دانش و فناوری هوافضا

دانش و فناوری هوافضا

مطالعه‌ تطبیقی سه مدل ماتریس در ایمنی هوانوردی با استفاده از یادگیری ماشین با داده های واقعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی هوا فضا، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 گروه مهندسی مکانیک، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده
ایمنی هوانوردی به شناسایی دقیق و اولویت‌بندی مؤثر مخاطرات عملیاتی وابسته است. ماتریس ریسک ایکائو با وجود سادگی و مقبولیت جهانی، در شناسایی سناریوهای پیچیده و مرزی محدودیت دارد. این مقاله سه مدل ماتریس ریسک شامل ماتریس استاندارد ایکائو، ماتریس فیلتر دوگانه و ماتریس تاب‌آور اصلاح‌شده را از نظر قابلیت یادگیری توسط شبکه عصبی و اعتبارسنجی با داده‌های واقعی مقایسه کرده است. برخلاف مطالعات پیشین، از ۴۷,۷۲۳ گزارش رویداد واقعی پایگاه داده ناسا و پنج ویژگی ورودی با شبکه پرسپترون چندلایه استفاده شده است. عملکرد مدل‌ها با معیارهای MSE، RMSE، MAE و R² ارزیابی گردیده است. مدل تاب‌آوراصلاح‌شده با R²=0.9612 و MAE=1.108 بهترین عملکرد را نشان می دهد؛ سپس مدل فیلتر دوگانه و ماتریس استاندارد ایکائو قرار گرفتنده است. آزمون فریدمن برتری معنادار شبکه عصبی را تأیید کر. (p < 0.001) افزودن سطوح میانی به ماتریس ایکائو، بدون تغییر منطق ضرب احتمال و شدت، قابلیت یادگیری را بهبود می‌بخشد. مدل فیلتر دوگانه با وجود عملکرد خوب، به دلیل پیچیدگی محاسباتی برای کاربردهای برخط توصیه نمی‌گردد. اعتبارسنجی با داده‌های واقعی نشان داده است شکاف معناداری بین عملکرد مدل‌ها روی داده‌های شبیه‌سازی و واقعی وجود دارد و استفاده از داده‌های واقعی در پژوهش‌های آتی ضروری است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

A Comparative study of three matrix models in aviation safety using machine learning with real data

نویسندگان English

reza safarzadeh.samarghandian 1
Farshad Pazooki 1
Shahram Etemadi Haghighi 2
Ahmad Mamandi 1
1 Department of Aerospace Engineering, SR.C, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, SRC, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

Aviation safety depends on accurate identification and effective prioritization of operational hazards. The ICAO risk matrix, despite its simplicity and global acceptance, has limitations in identifying complex and borderline scenarios. This article compares three risk matrix models the standard ICAO matrix, the dual-filter matrix, and the modified resilient matrix in terms of learnability by a neural network and validation with real data. Unlike previous studies, 47,723 real event reports from the NASA database and five input features were used with a multilayer perceptron network. Model performance was evaluated using MSE, RMSE, MAE, and R² criteria. The modified resilient model showed the best performance with R²=0.9612 and MAE=1.108; the dual-filter model and the standard ICAO matrix ranked next. The Friedman test confirmed the significant superiority of the neural network (p < 0.001). Adding intermediate levels to the ICAO matrix, without changing the logic of multiplying probability and severity, improves learnability. The dual-filter model, despite its good performance, is not recommended for online applications due to computational complexity. Validation with real data has shown that there is a significant gap between model performance on simulated and real data, and the use of real data in future research is essential.

کلیدواژه‌ها English

Resilient Matrix, ICAO Risk Matrix, Dual Filter Matrix, Machine Learning
Safety Management System