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空中交通管制员疲劳与工作负荷研究的现状与建议

2020-12-15李海燕孟豫陈曦

青年时代 2020年27期
关键词:空中交通管制管制员

李海燕 孟豫 陈曦

摘 要:管制员的工作负荷是影响飞行安全的重要因素。本文深入分析现有国内外疲劳检测和工作负荷测量的现状、特点,基于主任务测量法、主观评定法、生理测量法、ATC复杂性变量计算等方法分析管制员的工作负荷评定方法,为科学评定管制员的工作负荷提供理论基础。

关键词:管制员;工作负荷;空中交通管制

一、引言

根据我国国情,在相当长的一段时期内,空中交通管制(Air Traffic Control,以下简称ATC)服务主要依靠管制员对当前的情境进行分析判断并通过陆空通话来实施。因此,随着空中交通流量的增大以及飞行复杂状况的增加,管制员可能会因为精神紧张、疲劳等因素不能集中注意力来分析问题和解决问题,使其在陆空通讯中出现交流错误,从而造成空中危险接近、飞行冲突,严重的会酿成空难事故[1]。

疲劳是导致管制员差错,誘发不安全事件,甚至飞行事故的主要因素之一。但是由于诱发疲劳的因素众多且错综复杂,疲劳发生机理的研究进展至今仍然不尽理想。目前的研究重点在于如何有效地对管制员的疲劳予以管理。有文献中指出:即便难以精确地确定究竟有多少机动车事故是由于疲劳引起的,但对操作人员的疲劳予以有效管理可以极大地降低因疲劳引起的机动车事故和改善运输安全[2]。

二、管制员疲劳影响因素分析

(一)管制员疲劳的表现

管制员疲劳是指在管制工作中,由于高强度或长时间持续进行管制工作而导致的管制员工作能力下降和差错率增加的现象。管制员的疲劳可分为心理性疲劳和生理性疲劳两种类型,这两种疲劳通常交织在一起,彼此互相影响。心理性疲劳一般是指人体肌肉工作强度不大,但由于神经系统紧张过高或长时间从事厌烦、单调的工作而引起的大脑神经活动处于抑制状态的现象。生理性疲劳是指由于过度体力劳动、身体不舒服或环境物化等因素所引起的体力衰竭和工作能力下降的现象。在第二次世界大战期间,有人便提出了“技巧性疲劳”的概念,指出心理性疲劳在本质上不是以耗损体力为特征,而是属于心理能量的消耗,常表现为不能保持注意力集中和发挥管制技能。这一看法与管制工作实际是吻合的。

(二)管制员疲劳的影响因素

管制员疲劳的影响因素很多,包括休息或睡眠不足,工作态度与责任感,工作压力与工作负荷状况,以及轮班工作。研究表明,管制员工作负荷是诸多疲劳致因因素中的主要因素。管制员的工作负荷有两类:客观负荷和主观负荷。客观负荷可以用管制的飞机数量、交通复杂度、航迹复杂性、通讯及协调量等来进行量化。主观负荷则是管制员个人对管制环境和工作的要求,这属于个人感受或主观的认知理解[3]。由于管制员的个性、经验、经历和训练的不同,同样的客观负荷下,主观负荷可能会有所不同。

三、国内外管制员工作负荷评定研究现状

(一)主任务测量法

测评工作负荷最直接的方法是主任务测定法。这种方法包括主任务分析和主任务绩效测量两个方法[4]。主任务分析常借助于时间线分析,即以实际作业时间除以总体时间。目前最常用的定量评估管制员工作负荷的方法主要是“DORATASK”和“MBB”法[5]。“DORATASK”法评估雷达管制员工作负荷,它将管制员的工作分成三类:看得见的工作、看不见的工作和恢复时间。而“MBB”法将管制员的工作按对观察到的工作进行分类,测定工作类别时间,考虑空域容量这三个方面进行测量。两种方法都是根据管制员在管制过程中发出指令的种类和时间来统计其工作负荷,将工作负荷值量化[6]。研究者在评估工作负荷状况时可以通过测定这些指标来进行,但对空管而言,这些数据有时很难实时评定。并且在较低或很高的工作负荷时,主任务绩效对管制员工作负荷变化的敏感度较低。

(二)主观评定法

主要有两种主观评定技术:一是NASA-TLX作业负荷指数,另一个是美国联邦航空局开发的管制负荷实时评定技术,它可以由管制员实时地评定自己所体验到的工作负荷,具有操作性强、干扰性低的特点。即在管制过程中,每间隔一定的时间间隔(如5分钟左右),要求管制员在保持良好工作效率的前提下,评定工作负荷的水平。干扰性低、使用简单、效度高,是主观测量法的主要优点,但在较高的工作负荷情境下测评结果不能准确反映管制员的工作负荷。而且,若将这种方法应用于实践,需要由管制员自我评定,差异很难控制,因此,这种方法更适合于将其作为研究的对照标准来使用。

(三)生理测量法

测评工作负荷较为客观的技术是生理测量法,但是该方法存在敏感度不准确的情况,目前仅心率、脑电图与眼动相对敏感。眼动测量一般包括瞳孔反应、扫视模式、眨眼和眼睛移动速度等参数,但目前只有瞳孔直径测量在工作负荷评定中得到较多的应用。对于管制员的工作负荷实时监测来说,可以借助非接触式的眼动仪,实时记录管制员的瞳孔直径变化、注视时间及眨眼等分析其工作负荷大小。这种方法的另一个缺点是测量结果容易受其他因素的影响,即眼动参数的改变也有可能是环境应激等的结果。

(四)ATC复杂性变量计算

还有一些研究者认为ATC复杂度是管制员工作负荷的最主要源泉[7],借助于这些复杂性变量来计算管制员的工作负荷[8]。莫格福德(Mogford)等将ATC复杂度(ATC complexity)分为两部分:扇区复杂度(sector complexity)与交通复杂度(traffic complexity)。前者主要涉及扇区的一些静态物理特征,如扇区大小、航路配置等;后者主要指扇区内航空器的数量及动态的交通模式,如爬升与下降航空器的数目[9]。许多研究以管制扇区内航空器的数量来预测管制员工作负荷,发现最为有效的指标是航空器的数量。尽管如此,航空器飞行过程的动态特性的增强及冲突角等情境难度因素则在某种程度上决定任务的难度,同样会导致管制员工作负荷的增加[10]。

四、结语

目前国内外研究者提出了许多测量管制员工作负荷的技术,但是存在两方面的问题,第一,到目前为止,还没有一种技术能够完全解决测量的效度、敏感性、选择性、诊断性、无干扰性、可靠性与带宽等标准。第二,还没有一种能够应用于实际管制过程的实时测量技术。而对于管制员疲劳程度的检测方法和实现鲜见报道。因此,未来管制员疲劳与工作负荷检测的研究方向应该是综合不同的测量方法,结合管制员的工作负荷及工作特点,借鉴驾驶员疲劳检测系统的基本原理和方法,设计管制员工作负荷的实时监测技术,通过管制员语音、面部表情以及眼动等特定指标的识别监测其疲劳程度,工作负荷超过一定限度时及时告警,以进行流量控制、扇区动态调整、增强管制员情景意识。

参考文献:

[1]李春利,董冠灵,郭倩.基于HMM的空管指令语音识别研究[C].2007年海峡两岸智能运输系统学术研讨会,天津:中国民航大学,2007:106-109.

[2]呂小平.中国民航空管系统发展战略[J].空中交通管理,2002(4):6-9.

[3]刘欢.区域空中交通容量动态评估研究[D].南京:南京航空航天大学,2009.

[4]李森.基于心理资源模型的安全职业适应性研究[D].北京:北京交通大学,2010.

[5]李钱.基于DORATASK方法的ATC员配备与工作负荷研究[J].计算机与数字工程,2019,47(5):1078-1081.

[6]刘欢,胡明华,瞿英俊.程序管制条件下基于管制员工作负荷的扇区容量评估[J].交通运输系统工程与信息,2009,9(1):122-127.

[7]Rodgers,M.D.,Mogford,R.H.,Mogford,L.S.The relationship of sector characteristics to operational errors (DOT/FAA/AM-98/14)[D].Washington,DC:Federal Aviation Administration,1998.

[8]Mogford, R. H.,Guttman,J.,Morrow,S.L..The complexity construct in air traffic control:A review and synthesis of the literature (DOT/FAA/CT-TN95/22)[D].Atlantic City:FAA William Hughes Technical Center,1995.

[9]杨家忠.ATC员情境意识的测量及其影响因素[D].北京:中国科学院心理研究所,2006.

[10]杨家忠,EsaM. Rantanen,张侃.交通复杂度因素对空中交通管制员脑力负荷与情景意识的影响[J].心理科学,2010,33(2):368-371

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