杜衣杭，方卫宁，裘瀚照

(北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044)



基于PCA-AHP地铁行车调度员非技术技能的识别及评定

杜衣杭，方卫宁，裘瀚照

(北京交通大学 轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京 100044)

设计并实施了行车调度员非技术技能调查问卷，运用主成分分析法进行了地铁行车调度员非技术技能构成因素的提炼，并使用层次分析法对各个指标进行了赋权和权重排序.分析结果表明，影响行车调度员非技术技能的主要因素是决策能力、情景意识和合作能力，这与行为事件访谈结果基本吻合.

非技术技能；行车调度员；主成分分析法；层次分析法

地铁行车调度岗位是地铁运营的枢纽，行车调度员对地铁的安全、高效运营有着重要的作用.在操作系统高度自动化的环境下，大多数行车事故与调度员的信息沟通、领导协作、判断决策及任务管理能力有关，而非仅仅是行车监控操纵技术方面的问题.轨道交通行业中，非技术技能在事故致因中的比例逐年上升.提高调度员的非技术技能是地铁安全运营的重要保障.

非技术技能是指为了完成技术技能，并且提高操作绩效的认知和人际技能[1].20世纪80年代，非技术技能在美国航空业得到了广泛的关注.美国国家航空航天局在对一系列重大航空事故调查后发现，真正导致事故的并不是技术失误，而是缺乏情景意识、沟通交流等与飞行操作并不直接相关的非技术技能[2].因此，航空人因工程学者通过行为分析，确定了情景意识、决策、合作和领导力等是飞行员非技术技能的主要因素.欧洲航空局为了提升培训效果，进一步规范绩效考核和选拔机制，于1999年在NLR-TP-9851项目中开发了NOTECH非技术技能行为指标体系[3]，包括合作、领导力、情境意识和决策4个维度，下属15个行为指标.随后，Flin将现有的NOTECH体系进行修正后引入到医疗行业，分别建立了麻醉师非技术技能体系(ANTS)[4]、外科医师非技术技能量表(NOTSS)[5]、手术团队非技术技能量表(OTAS)[6]等.石油开采[7]、海运[8]及核电[9]等高风险行业也相继重视班组的非技术技能培训，并建立了具有各自行业特性的训练和评价体系，旨在提高班组的作业绩效，避免人为事故发生.2011年，英国铁路安全标准委员会发起了T869计划[10]，针对机车司机进行了非技术技能的培训和评估，将NOTECH量表由4个维度扩展到7个维度，包括情境意识、责任心、交流、决策、合作、工作负荷管理和自我管理等，下属23个指标.然而，各行业对非技术技能构成因素的研究仅停留在定性分析阶段，且我国对地铁行车调度员的非技术技能的研究较少.

针对以上不足,本文作者首先对国内外相关文献进行分析，初步筛选出地铁行车调度员的非技术技能指标集.通过对北京地铁的行车调度员进行问卷调查，运用主成分分析法精炼并构建地铁行车调度员非技术技能多层次模型，使用层次分析法确定权重并排序.最后采用行为事件访谈法对结果进行了验证.

1 非技术技能指标集的初步筛选

针对现有的非技术技能指标体系进行分析，结合地铁行车调度员的工作规范和要求，初步筛选出适合于我国地铁行车调度员非技术技能的指标集.

1.1 非技术技能问卷编制与实施

行车调度员是地铁运输组织指挥系统的中枢神经，按照列车运行图的要求指挥行车，并根据客流变化及时调整运力安排，合理使用生产资源，实行24小时指挥、协调、监督与控制，保障运营安全与质量，确保运营生产的顺利实施.同时,需要负责运营事故及其他运营突发事件的处置、抢险指挥与协调工作，以减少影响与损失，迅速恢复正常运行为前提，及时采取一切有效措施控制事件发展态势.另外,还需负责管辖范围内的检修施工计划管理，协调各单位及各专业间的作业计划安排与配合工作.可以看出行车调度是一个综合性很强的专业技术工种，由于异常情况的类型多种多样，环境瞬息万变，操作规程所提供的处置方案不能面面俱到，这就要求调度员在操作技能达标的前提下，具有很强的交流能力、决策能力和工作负荷管理等非技术技能.

通过对现有文献进行分析，筛选出具有代表性的5种非技术技能量表，如表1所示.提取各量表中的指标，将名称相同或含义相近的指标进行去重与合并，删除明显不符合调度员任务特性的指标，如飞行高度感知，共得到27个指标，构建了地铁行车调度员非技术技能初筛指标集.通过北京地铁的现场调研，并对3名资深行车调度专家进行咨询后，编制了《地铁行车调度员非技术技能调查问卷》，设置了27个题项，清晰界定了每一项技能的含义，并设置问题.问卷采用5点量表，分别为“不重要、不太重要、一般、比较重要和非常重要”，赋值1～5.

问卷在北京地铁调度运营指挥中心实施.发放对象为北京地铁1号线、2号线、5号线、13号线、八通线和机场线在职调度员.发放问卷111份，回收92份.在对数据进行初步筛选后，剔除无效问卷22份，剩余70份，有效回收率63%.

表1 地铁行车调度员非技术技能初筛指标集

1.2 问卷信效度分析

信度分析是对问卷的稳定性和一致性进行验证的步骤.本次问卷包含27个题项，采用α系数法.一般要求α系数大于0.6[11]，问卷的α系数为0.934，说明该问卷具有较高信度，能够用于地铁调度员非技术技能指标体系的数据分析.

效度是对问卷的有效程度进行测量的工具，即问卷的测量结果对研究目标反映的程度.本次问卷KMO检验值为0.624，Bartlett球形检验值为0，适合进行主成分分析.

2 非技术技能的构成因素提取

采用合集法得到的非技术技能指标较为复杂，为了使用较少的指标并最大程度反映行车调度员的非技术技能，使用主成分分析法将指标池进行降维，转化为具有综合性的指标.

2.1 因子分析过程

采用主成分分析法，假设变量是因子的纯线性组合，通常保留特征值大于1的因子.所保留的第一个主成分的方差贡献率最大，其后依次递减.方差贡献率反映该因子所包含信息对总体信息的解释程度，累积贡献率则反映提取的所有因子对整个模型的解释程度.

对共性因子进行旋转的方法通常有正交旋转和斜交旋转.由于变量间没有绝对意义上的独立，因此在探索性因子分析中，采用斜交旋转.

主成分分析法需要遵循的原则有：1)主成分特征值大于1；2)因子模型的累积方差贡献率应尽可能大；3)如果某一变量在所有公因子上的载荷小于0.50，或在2个以上公因子上载荷大于0.50，则删除该变量.

2.2 因子分析结果

为了评估27项非技术技能原始变量的内在结构，对问卷数据进行第一次分析，提取了9个主成分，累积方差贡献率71.72%，内部一致性0.845，检查发现，有2个变量不符合上述原则，且第9主成分中只包含1个变量，因此剔除这3个变量.

经与调度专家讨论后发现，第8主成分中的指标“提高知识和技能”和“物质资源管理”在调度任务中影响较小，且其方差贡献率较低，因此将其剔除.

最终结果如表2所示，该模型提取了7个主成分来描述行车调度员的非技术技能，累积方差贡献率为63.85%.

通过与NOTECH及ANTS等其他非技术技能指标体系的对比，很容易对这些主成分进行命名.最终确定的主成分名称、特征值、方差贡献率和内部一致性见表3，所得结果在与专家讨论后认为基本合理，具有可操作性.

表2 主成分得分

表3 主成分的特征值和方差贡献率

3 非技术技能权重排序

通过主成分分析构建非技术技能多层次模型，共分为3个层级，目标层为非技术技能，准则层为情境意识和交流能力等7个二级指标，指标层为识别判断、语言表达和自我控制等22个指标.采用基于群决策的层次分析法对指标进行权重排序.

3.1 基于群决策的层次分析法

层次分析法是美国运筹学家Saaty在20世纪70年代提出的[12]，其原理是把复杂的问题分解为各个组成因素，将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合人的判断以决定决策诸因素相对重要性的顺序.AHP方法是将定性问题进行定量化、模型化的转换手段，适用于多目标指标体系的构建.

AHP基本要求是判断矩阵的一致性，但实际操作中，由于各个专家主观评价的差异，常常导致判断矩阵的不一致.因此，结合群决策的方法[13]，综合所有专家的意见，依据“少数服从多数”原则，采用基于聚类分析的群决策来构建共识矩阵.利用共识矩阵作为AHP中的比较矩阵，从而确定各个指标在非技术技能体系中的权重，步骤如下.

3.1.1 建立判断矩阵

矩阵A=(aij)n×n表示n个指标之间的相对重要性:

(1)

其中aij是专家对因素i相对于因素j的重要性评估指标,根据因素i相对于因素j的重要程度由同等重要到极端重要取1～9,且aij与aji互为倒数.

3.1.2 聚类分析

聚类分析的目的是对专家群体进行分类.采用“少数服从多数”的原则综合专家群体的意见，从而减少个体极端评价对群体评价的影响.类容量小的专家群体排序向量对应着较小的权重赋值.相反，类容量较大的类别中，个体排序向量代表了较多的专家意见，所以赋予较大的权重系数.

通过聚类分析，可以将s个专家聚集成t个类别，其中第p个类别包含φp个专家，第p个类别中每个专家i的置信度用αi表示:

αi=φp/s

(2)

专家i的权重系数λi与其置信度αi成正比:

λi=aαi

(3)

式中a为比例系数.

另权重和为1,与上式组成方程组

(4)

解方程组得

(5)

由于在同一个类别中的专家有相同的置信度，因此:

(6)

由(2)、式(5)和式(6)得

(7)

式中：φp为专家所在类别p中专家的个体数；λi为专家i的权重.

3.1.3 建立共识矩阵

计算得到各个专家的权重后，对所有专家的判断矩阵进行聚合，形成共识矩阵

(8)

其中第i行第j列元素sij的计算公式为

sij={[aij(1)]λ1×[aij(2)]λ2×…×

[aij(n)]λm}1/(λ1+λ2+…+λm)

(9)

式中aij(n)表示第n个专家的判断矩阵中第i行第j列元素.

3.1.4 层次单排序计算

由判断矩阵计算被比较元素对于该层次元素的相对权重.首先由式(10)计算共识矩阵S的所有特征值λ′：

Sω=λ′ω

(10)

记S的最大特征根为λmax，相应的特征向量为

(11)

进行归一化处理，得到权重向量

(12)

式中n为该层元素个数.

3.1.5 计算一致性指标

由判断矩阵计算权向量，要求判断矩阵有大体上的一致性.需要计算一致性指标CI:

CI=(λmax-n)/(n-1)

(13)

计算一致性比率CR:

CR=CI/RI

(14)

式中RI根据文献[12]查表得到.当CR<0.1时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的.

3.2 问卷编制及结果分析

对非技术技能模型进行第二次问卷调查，调查对象为工作年限超过15年的带班调度员.问卷分为3个层次共7个维度，22个指标，分别设置题项，采用1～9赋值法，对各层级指标重要性进行判断，1代表极不重要，9代表极重要.发放问卷5份，回收问卷5份，回收率100%.

对专家进行聚类，聚类结果分为2类，p1为专家1和专家5，p2为专家2、专家3和专家4.类间权重为λ1=0.308，λ2=0.692.根据式(12)计算判断矩阵的特征向量，根据式(14)计算一致性比率.准则层特征向量λmax=7.013，一致性比率CR=0.002.指标的权重排序及指标层一致性比率见表4.

表4 非技术技能因素的权重

3.3 结果验证

为了对分析结果进行验证，采用行为事件访谈法对20名年度绩效考核合格的行车调度员进行了访谈.访谈要求调度员描述一个完整事件的所有要素，即事件的起因、结果、时间、相关人物、当时的感受、想法、行动及情感，以揭示非技术技能在其工作中所起的作业，特别是那些潜在的能够对绩效产生预期作用的非技术技能.访谈形成了20份录音文本，时间共计33 085 s，转录后的文本长度为74 517字.

采用言语编码表对录音文件进行分析，对非技术技能的7个准则层指标进行编码和等级标定.以频次和等级2个维度对能力进行评定.频次代表该能力在访谈中出现的数量，等级代表该能力的重要度，二者的乘积为该指标的综合得分，结果见表5.

访谈结果与层次分析法权重排序基本吻合.其中决策能力、情境意识、合作能力、交流能力和领导力的重要度排序与权重排序完全一致.任务管理与自我管理顺序相反，综合得分相差0.003，相差较小.这可能是由于调度员在访谈中比较关注一个完整事件的处置，而相对弱化自我管理能力对事件处置中的作用.因此，可以认为该访谈结果很好地验证了层次分析法对非技术技能指标赋权的有效性.

表5 非技术技能行为事件访谈结果

4 结论

本文通过主成分分析法对问卷结果进行降维，构建地铁行车调度员非技术技能的7维度层级模型，然后采用基于群决策的层次分析法进行指标赋权.通过对专家级调度员的行为事件访谈，验证了赋权结果.其中，决策能力、情境意识和合作能力是对调度员非技术技能影响较大的3个因素.因此，注重班组中人员的决策、情景意识和合作能力的提升是提高行车调度员班组绩效的关键.

采用科学的方法提炼了行车调度员非技术技能指标，所构建的模型较好地反映了调度员的作业特性，可以用于调度员班组和个体能力的综合评价，为我国地铁行车调度员人才甄选、能力考查和培训提供了理论依据.

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Recognition and determination of metro dispatchers'non-technical skills based on PCA-AHP

DUYihang,FANGWeining,QIUHanzhao

(State Key Lab of Rail Traffic Control & Safety, Beijing Jiaotong University,Beijing 100044，China)

Firstly, metro dispatchers' non-technical skills(NTS)questionnaire was designed and conducted in this paper. Secondly, the components of metro dispatchers' NTS were refined using principal component analysis(PCA). Finally, the weights of each index were determined and ranked based on analytic hierarchy process(AHP). The results show that the main factors affecting metro dispatchers' NTS are decision-making ability, situational awareness and cooperative ability, which agrees well with the results of behavioral event interview.

non-technical skills; dispatcher;principal component analysis; analytic hierarchy process

1673-0291(2016)06-0064-06

10.11860/j.issn.1673-0291.2016.06.011

2016-01-11

北京市科技计划项目资助(D161100000116002)

杜衣杭(1989—)，男，北京市人，博士生.研究方向为人因工程.email：13116335@bjtu.edu.cn.

方卫宁(1968—)，男，浙江杭州人，教授，博士，博士生导师.email：wnfang@bjtu.edu.cn.

C931.3

A