第４２卷第４期２００７年８月
西南交通大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＷＥＳＴＪＬＡＯＴＯＮＧＵＮⅣＥＲＳＩＴＹ
Ｖ０１．４２Ｎｏ．４
，ＡＩｌｇ．２００ｒ７
文章编号：０２５８．２７２４（２００７）０４彤１１Ｊ０５
基于数据仓库和ｏＬＡＰ的民航灾害
预警决策支持系统
李桷
（武汉理工大学管理学院，湖北武汉４３００ｒ７０）
摘要：为解决民航灾害预警管理中的多数据源和多目标决策的问题，构建了基于数据仓库和联机分析（ＯＬＡＰ）技术的民航灾害预警决策支持系统．该系统包括应用界面层、辅助决策功能层、库管理及接口层、信息库层和数据层。数据仓库的主题是航空公司、空管中心和机场的预警指标．设计了地域、机构、指标名称和时间４个维度，
数据仓库雪花模型，以及年度、季度和月份３种粒度．数据仓库的分割方案是首先按地区维分割，再按机构维分割．蚧绍了多维决策分析过程，包括切片、切块和旋转等操作．
关键词：民航灾害；预警；管理；决策支持系统；数据仓库；联机分析
中图分类号：Ｃ９３１．６文献标识码：Ａ
ＣｉｖｉｌＡｖｉａｔｉｏｎＤｅｃｉｓｉｏｎＳｕｐｐｏｒｔＳｙｓｔｅｍｆｏｒＥａｒｌｙＷａｒｎｉｎｇｏｆＤｉｓａｓｔｅｒｓＢａｓｅｄｏｎＤａｔａＷａｒｅｈｏｕｓｅａｎｄＯｎｌｉｎｅＡｎａｌｙｔｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ｕＫｅ
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（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭ蛆ａｇｅｍｅｍ，Ｗｕｈ锄ＵｌｌｉＶｅ埽ｉｔｙ０ｆＴｅｃｈ．，Ｗｕｈ锄４３００７０，ＣＭｎａ）Ａｂｓ订ａｃｔ：Ａｎｅａｒｌｙｗａｍｉｎｇｄｅｃｉｓｉｏｎｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍｆ出ｃｉＶｉｌ和ａｔｉｏｎｄｉｓａｓｔｅｒｓｗ船ｃｏｎｓｔｌｌｌｃｔｅｄｂ鹊ｅｄｏｎｄａｔａｗａｒｅｈｏｕｓｅａｎｄｏｎｌｉｎｅａＩｌａｌｙｔｉｃａｌｐｍｃｅｓｓｉｎｇ（ＯＬＡＰ）ｔ０ｕｔｉｌｉｚｅｍｅｄａｔａｆｂｍｍｕｌｔｉｐＩｅ∞ｕｒｃｅｓａＩＩｄｔ０ｐｒｏｖｉｄｅａｓｕｐｐｏｒｔｔｏｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｄｅｃｉｓｉｏｎｍａｋｉｎｇ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｅｓ５ｌａｙｅｒｓ：ａｐＰｌｉｃａｔｉｏｎ
ｉｎｔｅ血ｃｅ
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ｄｅｃｉｓｉｏｎｍａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ８ｌｉｃｉｎｇ，ｄｉｃｉｎｇａｎｄＩＤｔａｔｉｏｎ．ｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｉｖｉｌａｖｉａｔｉｏｎｄｉｓａｓｔｅｒ；ｅａｄｙｗ啪ｉｎｇ；ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ；ｄｅｃｉｓｉｏｎｓｕｐｐｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｄ砒ａｗａｒｅｈｏｕｓｅ；ｏＩｌｌｉｎｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
航空事故和灾害很大程度上是人为因素所造成的，因而找出与之有关的诱因并提出预控对策，是航空预警管理工作的关键环节．目前，各国学者在危机管理研究的基础上，提出了运用预警思想对灾害进行管理和预控，例如预警决策支持系统的研究…、人类生存环境的监控和预警‘２１、灾害事故管理系统研究‘３１，特别是美国“９１ｌ事件”发生以后，许多学者对航空灾害预警做了更深入的研究，提出重新构建航空安全体
收稿日期：２００６驷．１２
基金项目：国家自然科学基金资助项目（７０３７１０３４）
作者简介：李柯（１９６６一），女，副教授，博士．主要研究方向为现代信息技术与应用、经济预测与决策，电话：０２７石２６８８８７５，Ｅ．ｍａｉｌ：ｌｉ出ｉｎｋｅ＠ｐｕｂｌｉｃ．ｗｈ．１ｌｂ．ｃｎ
５１２西南交通大学学报第４２卷
系，从风险管理和预警管理的角度加强对灾害的防范及快速响应，同时注重对灾害预警信息的研究Ｈ】．从管理的角度对民航灾害发布预警，要通过大量的历史数据监测当前状态和预测未来的发展趋势．这些数据来源于航空公司、空管中心和机场等不同的渠道．由于数据来源复杂，在我国目前的管理体制下很难形成统一的指标数据时间序列，而且由于历史原因，甚至有些数据到现在还以人工报表文件的格式保存．另外，整理指标数据需大量时间．为解决上述问题，笔者结合当前的信息技术，开发了民航灾害预警决策支持系统软件，并配套开发了基于民航灾害预警的数据仓库以及对应的数据仓库管理系统，利用联机分析处理（ＯＬＡＰ，０ｎ—ｌｉｎｅ肌ａｌｙｔｉｃａｌｐｍｃｅｓｓｉｎｇ）工具构建民航灾害动态分析、监测和预测的预警决策支持系统．
１系统总体方案
民航灾害预警决策支持系统应实现５个主要功能：监测、评价、预警、综合分析和综合查询．
（１）监测．通过设计一套反映民航灾害诱因的指标体系，计算出历年的基础指标，判断民航灾害的总体发展趋势．
（２）评价．包括对航空公司、空管中心和机场的评价．对航空公司的评价包括机组、机务、环境和管理４个方面；对空管中心的评价包括行为人、机务、环境和管理４个方面；对机场的评价包括行为人、设备、环境和管理４个方面．
（３）预警．确定航空危险警戒线．通过对民航灾害预警基础指标的预测和评价，根据灾害事故的危险程度发出警告，同时提出相应的措施，供决策者参考．
（４）综合分析．通过对民航灾害预警指标体系各层指标评价结果的成因分析，剖析民航灾害发生的原因．
（５）综合查询．包括监测结果查询、评价结果查询、预警结果查询和预控对策查询等．
根据以上需求，针对传统决策支持系统存在的问题，采用数据仓库技术和ＯＬＡＰ技术，设计了民航灾害预警决策支持系统，系统体系结构及数据流向如图ｌ所示．整个系统结构从逻辑上可分为５层．
应用界面
辅助决策功能层库管理及接口层信息库层
数据层
人机交互界面
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０：￡Ｓ？
监测子系统预警子系统评价子系统综合分析子系统综合查询子系统工工工：工
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《型库管理系统ＯＵ心系统数据仓库管理系统决策信息库管理系统方法库管理系统工＼／工工昏司臣据仓刁臣策信息司昏法刁昏…菲三心尜场数刁
图１民航灾害预警决策支持系统结构
Ｆｉｇ．１Ｓｙｓｔｅｍｓ叽ｌｃｔｕｒｅ０ｆｔｌｌｃｃａｄｙｗ锄ｉｎｇｄｅ幽ｉｏｎ
８ｕＰｐｏｒｔ８ｙ８ｔｅｍ
ｆ撕ａｃｉｖｉｌａｖｊ硝帆ｄｉｓ鹊ｔｃｒ
（１）应用界面层提供用户和系统之间的信息传递和交流，包括用户图形界面．
（２）辅助决策功能层包括对监’测、评价、预警、综合分析和综合查询５个业务功能的解释和控制，是系统的问题接口部分．一
第４期李柯：基于数据仓库和ＯＬＡＰ的民航灾害预警决策支持系统５１３
（３）库管理及接口层由模型库管理系统、数据仓库管理系统、决策信息库管理系统、方法库管理系统和ＯＬＡＰ子系统组成，是整个系统的核心．这５个子系统完成各类数据的接口以及信息库的管理功能，包括所有库的构建、存储、更新和维护等．ＯＬＡＰ可实现多维分析显示．。
（４）信息库层包括模型库、数据仓库、决策信息库和方法库，其中数据仓库的数据来源于航空公司、空管中心和机场，决策信息库用于存储和检索历史决策方案和信息．
（５）数据层是原始数据来源，包括航空公司数据、空管中心数据和机场数据．
２数据仓库模型设计
该阶段的任务是进行数据仓库的逻辑设计，其过程主要包括４个基本步骤：确定合适的主题、设计维度、划分粒度和设计事实表”Ｊ．
２．１主题确定
数据仓库的最大特色是面向主题的应用，在构建数据仓库前期应明确其对应的主题．通过前面的需求分析，可以确定本数据仓库的主题是应用于航空公司、空管中心和机场的指标数据，也就是以反映民航灾害诱因的指标体系为主线，定期汇集各方统计的指标数据．
本系统数据仓库的数据应具有以下５个属性：
（１）数据来源分为航空公司数据、空管中心数据和机场数据；
（２）数值频率分为年度数据、季度数据和月份数据；
（３）数值单位用百分比、次数、等级等；
（４）数值时间点分别是年度数据为年份，季度数据为年度加季度，月份数据为年度加月份；
（５）数据所属的指标体系．
２．２维度设计
从系统需求分析和确定的主题中可知，在本数据仓库中民航灾害预警分析要指定研究的地域、面向的机构、使用的指标序列名称以及指标数据的时间长度，即地域、机构、指标名称和时间是维度，事实表（见图２）中的数据是指标数据，可表示为（地域，机构，指标名称，时间）．
ＯＬＡＰ作为决策支持系统提供的主要分析手段之一，通过对多维数据采取切片、切块、旋转、透视等操作剖析数据，使用户能多角度、多侧面地观察数据仓库的数据，从而深入地了解包含在数据中的信息内涵．２．３逻辑模型设计
逻辑建模是数据仓库实施中的重要环节．它能直接反映用户需求，同时对系统的物理实施有重要的指导作用．根据前面的维度设计，该数据仓库的逻辑模型设计为雪花模型，如图２所示．
地区表
地区编号地区名称其他属性
机构表
扭掏缉曼机构名称其他属性
事实表
地区绳曼
扭塑绳呈
指拯缉曼
旦期拯迟
指标数据
哥雏
指标表
塑盥
指标名称
层次编号
指标来源
指标单位
数值频率
层次表
屋达绳曼
层次名称
年表
生
图２数据仓库雪花模型
Ｆｉｇ．２Ｓｎｏｗｍｏｄｅｌ０ｆｄａｔａ
ｗａ他ｈｏｕ肫
该模型的中间是事实表，周围是维度表．每个维度表通过一个关键字（下划线所示）直接与事实表关联．
５１４西南交通大学学报第４２卷
２．４粒度选择
在民航灾害预警的指标体系中，根据指标统计属性可分为３种类型：年度指标、季度指标和月份指标．按照粒度的概念，本数据仓库设计为年度、季度和月份３种粒度．
２．５数据分割
按照数据仓库中数据分割标准和民航灾害预警分析软件的实际需要，本数据仓库的分割方案是首先按地区维分割，再按机构维分割．民航灾害预警机构维分为航空公司维、空管中心维和机场维．这样，每个地区就形成了３类数据集市：航空公司集市、空管中心集市和机场集市，并将数据仓库的４维结构转变成数据集市的３维结构．然后再对每类集市分别按粒度分割，这样在不改变维结构的情况下又形成了３个子集市：年度子集市、季度子集市和月份子集市，其中子集市的时间维的维值分别为年度、年度＋季度和年度＋月份，子集市的指标维分别是航空公司、空管中心和机场的年度指标、季度指标和月份指标．子集市中的航空公司维、空管中心维和机场维在各类型的子集市中是统一的．
３ｏＬＡＰ分析设计ｃ
３．１切片
在多维数组的某一维上选定某维成员的操作称为切片，即在多维数组中选维ｆ，并取其中的维成员，所得的多维数组的子集称为在维￡上的切片．
例如，在航空公司数据集市三维立方体中选取航空公司进行切片，可得到各航空公司在不同时间的灾害预警指标数据，如图３所示．．
时间一曼
图３切片
ＳＨｃ鲳
Ｆｉｇ．３
３．２切块．
在多维数组的某一维上选定某个二维区间的维成员的操作为切块，即限制多维数组的某一维的取值区间．如在航空公司数据集市三维立方体中选取时间从２００６０ｒ一２００６０５进行切块，可得到各航空公司在此时间段下各个灾害预警指标［６】，如图４所示．
总数
蛊
２００６０ｌｚｕ０６０５时间
图４切块
‘
Ｆｉｇ．４Ｄｉｃｉｎｇ
３．３旋转
旋转即改变报告或页面显示的维方向．例如，旋转可能包含交换行和列，或是把某行维移到某列维中去，或是交换页面现实中的维和页面外的维（令其成为新的行或列），旋转的示例见图５．
第４期李柯：基于数据仓库和ＯＬＡＰ的民航灾害预警决策支持系统５１５航空公司
航空公司”
航空公司”
时间时间
图５旋转
Ｒｏｔａｔｉ∞
Ｆｉｇ．５
４结束语
采用数据仓库和ＯＬＡＰ技术，利用民航灾害预警管理的理论，设计了民航灾害预警决策支持系统的体系结构，包括应用界面层、辅助决策功能层、库管理及接口层、信息库层和数据层等５个层次．该系统结构的特点是具有问题引导功能，并融合了数据仓库和ＯＬＡＰ分析技术．设计了民航灾害预警数据仓库的实现方案，包括主题确定、维度设计、逻辑模型设计、粒度划分、数据分割等，以及民航灾害预警的多维决策分析系统，包括切片、切块和旋转等操作．
该系统旨在通过挖掘隐藏的导致危险发生的诱因并提出预控对策，实现对民航灾害的监测、评价、预警和综合分析，为从管理的角度对民航灾害进行预警提供技术方案．
由于民航灾害预警系统涉及多个民航部门，该系统的应用还需对有关管理体制的建立以及数据源的数据规范进行深入的研究．
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（中文编辑：秦萍玲英文编辑：刘斌）
基于数据仓库和OLAP的民航灾害预警决策支持系统
作者：李柯， LI Ke
作者单位：武汉理工大学管理学院,湖北,武汉,430070
刊名：
西南交通大学学报
英文刊名：JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY
年，卷(期)：2007，42(4)
被引用次数：6次
参考文献(6条)
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计算机信息化管理在民航业已得到广泛的应用，从民航各信息系统的特点来看，存在环境异构、数据与业务无法有效共享、跨平台集成困难等急需解决问题，为实现准确反馈和优化调度的目标，需要民航各系统之间能够实现灵活性高、语言独立、松散耦合的应用集成，从而有效提高不安全事件或差错预警的时效性，最大限度地降低差错的发生率。
Web服务具有开放的标准协议、高度的可集成能力、松散的耦合性和良好的封装性等优势，它为解决以上民航系统集成问题提供了有效的途径；应用Web服务所具有的跨平台互操作性、重用性等特点能为多个业务服务和多个部门提供一个单一的公用的框架，方便异构应用系统之间的有效集成。
本文主要研究了系统异构条件下基于Web服务的应用集成，并针对民航安全性要求比较高的特点，结合WS-Security规范，对异构系统应用集成过程中Web服务安全性进行一些研究和实践性工作。论文的主要工作体现在如下几点：
1) 本文分析了基于Web服务应用集成的国内外发展现状及存在的问题，总结了传统应用集成的局限性和基于Web服务应用集成的优势，并研究了Web服务的特点及Web服务相关技术。
2) 结合民航异构系统B/S模式的特点，提出基于Web服务应用集成的方案；出于安全性能的考虑，设计和分析了应用集成过程中Web服务安全控制策略。
3) 基于民航灾害预警机理与方法研究，开发了民航机务维修差错预警专家系统，分析了异构系统的特点，并根据其处理信息特征进行了Web服务的设计。
4) 以开发的“民航机务维差错预警专家系统”和现有的“空管中心预警管理信息系统”为原型，建立了基于民航系统的私有UDDI注册中心，结合所提出的集成方案，并遵循WS-Security规范，通过服务的创建、部署、发布、查询和安全性调用服务等机制，实现了松散耦合的应用集成，验证了应用集成方案的安全性和有效性。
本文的特色之处在于：将Web服务技术应用于民航异构系统应用集成的过程中，根据民航自身安全性特点，以Web服务授权代理和SOAP消息身份验证相结的方式，实现了跨平台的互操作性和异构系统间数据共享的同时，提高了应用集成过程中的安全性能。本学位论文得到国家自然科学基金资助项目“民航灾害预警机理与方法研究”(批准号：70371034)的资助。
7.期刊论文罗帆.平芸.郭仕平.刘海民航飞行品质监控及预警管理探索-交通运输工程学报2002,2(3)
目前,中国各大航空公司开展了飞行品质监控、对监控数据的分析,为保证飞行安全,加快新飞行员的培养提供了有效的科学手段.然而,飞行品质监控的预警管理功能亟待加强.通过调查分析中国民航飞行品质监控的管理模式和管理措施,提出了利用民航飞行品质监控进行民航灾害预警管理的新思路,探讨了民航飞行品质监控的预测方法.计算结果表明,可采用指数平滑法预测超限事件的发生趋势,及时发现民航事故的早期征兆,为民航灾害预警管理提供对策依据.
8.学位论文赵荔航空公司人力资源预警机制研究2006
随着我国经济的飞速发展，我国民航业取得了空前的发展，航空运输量逐年增加。与此同时，民航飞行灾害发生的机率也在加大。民航交通灾害的发生一般由民航运输过程中外部环境突变、人为失误与飞机失控等因素相互作用所造成。航空事故不仅造成了不可挽回的人员伤亡和巨大的经济损失
，而且在社会上形成了不良影响。
航空公司承担着民用航空的主要生产经营任务，它本身作为一项复杂的系统工程，涉及地面保障和空中服务等多方面的计划、组织、协调和指挥
，安全管理异常复杂。加强对航空公司的管理与研究，完善管理机制，降低管理致灾因素发生率，是保证安全飞行所不可忽视的问题。
人力资源预警管理旨在对组织人力资源管理有效性的偏离、效率低下以及人力资源管理波动和失误等现象进行早期警报和早期控制。由于人力资源系统是组织其他系统运作的基础和支撑，一旦出现危机，将对组织产生较大范围的负面影响，引起组织管理的全面崩盘。因此，建立人力资源预警管理，使人力资源系统具有自我防错纠错机能，保证组织经营活动正常运作，对组织具有极为重大的意义。
本课题从航空公司人力资源管理现状出发，通过分析其现状及缺陷，揭示人力资源管理缺陷与民航灾害的内在联系，寻找民航管理致灾因素的根源，在实证研究的基础上，采用实证调查与理论研究相结合、统计分析与案例分析相结合、定性分析与定量分析相结合的研究方法，深入探求航空公司人力资源管理机制缺陷。并探索有效的航空公司人力资源预警管理模型，构建相应的预警指标体系。本课题研究不仅对于完善航空公司人力资源管理，提高对人力资源危机的应急能力，降低因人力资源管理缺陷所导致的事故率具有重要意义，而且对于强化整个民航系统安全管理，完善安全预警系统，预防事故的发生，保证飞行安全具有一定理论参考价值1。
9.学位论文文君基于MAS的民航机务人为因素控制专家系统研究2006
根据波音公司2001年的预测报告，到2020年，中国拥有的客机机队规模几乎是现在的4倍，国内和国际市场运输量和航班频率将大幅度增长，届时我国民航的安全管理和竞争能力将面临严峻的挑战。正是在这样的历史背景下，民航总局倡导加快运用现代信息技术管理手段来建立有关体系和制度，促进民航业的健康、稳定、持续发展。
目前，在我国航空行业，人工智能技术在设备故障诊断、检测、装置效能评估、维修质量评估、仿真等以设备、系统、环境等为对象的研究领域应用较多，通常采用模糊神经网络、基于规则的专家系统等。而人的因素、人的行为仿真等以人为对象的研究领域则多是在21世纪初才引入我国，处于刚刚起步的阶段。并且，近年来的研究表明：与人为因素相关的飞行事故，已由原来的20﹪增加至80﹪，因此，加强人的因素智能化研究是具有紧迫性和必要性的。
由于引起航空灾害因素的复杂性和广泛性以及一些客观存在的原因，本课题作为国家自然基金项目：民航灾害预警机理与方法研究的一个子课题
，针对航空公司机务部门的实际情况，对航空人员维修差错管理系统进行智能化研究。
本文通过广泛深入地调研活动，在分析和了解目前民用航空维修中人的因素现状以及预防差错的思路与对策的基础上，引入专家系统技术与Agent技术，构造出一种智能化混合系统，运用于航空人员维修差错管理中，并给出相关诱因或对策。主要工作包括六个方面：一是总结和归纳了航空机务维修中差错的类别和诱因；二是消化和吸收了软件工具JESS和JADE技术(全英文)，并在本系统的开发上作出了成功运用；三是利用MAS解决了传统专家系统知识储容量和运行速度的矛盾。将知识分处于不同的Agent知识库中，利用Agent的通讯解决分散知识的整合与协同，提高了系统的速度和智能性，同时更便于功能模块的独立开发和知识扩展，使繁琐的程序开发工作化整为零；四是在调研和理论研究的基础上，完成了基于MAS的航空人员维修差错专家系统的总体框架设计；五是完成了典型Agent的设计，实现了JESS和JADE的有效融合；六是解决了Agent之间的通讯问题，实现了多Agent联合推理。本文的创
10.期刊论文罗帆.熊伟.Luo Fan.Xiong Wei民航事故征候的灰色预测-价值工程2008,27(1)
运用灰色预测法研究了中国民航1996-2005年事故征候数的变化规律,通过建立事故征候数的灰色预测模型,对未来几年的事故征候数进行了预测,从而为民航灾害的预警管理工作提供科学的决策依据.
引证文献(5条)
1.阚德涛图书馆数据仓库系统研究[期刊论文]-图书馆学刊 2009(10)
2.李美龙.黄毅东基于数据仓库电信经营分析系统设计与实现[期刊论文]-福州大学学报（自然科学版） 2009(6)
3.朱秀云基于数据仓库的油田数据中心设计[期刊论文]-中国科技博览 2009(10)
4.孙建芳.朱钒.谢小鹏.XIE Xiao-peng OLAP技术在多品种离散生产制造管理决策中的应用[期刊论文]-制造业自动化 2009(5)
5.李坤数据仓库在油田数据中心建设中的应用[期刊论文]-工业控制计算机 2008(6)
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