武丁杰

（中国民航飞行学院 四川 广汉 618307）

随着民用航空的高速发展，管制员的工作面临着更大的挑战.管制员负荷逐步成为限制空域容量的瓶颈［1］.而作为管制工作的最终实施环节，各种其他制约因素都会反映在管制员的工作负荷上.因此找到一种有效量化管制员负荷的方法对有效实施流量管理，合理配置人力和扇区有着重大的意义.

本文就管制员的工作负荷定义提出了新的概念，在此新概念的基础上讨论分析了管制员的工作负荷影响因素，对管制员管制工作进行量化.并结合西安空域内管制员的实际负荷对空域容量进行评估验证.

1 空中交通服务容量定义

通常空中交通容量的定义为：指定空域和机场在某一特定时间内能够接收的最多数量的航空器架次，即为该空域和机场的空中交通服务容量［2］.管制员工作负荷饱和时，航班不能再增加，这时的容量即到达了饱和.因此，在管制员工作负荷处于饱和状态的时间段内，航班架次与时间的比值即是容量.

以上的容量定义能较好的描述一个机场或空域的情况，但在使用中却与管制员负荷脱节，一个分布不均匀的交通流可能会使某管制单位不堪重负，甚至出现事故，而在单位时间里显现出的容量却不大.所以与管制员负荷相关的容量定义是指某个时刻管制员能同时指挥的飞机数量.此可视为定义中把某一时间缩小到一个时刻后得到的引申.

2 管制员负荷的确定与计算

根据管制员的工作内容，管制员工作负荷可定义为：由于空域内航空器的飞行对管制员形成了客观任务需求，管制员为满足这些需求而在身体和精神上产生的消耗即为管制员工作负荷［3］.

国际上常用的管制员负荷评估方法有德国的MBB方法，英国的DORA 方法，日本的MMBB方法［3］.这些方法的原理基本都是先对管制工作进行细分，将其分解成各种单独的动作，然后统计管制员的各项具体动作的时间，观察其在一个单位时间内能执行多少个与调配相关的动作，由此确定能指挥到的航空器数量.

这些方法忽视管制员的许多动作是同时进行的.成熟管制员往往可以一边填写进程单一边通话，一边通话一边做决策［4］.通过对多位一线管制员的问卷调查发现：管制工作中解决冲突或调整间隔往往是按一定的模式执行的，管制员一旦确定了使用某种模式，其后的一系列指令几乎可以无间断地发出.所谓的管制员思考时间其实就是在解决冲突的模式间进行决策的时间，而这种决策并不是每句通话都需要的.

根据以上分析可以认为，管制员通话时间是硬性、不可压缩的，但操作时间和决策时间可以通过训练逐步成为和通话同时进行的过程.问卷统计反映，成熟管制员至少都可以在守听飞行员复诵的过程中完成进程单填写和决策.

为量化说明注意力循环和通话周期，引入以下几个定义.

必须指令点DI在一种引导策略中，必须给飞机航向或速度调整的位置点.例如，在直飞策略中，走廊口的直飞指令、进场中途的下降指令、进近前的调速指令、建立盲降后的脱波指令，这些指令在进场航路上的某点必须发布，称这些位置为必须指令点.

平均指令时间TAIT在某种引导策略或几种策略的组合下，飞机进场过程中一系列必须的指令发布所需的平均时间，即发一次指令的平均时间.

平均指令距离LAIL在某种引导策略或几种策略的组合下，每个进场航路被其上的必须指令点分割后，各段航路距离的平均值.

指令周期TIC在某种引导策略或几种策略的组合下，各航空器通过平均指令距离所需的平均时间.

3 以管制员负荷为基础的空域容量评估模型

设某空域有m个走廊，直飞距离分别为Li，直飞时各个走廊的必须指令点为pi个，各走廊的必需通话时间为ti，单次航向引导指令时间tH，采用一次引导策略时则需2tH.一次引导会导致飞行距离增加L.

在某个管制指令周期TIC中，平均进场速度为vj的飞机所占比例为aj，共有K类平均进场速度；走廊Li进场航班中百分比为xi的航班采用直飞，1-xi用一次引导，则

全局平均进场速度

在此只讨论一种引导策略，其他的策略都可用类似方法进行分析.

假设某个扇区所有的走廊都采用相同的引导策略且被引导的飞机比例都相同，则

将式（5）整理为

当采用直飞或大速度进场时平均指令时间被缩短，但平均指令距离或指令周期也同时缩短；而大机动绕飞或小速度进场虽然能延长平均指令距离或指令周期，但也同时延长了平均指令时间.可见容量的影响主要体现在引导所增加的平均指令距离是否足以抵消引导指令所增加的平均指令时间.本模型能较好地反映空域情况和管制方式对容量的影响.

模型中的大部分参数只需简单分析空域结构及航班计划即可获得，只有平均指令时间会随着管制员的不同指挥风格而存在差异，这是与实际情况一致的.

4 对西安进近空域的容量评估

西安进近空域有4个进场方向，在繁忙时通常分为南北2个扇区.在对成熟管制员进行为期一周的跟班和多次访谈基础上确定了模型所需各种数据，见表1.

因为在标准通话情况下，单独指令时间不会有较大差别.算例中的单独指令时间直接采用文献［5］的统计数据，见表2.

表1 西安进近管制空域容量评估基础数据

表2 单独指令时间

以南扇西侧航线为例：在无需任何额外引导的情况下，该方向有7个必须指令点，包括雷达识别1次、进场许可1次、高度改变2次，调速1次、进近许可1次、雷达移交1次.位置报和QNH 发布作为进场许可的一部分也必须包含，该航线的必须通话时间为51.2375s.当采用一次偏航机动时，需增加2 次引导时间，则必须通话时间为70.7375s.与被引导的飞机比例进行加权平均，可得该航段的必须通话时间，见表3.

各航段的必须通话时间除以该航段的必须指令点可得平均指令时间，见表4.

假设每次引导会使飞机多飞行10km，则各航段的平均指令距离见表5.

用各航段的平均指令距离除以该航段的平均飞行速度可得各航段指令周期，见表6.

指令周期除以平均指令时间可得航段容量，计算结果的小数部分全部向下取整，见表7.

用各扇区内不同方向的流量比例进行加权平均后的最终结论见表8.

表3 各航段的必须通话时间 s

表4 各航段的平均指令时间 s

表5 各航段的平均指令距离 km

表6 各航段的指令周期 s

表7 各航段容量 架

表8 各扇区容量 架

由于小数部分被取整，显现的不同引导比例下的容量没有差异，如果采用更大的引导距离，这种差异是可以显现的.

本算例未考虑离场飞机，离场飞机可以视为在扇区内增加走廊后的空域容量评估，与上文的方法类似.

5 结束语

根据西安进近的管制员反馈，使用本方法取得的结果与实际工作容量误差在1架以内.本文提出的方法能较好地反映出空域复杂性和管制员指挥策略的差异.在基础数据方面，如能直接计量西安管制员的通话时间特征，结论会更加准确.本方法对管制员负荷的构成只是进行了简单分类，如能理清各项指令之间的关联则可以对管制员指令周期有更加精确定义，使结论更加贴近实际.

［1］韩松臣，詹建明.扇区容量与管制员工作负荷的关系研究［J］.中国民航学院学报.2003，18（3）：5-47.

［2］TOFUKUJI N.An enroute ATC simulation experiment for sector capacity estimation［J］，IEEE transaction On Control System Technology，1993，1（3）：138-143.

［3］刘永欣，聂润兔.管制员工作负荷分析方法［J］，中国民航大学学报，2007（25）：33-34.

［4］何 昕，高浩然，陈亚青，等.我国空中交通管制员素质模糊综合评估研究［J］.武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2010，34（5）：912-915.

［5］陈亚青，孙 宏.进近管制员工作进程分类及工作负荷研究［J］.中国安全科学学报，2006，16（2）：65-66.