2.3　水上跑道侵入风险管理的研究

民航管理部门对陆上跑道侵入的概念及分类都有清晰的界定。按照国际民航组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）相关文件，跑道侵入是指发生在机场的任何航空器、车辆或人员误入指定用于航空器起飞或着陆的地面保护区的情况[74]。根据跑道运行的特点，飞行器速度高，对侵入避让困难；起降操作复杂，飞行员高度紧张，对侵入感知能力弱；发生概率高，事故损失严重；涉及车辆驾驶员、空管员、飞行员及场务人员，参与主体多，管控难度大[15]。水上跑道侵入在飞行员、空管员、安全员等互动组织过程方面与陆上跑道侵入具有相似性，而在起降环境、水域共享等方面与船舶碰撞具有相似性。因此，本部分从陆上跑道侵入和船舶碰撞两个方面进行文献回顾。

2.3.1　陆上跑道侵入风险的研究

跑道侵入是航空安全管理实践及研究的重点课题，工程技术领域的研究者倾向于通过技术手段规避侵入事件，例如开发场面监控和冲突告警系统、评估无线电通信技术、优化场面平面布局、布设场面雷达及传感器、优化场面灯光及标识等[76]。然而，侵入事件发生的前提是人机环管等维度多种风险因素耦合[77]，不考虑人员和组织因素，单纯的技术防护难以达到预期效果。因此，安全管理专业的研究者更倾向于综合考虑人机环管等各维度风险因素，研究成果主要集中在风险因素识别、风险评估预警、风险成因机理等方面。

风险因素识别的研究，多是通过数理统计方法，分析侵入事件特征数据与影响因素的相关性，确定各因素对侵入事件的影响程度。例如，霍志勤等采用最小二乘法对侵入结果和影响因素进行多元回归分析，结论认为典型差错对跑道侵入存在显著影响，其他影响因素还包括飞行区管理混乱、人员车辆擅自进入跑道、军民合用机场协调不畅、人员缺乏培训、无跑道侵入意识等[76]。张晓全等将侵入事件的严重等级与飞行员差错（PD）、空管人员差错或违规（OE/OD）、车辆或行人违规（V/PD）等三类事故原因做相关性分析，结论认为预防A、B类（高风险等级）跑道侵入的关键是要加强行人和车辆驾驶员的飞行区准入管理以及提高多主体间通信质量，预防C、D类（低风险等级）跑道侵入的关键是要强化飞行员标准作业规程（SOP）的遵守[77]。罗军等采用G1法和专家经验分析法，确定最小接近距离、能见度／跑道视程／云底高、跑道刹车状况、补救措施、通信状况、管制员差错、飞行员差错等事故影响因素的标度和权重系数，构建了跑道侵入严重等级数学算法模型[78]。Adam G.L.等认为跑道侵入发生的前提是多种风险因素耦合，单一因素无法促成跑道侵入事件[79-80]。据美国联邦航空管理局（FAA）统计，72%的民航跑道侵入与飞行员差错相关，Yu-Hern Chang采用实证方法筛选跑道侵入中影响飞行员差错的影响因素，最为显著的因素包括：情景意识和注意力、操作差错／过失、通信技能、指令回诵、交叉询问、疲劳控制、应急处置能力、机场照明、跑道标识等[81]。

跑道侵入风险评估方面，通常按照指标筛选、确定权重、综合评价的步骤，采用模糊集理论和TOPSIS方法、高斯贝叶斯网络模型[82]、认知可靠性和失误分析方法（CREAM）[83]和事故树分析（FTA）[84]等研究方法。林雪宁将侵入事件影响因素分为可观测的表层因素和不可观测的隐含因素，构建高斯贝叶斯网络模型，利用因素间直接关系及条件概率，评价侵入事件发生概率[82]。高扬等运用Bowtie模型评估和判定跑道侵入隐患、可能的事故原因以及后果，分析重点放在风险控制和组织控制的薄弱环节上[83]。Dohyun Kim等集成层次分析法（AHP）和事故树模型（FTA），将韩国金浦国际机场作为案例，对15种跑道侵入风险赋权重，分析评估跑道侵入发生概率[84]。

风险机理研究多采用建模仿真的创新性方法。例如，田洁等基于多A-gent动态仿真和形式化推理，结合具体案例对跑道侵入事件中个体行为进行危险场景仿真分析[85]；Stroeve等集成流行病学事故模型和蒙特卡洛仿真技术，始于系统的变异性以及互动性，对跑道侵入过程进行仿真模拟和安全风险评估[86]；Landry等在识别和监测跑道侵入风险时运用了复杂网络理论，并以案例机场进行了模型验证[87]。

综上所述，目前对跑道侵入研究，多关注飞行员、空管员和场面人员（行人和车辆驾驶员）等一线人员作业层面的差错和违规行为，这些是直接导致侵入事件发生的诱因，但对导致差错和违规行为的安全管理体系、外部监管机制因素及员工心理认识层面因素关注较少。侧重数理统计、综合评价和行为仿真分析，而对跑道侵入缺乏机理性研究，较少分析风险在组织内传递蔓延过程，鲜有对各主体策略选择的分析，没有揭示风险因素对于侵入事件的诱发演化机理。

2.3.2　船舶碰撞风险的研究

船舶碰撞风险是水运交通实践及研究的重点课题，研究较为成熟。研究成果集中在三个方面：一是宏观碰撞风险研究，评估具体水域或航道通航船舶碰撞风险；二是微观碰撞研究，分析船舶之间碰撞风险及避碰策略；三是碰撞事故后果及分级研究，分析船舶特征及风浪等海况特征与船舶碰撞后果的关联性。

（1）宏观碰撞风险

该类研究多基于特定水域或航道的历史交通流量、船舶碰撞事故、港口航道水文等数据，评估和预测该水域或航道船舶碰撞相关指标。主要包括碰撞次数和碰撞率、会遇次数和会遇率、碰撞概率风险等，前两个指标属于统计描述指标，后一个指标侧重基于历史数据的风险预测。船舶碰撞次数是指某一水域单位时间内船舶碰撞平均发生次数，碰撞率定义为单位时间内碰撞船舶与航行船舶数量之比，会遇次数和会遇率也采用相似的计算方法。

宏观碰撞风险研究较常见的方法是定量模型，包括FSA（Formal Safety Assessment）分析法[88-89]、系统动力学[90]、模糊综合评价[91]、人工神经网络法[92]、贝叶斯网络法[93]等。在研究香港水域船舶交通信息的基础上，MARA研究组建立了基于FSA风险分析法的海上交通风险评估模拟模型[89]。曹久华等借助系统动力学方法，对港口通航风险成因耦合机理进行仿真分析[90]。薛伟在研究整理大连港水域船舶碰撞事故资料的基础上，基于模糊综合评价法、粗糙集等方法建立了船舶碰撞事故风险分析模型[91]。以港口水域船舶碰撞风险识别和人工神经网络为基础，杨田学构建了船舶碰撞风险分析框架及对应的数学模型，并通过国内港口样本数据训练模型，最终确定模型的参数；该模型可用于分析评估同类港口船舶碰撞风险[92]。轩少永等收集整理并研究了国内船舶事故数据，利用贝叶斯概率论评估了碰撞事故发生的频率与后果[93]。

（2）微观碰撞风险

该类研究以会遇两船之间的碰撞风险为研究对象，基于概率理论量化评估本船与周围船舶的碰撞可能性，最具代表性的研究是船舶领域理论（SDT）和概率风险评估方法（PRA）。张金奋基于D-S证据理论融合处理了两船会遇时间和会遇距离增益，获取了每个时刻的决策效果评价结果；在国际海上避碰规则的基本要求下，研究了两条船舶在近距离会遇情况下的避碰时机选择问题，提出了分布式实时避碰决策方法[94]。邱志雄研究了海上船舶碰撞、搁浅的危险性，以及船舶避碰、避浅实践，界定了船舶形成碰撞紧迫局面时间（TCQA）和船舶形成搁浅紧迫局面时间（TCQG）的概念，并建立了数学模型；此外，还制定了船舶碰撞、搁浅危险的判定准则，构建了评价数学模型和监管智能决策支持系统[95]。

为了使操船者在特定水域操船时能够评估实况风险，汤国杰利用大型船舶操纵模拟器上的实操验证了风险评价模型，并建立了风险控制预案[96]。高霞重点关注造成船舶碰撞事故中的人为因素，通过案例样本挖掘“瞭望不全面、航速过快、信息交流不畅、设备使用不当、判断错误、应对失当”等人为因素的因果关系链，确定贝叶斯网络结构，利用案例样本验证了模型有效性[97]。基于会遇和会遇率，日本学者Fujii建立了碰撞风险评价模型[98]。基于FSA数据分析及事件树分析方法，Tamura Yuka等统计出渔船与货船间的碰撞事故数据，并计算碰撞率，以此表示碰撞风险及损失；此法能够推出和人为因素相关的安全评估[99]。

（3）船舶碰撞事故后果

该研究领域成果较为丰富，其中由于油轮泄漏及LNG船舶泄漏事故频发、危害性大、关注度高，是近些年该领域的研究热点。借助计算机仿真软件，高万龙评估预测LNG船舶碰撞后发生泄漏可能造成的后果，包括事故可能导致的人员伤亡数量[100]。屠艳、任华胜等采用PT Pedersen碰撞模型和DNV风险评估软件Neptune，计算了船舶碰撞事故发生概率以及碰撞后溢油扩散情况[101]。

有学者就船舶碰撞事故影响因素与后果严重程度进行关联分析。薛伟运用粗糙集理论对船舶碰撞事故后果的影响因素进行量化分析[91]。杨田学总结了船舶碰撞的六类后果：人员受伤、人员死亡、环境与社会损失（这四项为间接损失）、船损与其他直接损失（这两项为直接损失），然后将它们量化，接着他又运用“后果当量”的概念，统一了船舶碰撞的直接和间接后果[92]。闫化然基于粗糙集理论，分析了13类影响船舶碰撞的因素：风、浪、流、碰撞交角、撞击船特征（大小、种类和速度）、被撞击船特征（种类、速度、船龄）、材料、撞击位置、机械状态等，将对碰撞结果影响最明显的因素筛选了出来[102]。

2.3.3　水上飞机与船舶碰撞风险的研究

水上飞机是指为了能在水面操纵而设计的航空器，接触水面时，其属性为船舶，而脱离水面时的属性为航空器，其起降操作需在特定的水面操作区完成[103]。其操纵特性、运行特征和普通船舶不同，由于起降速度快、起降水域开放等原因，较大的碰撞风险存在于水上飞机和船舶之间。国内外飞行器设计等领域学者对其水上飞机起降性能[104]、波浪水面上降落动力特性[105]、起飞速度适航要求[106]等方面进行了系统研究，这为水上飞机的设计制造及其安全性能提供了技术保障。武汉理工大学翁建军团队在水上飞机与船舶碰撞风险方面的研究具有代表性。翁建军、周阳等结合水上飞机水面滑行及起降过程的动态特点，运用人机工程理论，识别了水上飞机与船舶的碰撞风险因素，确定了各因素之间的相互关系及其影响程度；基于集成DEMATEL-ISM方法，构建了四层次的水上飞机与船舶碰撞风险因素多级递阶结构模型[5]。Zhou等运用元胞自动机描述水上飞机和船舶的混合交通情况，将水上飞机起飞或着陆事件干扰水域交通恢复时间作为关键评估指标，提出了以保障通航效率和起降安全为前提的调度方案[107]。翁建军、秦雪儿等基于船舶跟驰距离模型理论，分阶段（滑行、起飞、降落）分别建立了水上飞机的安全领域模型，用于描述起降过程中水上飞机与船舶间的安全会遇距离，结合水上飞机类型、起降速度、船舶类型等参数，可以推算出水上飞机起降移动的安全区尺度[108]。

2.3.4　相关文献评述

整体上看，国内外学者注重陆上跑道侵入风险的研究，在跑道侵入风险因素分析、风险评估及动态仿真模拟等方面成效显著。在陆上跑道侵入风险分析方面，学者们普遍认为侵入的直接诱因包括飞行员差错（PD）、空管人员操作差错或违规（OE/OD）、车辆或行人违规（V/PD），而飞行区管理混乱、人员车辆擅自进入跑道、军民合用机场协调不畅、人员缺乏培训、无跑道侵入意识、能见度低、跑道标识模糊等是导致这些操作失误或违规的间接因素。船舶碰撞研究较为成熟，形成了较为固定的研究范式，碰撞事故发生概率及碰撞后果是其中的研究热点，多数从水域碰撞历史数据中，计算航道气象水文条件、船舶尺寸类型等因素对碰撞概率和事故后果的影响，进行风险评估和预测预警。

水上飞机既具有通用航空的一般特征，又因其在水面起降而具有特殊性。根据《国际海上避碰规则》，水上飞机与水面接触，视作船舶，要求符合海事法则；一旦离开水面，又被视作航空器，接受航空管制[5，103]。水上机场具备陆上机场的功能，同时也具备游艇船舶码头的特点。水上跑道侵入与陆上跑道侵入在成因机理及事故危害方面具有相似性，但因其处于开放水域，又具有独特性。因水上飞机水面起降阶段被视作船舶，因此船舶碰撞与避碰研究可以为水上跑道侵入研究提供借鉴。目前，水上飞机与船舶异质交通流组织方面只有零星研究成果，分布在碰撞影响因素、交通流组织、会遇距离计算等方面，未见水上跑道侵入风险相关研究。