空中交通管制員疲勞與工作負荷研究的現狀與建議

李海燕 孟豫 陳曦

摘 要：管制員的工作負荷是影響飛行安全的重要因素。本文深入分析現有國內外疲勞檢測和工作負荷測量的現狀、特點，基于主任務測量法、主觀評定法、生理測量法、ATC復雜性變量計算等方法分析管制員的工作負荷評定方法，為科學評定管制員的工作負荷提供理論基礎。

關鍵詞：管制員;工作負荷;空中交通管制

一、引言

根據我國國情，在相當長的一段時期內，空中交通管制（Air Traffic Control，以下簡稱ATC）服務主要依靠管制員對當前的情境進行分析判斷并通過陸空通話來實施。因此，隨著空中交通流量的增大以及飛行復雜狀況的增加，管制員可能會因為精神緊張、疲勞等因素不能集中注意力來分析問題和解決問題，使其在陸空通訊中出現交流錯誤，從而造成空中危險接近、飛行沖突，嚴重的會釀成空難事故[1]。

疲勞是導致管制員差錯，誘發不安全事件，甚至飛行事故的主要因素之一。但是由于誘發疲勞的因素眾多且錯綜復雜，疲勞發生機理的研究進展至今仍然不盡理想。目前的研究重點在于如何有效地對管制員的疲勞予以管理。有文獻中指出：即便難以精確地確定究竟有多少機動車事故是由于疲勞引起的，但對操作人員的疲勞予以有效管理可以極大地降低因疲勞引起的機動車事故和改善運輸安全[2]。

二、管制員疲勞影響因素分析

（一）管制員疲勞的表現

管制員疲勞是指在管制工作中，由于高強度或長時間持續進行管制工作而導致的管制員工作能力下降和差錯率增加的現象。管制員的疲勞可分為心理性疲勞和生理性疲勞兩種類型，這兩種疲勞通常交織在一起，彼此互相影響。心理性疲勞一般是指人體肌肉工作強度不大，但由于神經系統緊張過高或長時間從事厭煩、單調的工作而引起的大腦神經活動處于抑制狀態的現象。生理性疲勞是指由于過度體力勞動、身體不舒服或環境物化等因素所引起的體力衰竭和工作能力下降的現象。在第二次世界大戰期間，有人便提出了“技巧性疲勞”的概念，指出心理性疲勞在本質上不是以耗損體力為特征，而是屬于心理能量的消耗，常表現為不能保持注意力集中和發揮管制技能。這一看法與管制工作實際是吻合的。

（二）管制員疲勞的影響因素

管制員疲勞的影響因素很多，包括休息或睡眠不足，工作態度與責任感，工作壓力與工作負荷狀況，以及輪班工作。研究表明，管制員工作負荷是諸多疲勞致因因素中的主要因素。管制員的工作負荷有兩類：客觀負荷和主觀負荷?？陀^負荷可以用管制的飛機數量、交通復雜度、航跡復雜性、通訊及協調量等來進行量化。主觀負荷則是管制員個人對管制環境和工作的要求，這屬于個人感受或主觀的認知理解[3]。由于管制員的個性、經驗、經歷和訓練的不同，同樣的客觀負荷下，主觀負荷可能會有所不同。

三、國內外管制員工作負荷評定研究現狀

（一）主任務測量法

測評工作負荷最直接的方法是主任務測定法。這種方法包括主任務分析和主任務績效測量兩個方法[4]。主任務分析常借助于時間線分析，即以實際作業時間除以總體時間。目前最常用的定量評估管制員工作負荷的方法主要是“DORATASK”和“MBB”法[5]?！癉ORATASK”法評估雷達管制員工作負荷，它將管制員的工作分成三類：看得見的工作、看不見的工作和恢復時間。而“MBB”法將管制員的工作按對觀察到的工作進行分類，測定工作類別時間，考慮空域容量這三個方面進行測量。兩種方法都是根據管制員在管制過程中發出指令的種類和時間來統計其工作負荷，將工作負荷值量化[6]。研究者在評估工作負荷狀況時可以通過測定這些指標來進行，但對空管而言，這些數據有時很難實時評定。并且在較低或很高的工作負荷時，主任務績效對管制員工作負荷變化的敏感度較低。

（二）主觀評定法

主要有兩種主觀評定技術：一是NASA-TLX作業負荷指數，另一個是美國聯邦航空局開發的管制負荷實時評定技術，它可以由管制員實時地評定自己所體驗到的工作負荷，具有操作性強、干擾性低的特點。即在管制過程中，每間隔一定的時間間隔（如5分鐘左右），要求管制員在保持良好工作效率的前提下，評定工作負荷的水平。干擾性低、使用簡單、效度高，是主觀測量法的主要優點，但在較高的工作負荷情境下測評結果不能準確反映管制員的工作負荷。而且，若將這種方法應用于實踐，需要由管制員自我評定，差異很難控制，因此，這種方法更適合于將其作為研究的對照標準來使用。

（三）生理測量法

測評工作負荷較為客觀的技術是生理測量法，但是該方法存在敏感度不準確的情況，目前僅心率、腦電圖與眼動相對敏感。眼動測量一般包括瞳孔反應、掃視模式、眨眼和眼睛移動速度等參數，但目前只有瞳孔直徑測量在工作負荷評定中得到較多的應用。對于管制員的工作負荷實時監測來說，可以借助非接觸式的眼動儀，實時記錄管制員的瞳孔直徑變化、注視時間及眨眼等分析其工作負荷大小。這種方法的另一個缺點是測量結果容易受其他因素的影響，即眼動參數的改變也有可能是環境應激等的結果。

（四）ATC復雜性變量計算

還有一些研究者認為ATC復雜度是管制員工作負荷的最主要源泉[7]，借助于這些復雜性變量來計算管制員的工作負荷[8]。莫格福德（Mogford）等將ATC復雜度（ATC complexity）分為兩部分：扇區復雜度（sector complexity）與交通復雜度（traffic complexity）。前者主要涉及扇區的一些靜態物理特征，如扇區大小、航路配置等;后者主要指扇區內航空器的數量及動態的交通模式，如爬升與下降航空器的數目[9]。許多研究以管制扇區內航空器的數量來預測管制員工作負荷，發現最為有效的指標是航空器的數量。盡管如此，航空器飛行過程的動態特性的增強及沖突角等情境難度因素則在某種程度上決定任務的難度，同樣會導致管制員工作負荷的增加[10]。

四、結語

目前國內外研究者提出了許多測量管制員工作負荷的技術，但是存在兩方面的問題，第一，到目前為止，還沒有一種技術能夠完全解決測量的效度、敏感性、選擇性、診斷性、無干擾性、可靠性與帶寬等標準。第二，還沒有一種能夠應用于實際管制過程的實時測量技術。而對于管制員疲勞程度的檢測方法和實現鮮見報道。因此，未來管制員疲勞與工作負荷檢測的研究方向應該是綜合不同的測量方法，結合管制員的工作負荷及工作特點，借鑒駕駛員疲勞檢測系統的基本原理和方法，設計管制員工作負荷的實時監測技術，通過管制員語音、面部表情以及眼動等特定指標的識別監測其疲勞程度，工作負荷超過一定限度時及時告警，以進行流量控制、扇區動態調整、增強管制員情景意識。

參考文獻：

[1]李春利，董冠靈，郭倩.基于HMM的空管指令語音識別研究[C].2007年海峽兩岸智能運輸系統學術研討會，天津：中國民航大學，2007：106-109.

[2]呂小平.中國民航空管系統發展戰略[J].空中交通管理，2002（4）：6-9.

[3]劉歡.區域空中交通容量動態評估研究[D].南京：南京航空航天大學，2009.

[4]李森.基于心理資源模型的安全職業適應性研究[D].北京：北京交通大學，2010.

[5]李錢.基于DORATASK方法的ATC員配備與工作負荷研究[J].計算機與數字工程，2019，47（5）：1078-1081.

[6]劉歡，胡明華，瞿英俊.程序管制條件下基于管制員工作負荷的扇區容量評估[J].交通運輸系統工程與信息，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]楊家忠.ATC員情境意識的測量及其影響因素[D].北京：中國科學院心理研究所，2006.

[10]楊家忠，EsaM. Rantanen，張侃.交通復雜度因素對空中交通管制員腦力負荷與情景意識的影響[J].心理科學，2010，33（2）：368-371