、将不满足规定的锂电池或含锂电池的产品带入飞机等行为不利于飞机的安全运行	H₁₈
设施设备因素	飞机本身	飞机划分为起落架、发动机、燃油系统、其他系统或零部件4部分,任一部分出现故障或零部件存在设计缺陷,对安全运行的影响是毁灭性的	F₅
设施设备因素	机场跑道	机场跑道上的标线、灯光等是保障民航安全的重要手段。跑道灯光系统的故障、设计不规范、跑道标线的缺失或模糊都在一定程度上影响飞行安全	F₃
环境因素	机场跑道环境	主要包括跑道道面环境以及跑道地理环境,跑道道面环境是指跑道道面上的干净整洁,没有金属碎片、轮胎碎片等污染物;跑道地理环境是指机场位于高海拔、多雨、多雾等对飞行安全不利的自然环境	E₁
	天气	飞机所处空域的天气状况,如下雨、多云、大风等不利于飞机运行的天气状况	E₃
	空域环境	在飞行的空域是否有鸟类,防止发生鸟击事故	E₄
管理因素	航空公司	主要负责航空运输业务的航线、对飞行员的管理等工作,若航空公司对其管理和监督不当,可能增加飞行冲突发生的风险,进而导致飞行事故的发生	M₂
	机场管理	综合管理机场内的飞机、车辆、跑道、滑行道等,完成对飞机起飞和降落的保障。若管理调度失误,可能会发生跑道入侵事故	M₅
	机组培训	对飞行员进行定期培训或复训,确保其技术可靠,工作稳定	M₁
	民航主管部门的监督	负责管理和监督民航公司、机场管理单位等机构或部门监督监管不严,可能导致民航事故的发生	M₄
	文件的不合理	民航运输有关的标准、运行手册、规则制度等设置不合理或不符合实际要求,对民航运输产生威胁	M₆

表2

表3

表4

表5

图1

图2

图3

图4

表6

表7

表8

图5

表9

参考文献 17

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维度	致因因素	标签
人为因素H	管制员工作负荷大	H₁
	管制员情景意识淡薄^*	H₂
	管制员工作失误	H₃
	飞行员工作强度大	H₄
	飞行员缺乏情景意识	H₅
	飞行员驾驶经验不足	H₆
	飞行员注意力不集中^*	H₇
	飞行员疲劳	H₈
	飞行员视线受阻	H₉
	飞行员决断失误	H₁₀
	飞行员失能	H₁₁
	飞行员操作失误	H₁₂
	飞行员检查和监督不足^*	H₁₃
	飞行员违规操作	H₁₄
	地面保障人员操作失误	H₁₅
	机组资源管理不到位	H₁₆
	机组间或机组与其他部门间沟通不足	H₁₇
	乘客异常行为	H₁₈
设施设备因素F	起落架故障或折断		F₁
	飞机零部件或系统故障		F₂
	跑道不符合要求^*		F₃
	载重失衡		F₄
	发动机故障或起火^*		F₅
	燃油泄漏或不足^*		F₆
	飞机零部件设计缺陷或技术缺陷		F₇
环境因素E	跑道道面不佳		E₁
	机场地理环境复杂		E₂
	不利的天气条件		E₃
	鸟击		E₄
管理因素M	机组培训不足		M₁
	民航管理机构监督不力		M₂
	航空公司监管监督不严		M₃
	航空公司违反规定		M₄
	机场管理混乱		M₅
	标准、规章制度、运行手册等不完善^*		M₆

事故类别	类型
飞机起火A₁	由于事故撞击或非事故撞击引起的飞机起火或冒烟
运行失效A₂	飞机的系统、部件发生故障、失控,或者飞机危险接近、相撞等
失控A₃	失控/失速
地面安全A₄	飞机与地面障碍物碰撞等
跑道安全A₅	冲偏出跑道、野生动物撞击、跑道侵入、跑道外接地等
可控飞行撞地A₆	可控飞行撞地、起飞着陆期间与障碍物相撞等
其他事故A₇	客舱安全、机长失能、鸟击、油料相关问题、数据错误等

时间	事故标题	事故原因	案例标签
2010-05-04	阿维安卡航空F100波哥大起飞(起飞)起落架故障(运行失效)	起飞滑跑过程中起落架的过度振动导致扭转阻尼器连杆固定销剪断(起落架故障或折断)	T,F₁,A₂
2011-07-17	阿伦航空AT72香侬着陆(进近与着陆)时前起落架折断(运行失效)	在恶劣的大风条件下(不利的天气条件),侧风着陆时的进近速度过大,飞机俯仰姿态控制不当(飞行员操作失误)	AL,H₁₂,E₃,A₂
2012-07-31	美联航B739丹佛遭鸟击空速指示失效(其他事故)	飞机下降过程(下降)中与鸟发生碰撞(鸟击),导致左侧空速管损坏、左右两侧主飞行显示器的空速指示失效(飞机零部件或系统故障)	D,E₄,F₂,A₇
2012-02-15	捷克航空AT42布拉格进近(进近与着陆)机长失能死亡(其他事故)	准备着陆阶段机长的猝死(飞行员失能)是由于一种罕见的、隐藏性较强的心血管系统疾病所致	AL,H₁₁,A₇

维度	事故致因因素	数目	占比/%	维度	事故致因因素	数目	占比/%
人为因素H	H₁	16	1.04	设施设备因素F	F₁	85	15.15
	H₂	62	4.01		F₂	199	35.47
	H₃	131	8.48		F₃	14	2.50
	H₄	28	1.81		F₄	12	2.14
	H₅	77	4.98		F₅	167	29.77
	H₆	28	1.81		F₆	26	4.63
	H₇	64	4.14		F₇	58	10.34
	H₈	35	2.27	环境因素E	E₁	56	22.58
	H₉	41	2.65		E₂	9	3.63
	H₁₀	118	7.64		E₃	169	68.15
	H₁₁	15	0.97		E₄	14	5.65
	H₁₂	353	22.85	管理因素M	M₁	74	25.00
	H₁₃	74	4.79		M₂	16	5.41
	H₁₄	241	15.60		M₃	59	19.93
	H₁₅	98	6.34		M₄	29	9.80
	H₁₆	38	2.46		M₅	28	9.46
	H₁₇	101	6.54		M₆	90	30.41
	H₁₈	25	1.62

序号	频繁项集	序号	频繁项集
1	AL, E_3, A₅, H₁₂, H₉	6	H₁₀, AL, M₁, A₅, E₁
2	H₁₄, AL, H₁₇, H₈, A₆	7	AL, H₁₂, M₆, A₅
3	CL, H₁₂, H₁₄, A₇, H₁₃	8	H₇, A₇
4	H₁₄, M₁, H₁₃, A₅	9	H₁₄, H₉, A₆
5	H₇, AL, H₁₇, A₅, H₁₂	10	H₃, H₂, M₂, AL

面向飞行全过程的民航事故致因关联网络分析

Causes and correlation network analysis of civil aviation accidents for whole flight phases

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序号	置信度	规则前项	规则后项
1	1.000	M₄, F₅	CL
2	1.000	H₁, E₃	CR
3	1.000	M₃, F₁	AL
4	1.000	H₈, A₂	AL
5	1.000	H₈, F₃	AL
6	0.900	M₄, A₅	AL
7	0.833	A₇, H₁₅	T
8	0.818	M₁, E₃	AL
9	0.800	H₁₅, F₄	T
10	0.800	H₇, A₆	D

序号	标签	度数中心度	中间中心度	接近中心度
1	AL	35	39.746	80.702
2	H₁₂	40	84.323	88.462
3	H₁₄	37	45.959	83.636
4	E₃	33	35.338	77.966
5	H₁₀	32	20.624	76.667
6	M₆	32	36.958	76.667
7	D	24	16.106	67.647
8	T	29	53.543	73.016
9	CR	14	4.797	58.228
10	CL	17	13.040	61.333
11	F₄	5	0.050	52.273
12	F₆	7	1.545	52.874
13	H₁₈	7	0.216	52.273
14	E₂	7	0.085	54.118
15	E₄	3	0	51.111

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