基于人因系统理论的空中交通管制工作负荷研究

李龙利

(民航西北地区空中交通管理局空中交通管制中心，陕西西安 710082)

基于人因系统理论的空中交通管制工作负荷研究

李龙利

(民航西北地区空中交通管理局空中交通管制中心，陕西西安 710082)

基于人因系统理论分析了人为因素对空中交通管制工作负荷的影响。以西安区域的实际管制工作环境为具体研究案例，分析研究运行管理、班组管理、工作程序以及运行环境等人为因素的各个环节对空中交通管制工作负荷的具体影响，并研究解决这些因素所带来管制工作负荷的缓解方法，提出了切实可行的压力缓解建议。

人为因素; 空中交通管制; 工作负荷

0引言

现代空中交通管理通过以管制员作为决策主体提供空中交通管制服务，以保证空中交通的安全和飞行流的顺畅。在空中交通管制过程中，管制员要对雷达数据终端进行观察，以便掌握空中交通的动态情况，经过大脑分析后形成指挥调配预案，填写飞行进程单对飞行数据加以记录，通过甚高频通讯向飞行员发布管制指令并监听飞行员复诵指令的正确性，监视飞行员执行指令的及时性，与相邻管制扇区或管制单位的管制员进行协调，这其中任何一项工作、每一个工作环节都需要花费一定的精力和时间，管制员的工作状态决定了空中交通管制服务的质量，而管制工作中所有工作内容和程序给管制员带来的压力构成了空中交通管制工作负荷。目前，国内空管工作的各项职能更加细化，自动化水平越来越高，空管安全水平整体处于安全平稳的状态。但随着民航事业发展，飞行流量不断提高，研究如何降低管制工作负荷、提高空管保障能力成为民航事业进一步发展的重要支撑。

人因系统理论是研究人为因素的理论，具体是指研究工作中人员个体本身、人与人之间、人与设备之间、人与环境等之间相互系统影响，例如人—机—环境系统工程理论［1］，将空管安全系统分为人、机、环、管4大类并研究其相互之间的作用;Reason事故模型［2］，将空管工作划分为5个层面，分析从管理层到执行层的相互影响。管制工作负荷的研究是空中交通管制人为因素领域的一项重要的研究课题，在对人为因素进行研究的各个理论模型中，管制个体都占有举足轻重的地位，因此，在管制工作的人机界面、工作环境及组织管理等各个层面中，都要考虑该层面的改变对管制个体造成的压力是否在可接受范围内，并尽可能推进减轻管制负荷的工作。本文以人为因素为出发点，结合西安区域的实际管制环境，对管制工作程序及运行环境等人为因素进行分析研究，在班组搭配、工作程序、工作环境等方面寻求降低空中交通管制工作负荷的方法。

1 人为因素的影响

所谓人为因素，是研究有关人的科学，关于工作和生活环境中的人，人与设备、程序以及周围运行环境之间的关系，人与其他人的关系，通过对以上环节的研究，寻求人的最佳表现。

1.1 客观因素的影响

作为提供空中交通管制服务的决策主体，空中交通管制员由于管制工作负荷而产生的生理和行为的变化较为复杂，研究人员将生理科学和行为科学的成果应用于管制工作负荷的研究中［3］。有研究指出，通过对空中交通管制员工作程序的观察可以发现，随着空中交通状态繁忙程度的增加，眨眼的频率在变低［3］;欧洲一些研究人员提出通过分析被测人员包括即时心律、体温、皮肤电压、皮肤导电率、皮肤血流量等五方面的生理指数，掌握管制人员生理和心理状况，从而获得管制员工作负荷水平［3］;有学者发现，当工作负荷增加时，管制员瞳孔会随之增大，因此也可以将瞳孔大小的量度作为评价管制员工作负荷的方法。

这些研究表明，对管制员进行生理和行为的测量不失为评估管制工作负荷的有效手段，在一定程度上，测量几个关键的生理和行为指标能够合理地反映管制员工作负荷水平。但人体是一个复杂的系统，众多的生理和行为指标的重要程度难以精确估量，指标之间的关联性也决定了指标的选择难度较大。此外，在测量技术的手段方面也存在很大的限制，目前该方面的研究较难深入。

1.2 主观因素的影响

管制员作为监视飞行和调配飞行冲突的主体，其个人状态在主观方面决定了可接受压力的大概范围。在美国国家航空航天局(national aeronautics and space administration，NASA)研究的工作负荷指数(task load index，TLX)中，设定了评估管制负荷的6个尺度:精神需求、体力需求、时间需求、努力程度、压力承受力和自我特征(个人能力)［3］，对管制运行单位通过对人员的筛选、培训和合理安排以减轻主观工作负荷有较好的借鉴意义。

国际民航组织通过规范性文件［4］向各国推荐使用的扇区/席位容量评估方法——DORATASK方法，是通过专家对管制员的工作负荷进行主观评估，进一步评估管制扇区的主观容量的方法。该方法着重对雷达管制员的工作负荷进行评估，将管制员工作负荷划分为看得见的部分和看不见的部分。所谓看得见的部分是指管制员进行常规管制操作、解决冲突的通讯以及填写进程单等能够被记录、记时和量化的工作;而看不见的部分是指管制员处理各项信息、监控雷达屏幕、对照进程单、思考管制预案等难以观察的工作，这部分工作不便进行记录、记时和量化。DORATASK方法认为恢复时间对扇区的安全运行极为重要，必须为管制员留有一定的恢复时间;此外，平均工作负荷强度必须小于80%。该方法存在的问题是无法对“看不见”部分的工作负荷进行准确的量化评估。

1.3 环境对人为因素的影响

组织管理与人为因素息息相关，Reason事故模型［5］中，决策层和管理层分别位于事故链的第一节点和第二节点，对运行中人为因素的发生有着重要的隐性作用。参考TLX的评估尺度，组织管理可以在精神需求和时间需求方面发挥重要作用，通过适当的鼓励、嘉奖等措施，激励管制个体，满足管制员的精神需求，带动努力需求，使管制个体处于兴奋状态，减少因管理不当所带来的额外压力。组织管理要安排合理的工、休轮换，尽量给管制员提供足够的压力缓释时间，避免管制员长期的压力累积。此外，在组织管理方面要注意人员搭配问题，尽量增加管制席和助理席的默契程度，依靠双岗制解决管制个体压力过大的问题。

工作环境对人的影响很大，尤其对空管这种高压行业，合适的环境布置对于消除管制疲劳、缓解工作压力都有着积极的作用。实验表明，人体的舒适温度是(23±5)℃，在过热或过冷的环境下，管制员都很难正常进行工作，不但影响工作效率而且容易发生差错。噪音也是影响人工作状态的一个重要因素，研究认为噪音使人感到不愉快，产生心理情绪、分心，干扰人的正常工作［6］，噪音过大会干扰地空通讯，降低管制员对飞行员请求的辨识度从而增加管制负荷。

2 西安区域空中交通管制工作负荷分析

2.1 运行管理

根据民航局空管局有关雷达管制间隔的批复，西安区域自2010年10月28日起管制员进行空中调配可以使用的最小雷达间隔为10 km，但西安区域在日常管理中要求航空器最小侧向穿越间隔为25 km，在侧向穿越间隔的管理上显得较为保守。虽然这种间隔管理给管制员提供了较大的保护空间，但在一定程度上也增加了管制员的工作负荷。在航空器较为密集的情况下，管制员在工作中需要进行高度穿越时，要对航空器频繁进行雷达引导，较长时间的等待航空器之间拉够穿越间隔，使得管制员在注意力分配上不够协调，监视负荷也随之增加。如果能够适当减小航空器的穿越间隔(如侧向减小为20 km)，给予管制员一定量保护空间的同时，提高管制效率，降低管制员因长时间注视某个冲突产生的监视负荷。

经过对西安区域实际运行的调研发现，管制员与周边管制单位进行反复协调的事项，多数是协议中没有涉及、不够明确或者协议内容存在歧义导致不同立场的管制员理解不同造成的。管理部门应当对管制员协调内容进行统计并进行系统的分析，检查管制协议或工作手册中存在的问题，与周边管制单位进行沟通协调，完善协议和工作手册，明确各方的工作责任，以减少协调量对助理管制席的精力占用，降低管制工作负荷。此外，较少的协调量赋予副班管制员更多监控精力的同时，减少了因协调不畅导致管制员产生不适情绪的概率，增强了安全裕度。

2.2 班组管理

科学、合理的班组管理是有效实施管制运行的重要保障，尤其是在“双岗制”的岗位配置要求下显得尤为关键。如何将班组人员合理地安排到不同的扇区，解决好同一管制扇区内主班管制员、副班管制员的搭配问题，是关系到空中飞行安全和管制运行效率的大问题。

目前，西安区域管制室的班组构成显得年轻化，放单五年以内的管制员占据所有持照管制员的60%以上，在班组资源管理中，首先要解决的问题就是新老搭配的问题，在主、副班的搭配中，势必会出现较为年轻的管制员被安排到同一管制扇区实施对空指挥的现象，也会存在主副班年龄差别较大的问题。班组的负责人在管制现场要提高对年轻组合的关注，为较为年轻的主、副班提供经验支持，保证空中交通安全。此外，作为班组负责人，应当通过集体活动、班组座谈等形式增强班组成员的默契程度，避免新老搭配中出现“年轻管制员不敢提建议、老管制员过于自信”的现象而导致“双保险”失效。

根据对西安区域近年来不安全事件的统计不难发现，不安全事件极其容易出现“扎堆”现象，极端情况下会出现同一类型的不安全事件连续两天发生的现象。班组对业内不安全事件的过度强调给管制员带来了较大的思想包袱，是诱导不安全事件集中发生的因素之一。在安全形势不大乐观的时期，班组在岗前准备时，班组负责人应对班组成员进行必要的提醒和鼓励，但不应因此给管制员带来压力，可以选取班后讲评会进行对不安全事件的案例分析，让管制员压力在班后的休息时间内得到缓解，避免班前讲评给管制员带来额外的干扰。

2.3 工作程序

按照传统的“双岗制”工作程序，基本的管制指令发布流程可以归结如下:主班管制员分析空中交通活动动态后，向空中航空器发布管制指令，副班管制员对主班管制员的指令进行监控和判断。按照这种工作程序，主班管制员一旦发布了错误的管制指令，副班管制员必须做出非常及时的反应，在“主班发布指令——机组执行指令”这段极其有限的的时间内(不考虑期间有其他航空器占用波道)更正主班管制员的错误指令，才能保证飞行安全，避免Reason事故理论模型中“有限的事故机会窗口”成为显性。显然，传统的指令发布流程存在以下缺点:副班管制员在承担监控职责的同时，还要进行必要的协调工作，不一定能够监控到主班管制员所发现的冲突，更不会了解主班管制员对飞行冲突的调配预案，在情景意识方面主、副班管制员很难保持一致，造成主班管制员发布管制指令后副班管制员的反应和判断显得被动和滞后，极短时间内要求副班管制员判别主班管制员指令的正确性，极大的增加了副班管制员的工作压力，“双岗制”的工作效能低下。

为了能够有效保证副班管制员的监控作用，使主班管制员与副班管制员在情景意识上保持统一，降低错误的管制指令通过甚高频被发送出去的概率，可以对传统的管制指令发布流程进行适当的调整:主班管制员对空中交通活动的运行态势进行分析后，通报副班管制员管制调配预案，经过副班管制员的肯定答复后，向空中航空器发布管制指令。对工作程序进行如此的微调后，达到了安全关口前移的效果，增加了安全系数。结合Reason事故理论模型，对工作程序的改进相当于在模型中的第四节点“不安全的行为”后增加了过滤窗口，缩小了“有限的事故机会窗口”的孔洞，降低了不安全事件发生的可能性，同时提高了“双岗制”的工作效能。

2.4 运行环境

管制员在提供空中交通管制服务时，其工作状态必然会受到所处环境的影响。对西安区域管制大厅的整体工作环境进行研究后，笔者发现对管制员造成工作负担的运行环境主要来自于“看”和“听”两个方面。

2.4.1 “看”的负荷

西安管制中心管制大厅整体为椭圆形结构，管制席位也依照椭圆形的结构进行有弧度的排列，导致灯光与各雷达显示终端的照射角度差别较大，如果不能较好地调整灯光照明系统，将会在个别管制席位上造成反光现象，给管制员扫视雷达造成了一定的干扰和负担。目前管制大厅照明系统主要分为外圈灯带、中圈灯带和内圈灯带，经过对各灯带的开放和明暗调整进行试验，在现有全部管制扇区开放的情况下，采用“仅开启外围灯带且灯光亮度调整为20%”的照明模式能够满足管制需求而不会带来额外的工作负担。随着更多管制扇区的划设，对灯光照明系统的调节应该及时跟进，避免给管制员造成工作压力。

西安区域与成都区域实施AIDC移交后，对雷达标牌的信息显示进行了调整，减少了原有的航向显示。在正常工作状态下，该项调整不会给管制员带来额外的工作压力，但在大范围雷雨绕飞及需要雷达引导时，管制员由于不能直接观察到航空器的当前航向而需要频繁操作鼠标，带来了一定的管制压力。相关部门应当对新的雷达标牌进行进一步的研究，解决航向显示在雷达标牌不能显示的问题，以降低管制员的监视负荷。

2.4.2 “听”的负荷

西安区域部分甚高频时常会出现干扰的情况，有时会出现管制员一个指令发布多次或利用空中航空器转发管制指令的情况，甚高频的干扰不仅降低了飞行员和管制员对管制指令和复诵的辨识度，反复的无线电沟通还增加了管制员的通话量，在一定程度上提高了管制员的工作负荷。技术管理部门应当对西安区域甚高频的干扰时段、现象及解决效果进行统计分析，查找干扰源头，进一步降低频率干扰对管制工作的影响。

管制现场的噪音会干扰地空通讯，降低管制员对飞行员请求的辨识度从而增加管制负荷。目前，管制中心大厅集合了进近管制、区域管制、技术维护、气象咨询、流量管理等多个部门的业务运行，各部门集中开展业务使得工作效率得到了提高，但工作人员数量的增多势必使得管制大厅内显得更为嘈杂，各部门应当进行统一沟通协调，建立整体有序的工作环境，避免相互干扰。

3 结语

从人为因素出发，对空中交通管制工作中的客观、主观影响因素进行了深入分析，对因人为因素的影响而带来的空中交通管制工作负荷进行了研究。结合人—机—环境系统工程理论，以降低空中交通管制工作负荷为目标，在运行管理、班组管理、工作程序、运行环境等方面对西安区域的实际管制工作进行了全面的分析，在运行管理、班组管理方面提出了将侧向穿越间隔缩小为20 km、明确管制协议细节、关注班组资源管理及岗前/岗后讲评内容的建议;提出了主副班管制员交流管制预案的工作程序改进建议;在运行环境方面提出了照明环境的设置建议、环境噪音干扰的解决建议以及自动化系统雷达标牌显示的调整建议。

［1］O’HARE D，WIGGINS M，BATT R，et al.Cognitive failure analysis for aircraft accident investigation［J］.Ergonomics，1994，37(11):1855-1869.

［2］REASON J.Human error［M］.New York:Cambridge University Press，1990:1-19.

［3］AVERTY P，COLLET C，DITTMAR A，et al.MentalWorkload in Air Traffic Control:an Index Constructed from Field Tests［J］.Aviation，Space and Environmental Medicine，2004，75(2):333-341.

［4］MYRTEK M，Brügner G，Müller W.Validation Studies of Emotional，Mental and Physical Workload Components in the Field［M］//FAHRENBERG J，MYRTEK M.Ambulatory Assessment Computerassisted Psychological and Psychophysiological Methods in Monitoring and Field Studies.Seattle:Hogrefe ＆ Huber Publishers，1996:287-304.

［5］Doc9426-AN/924，Manual for Air Traffic Service Plan［S］.

［6］高伟，丁泓钧，徐肖豪.空中交通管制员的人为差错与航空安全［J］.交通与计算机，2008，26(4):144-147.

［责任编辑:谢 平］

Research of air traffic control workload based on human factor system theory

LI Long-li
(Air Traffic Control Center，Northwest Regional Air Traffic Management Bureau of Civil Aviation，Xi’an 710082，China)

This paper，based on the human factors system theory，makes an in-depth analysis of the influence from human factors to the air traffic control workload.Based on the specific air traffic control work in Xi’an area control unit，the research analyses the effect on the air traffic control workload from such human factors as the operation management，team management，processes and operational environment，and studies the methods to ease the related workload，and some suggestions on relieving the pressure are also given.

human factor; air traffic control;workload

V355.1

A

1673-2944(2014)05-0029-05

2014-06-16

李龙利(1974—)，男，陕西省泾阳县人，民航西北地区空中交通管理局工程师，硕士研究生，主要研究方向为空中交通运输管理。