雷达管制员工作负荷研究
2016-05-30朱晓波
朱晓波
摘 要：管制员客观工作负荷可分为冲突调配、协调移交、监视工作负荷，分别构建了管制员工作负荷计算模型，基于雷达管制所发指令平均时间定义了工作负荷权值，通过统计指令频次与权值相乘得到管制工作负荷。分析了管制工作负荷的影响因素，指出其重要性依次为工作年限、年龄、性别、是否是管制教员、文化程度。
关键词：雷达管制；工作负荷；冲突调配；协调；监视
中图分类号：V355.1 文献标识码：A
管制员的工作负荷可以分为客观负荷和主观负荷，其中客观负荷包括指挥类工作负荷（如指挥飞机的起飞、空域内的飞行和降落）、协调类工作负荷（与其他扇区或管制单位进行航班协调）、监管类工作负荷（控制航空器飞行的安全间隔）和其他类工作负荷（向飞行员提供有关航空气象、飞行活动和航行信息）；主观负荷包括管制员的心理压力承受能力、对于紧急事件和冲突的判断和协调能力等因素。管制员工作负荷的评估对于合理安排扇区流量，保障飞行安全有重要意义。
目前，较为成熟的工作负荷测量方法主要有基于管制员所发指令时间的“DORATASK”[ 1 ]和“MBB”方法[ 2 ]。
2006年，万莉莉等根据管制指令类型将管制负荷分为监视管制负荷、冲突管制负荷和协调管制负荷 [ 3 ]。2015年，夏正洪以高校准管制员和复训管制员所做雷达模拟机练习为研究对象，提出了基于雷达服务类型的管制员工作负荷评估模型和权值计算方法[ 6 ]。
本文分别构建了管制员工作负荷计算模型，基于雷达管制所发指令平均时间定义了工作负荷权值，分析了管制工作负荷的影响因素，通过管制员工作负荷研究对于合理安排扇区流量，保障飞行安全有重要意义。
1 管制工作负荷评估模型
针对可定量评估的客观管制员工作负荷，本文将这种工作负荷分为冲突管制负荷、协调管制负荷和监视管制负荷。管制指挥主要是管制员和飞行员之间的沟通，改变航向、高度、速度等指令都是通过陆空通话完成的，指挥飞机架数的多少、复杂性等很大程度都可以通过“通话量”来体现，即“管制通话次数”和“协调通话时长”。协调管制只要是负责相邻扇区和不同管制单位的管制移交。
另外，该助理管制员还负责辅助雷达管制员填写、管理进程单，并提供所需各种动态信息，其主要工作是通过内化系统来完成，而这部分工作也可以体现在通话量上，即“协调通话次数”和“协调通话时长”。
监视管制主要是监控雷达屏幕上的航迹，掌握航班飞行动态，这个工作通常是雷达管制员负责，同时助理协调管制辅助监控，或者由独立的助理管制员进行监控。因此，管制员工作负荷评估模型可以直观的描述为公式1：
W（C ）=a*WC 1 （t ）+b*WC 2 （t ）+c*WF （∑ n ） （1）
其中，
a，b，c分别为冲突管制、协调、和监视工作负荷的权值；
WC 1 （t ） 是冲突管制工作负荷；
WC 2 （t ）是协调工作负荷；
WF （∑ n ） 是监视工作负荷；
∑n为累计管制的航班数量；
t為对应工作的时间。
1.1 冲突管制工作负荷
冲突管制指挥负荷就是管制员解决扇区内飞行冲突的各种行为的工作量。
为了解决冲突管制员会提前采取以下措施：在水平面上提供航向改变以保持水平间隔、在垂直面内保持飞行高度或者限制飞行高度以保持垂直间隔、为了保持或者增大间隔，要求飞行员增加爬升率或下降率等。
于是，冲突管制负荷表示为每次发生飞行冲突，管制员发出解决冲突指令所花的时间。
WC 1 （t ） =a*N（t） （2）
其中，a表示冲突管制指挥负荷的权值，指扇区内航空器之间发生一次冲突，管制员用来解决航空器冲突与飞行员通话的管制负荷值（单位：秒/次）；N（t）表示自t时刻开始的时间片段内管制员发出解决冲突的指令次数。
1.2 监视管制负荷
监视管制负荷就是在非冲突和不需要协调管制的情况下，管制员检查扇区内航空器的情况和做出管制提示时所承受的工作量。因此，监视管制工作负荷可以表示为：
WF （∑ n ）=W进程单 （t ）+W高度改变 （t ）=b1*N进程单 （t ）+b2*N高度改变 （t ） （3）
其中，b1表示填写进程单负荷的权值，指一架航空器飞过一个重要点的时候，管制员检查和记录进程单的管制负荷值（单位：秒/次）；
N进程单 （t ）表示自t时刻开始的时刻片段内填写进程单的次数；
b2表示高度改变管制负荷的权值，指对于一架航空器发生一次高度改变时所需管制员与飞行员的通话和管制员填写进程单所谓管制负荷值（单位：架/秒）；
N高度改变 （t ）表示自t时刻开始的时间片段内管制员发生改变高度指令的次数。
1.3 协调管制负荷
协调管制负荷就是当航空器穿越边界是，管制员和飞行员、管制员和管制员之间的信息交换中管制员所承受的工作量。因此，协调管制负荷为：
WC 2 （t ）=W进入扇区 （t ）+W离开扇区 （t ）=c1*N进入扇区 （t ）+c2*N离开扇区 （t ） （4）
c1表示航空器进入扇区管制负荷的权值，指当一架航空器进入扇区时，管制员和飞行员、管制员与管制员之间的信息交换和检查进程单的管制负荷（单位：秒/架）；
N进入扇区 （t ）表示自t时刻开始的时间片段内进入扇区的航空器的数量；
c2表示航空器离开扇区管制负荷的权值，指当一架航空器离开扇区时，管制员和飞行员、管制员与管制员之间的信息交换和检查进程单的管制负荷（单位：秒/架）；
N离开扇区 （t ）表示自t时刻开始的时间片段内离开扇区的航空器的数量。
1.4 管制员工作负荷评估模型
根据前文所述，管制员工作负荷可以描述为公式5所示：
WC =a*N（t）+b1*N进程单 （t ）+b2*N高度改变 （t ）+c1*N进入扇区 （t ）+c2*N离开扇区 （t ）
通过这个管制员工作负荷数学模型表达模型的建立可以评估出扇区内每个时间片内管制员工作负荷的大小。时间片刻的通常定义都是以30分钟为一个时间片，一天24小时就分成48个时间片。
2 数值仿真分析
2.1 管制员工作负荷计算
根据目前普遍接受的管制指令类型及其平均发布时间可知，管制员工作负荷的权值如表1所示，结合某管制中心的实际指挥数据统计可知，以30分钟为一个时间片，各管制指令出现的次数如表2所示。
根据本文所构建的管制员工作负荷评估模型可知，该时间片中管制员的平均工作负荷为：
WC =2.59*7.8+4.95*8.2+2.28*28.6+4.98*8.2+5.53*8.2=207.18
2.2 不同因素对管制指令时间的影响
根据调研可知，管制员工作负荷受到多种因素的影响，主要包括管制员的年龄、性别、工作年限、学历、管制员级别、是否是教员等。根据管制员信息采集表和管制员管制指令时间统计表的统计结果，本文以管制员的年龄为例分析其对管制员工作负荷的影响。
各年龄段管制员平均每30分钟的平均工作负荷：
21-25：2.57×7.8+2.27×28.6+5.40×8.2+5.60×8.2+4.8×8.2=214.52
26-30：3.06×7.8+2.65×28.6+5.38×8.2+5.50×8.2+5.38×8.2=232.99
31-35：2.03×7.8+1.93×28.6+3.90×8.2+4.30×8.2+4.2×8.2=172.426
36-40：2.13×7.8+1.75×28.6+5.00×8.2+5.50×8.2+5.5×8.2=197.864
可見，管制员工作负荷最小的为31-35岁年龄段。
同理本文继续讨论得出了以下结论：
女性管制员通常平均工作负荷较男管制员工作负荷要高；
本科管制员较研究生和专科管制员工作负荷要低；
管制教员的工作负荷比非管制教员的工作负荷高；
四级管制员比其他管制员的工作负荷要低；
当管制员工作4-6年时，工作负荷较其他工作年限的管制员工作负荷要低；
根据标准差的大小可知，影响因素的重要性排序为工作年限>管制级别>年龄>性别>是否管制教员>文化程度。
3 结论
本文定义了管制员客观工作负荷类型，将其分为冲突调配、协调移交、监视工作负荷，并分别构建了管制员工作负荷模型，基于雷达管制所发指令平均时间定义了工作负荷权值，通过统计指令频次得到最终的管制工作负荷。分析了管制工作负荷的影响因素如工作年限、年龄、性别、是否是管制教员、文化程度对其影响，通过管制员工作负荷研究对于合理安排扇区流量，保障飞行安全有重要意义。
参考文献：
[1] D.K.Schmidt，A queuing Analysis Of the Air Traffic Controllers Workload，IEEETransaction On Systems， Man， And Cybernetics，1978，Vol.SMC-8，No.3：492-498.
[2] Pawlak，William S.， Comparison of algorithms for the dynamic resectorization of airspace，AIAA Guidance，Navigation，and Control Conference and Exhibit，American Institute of Aeronautics and Astronautics，1998：67-74.
[3] 万莉莉，胡明华.管制员工作负荷及扇区容量评估问题研究[J].交通运输工程与信息学报，2006，4（2）：70-75.
[4] 王红勇，赵嶷飞，王飞.空中交通管制扇区复杂度评估研究[J].交通运输系统工程与信息，2013， 13（6）：147-153.
[5] 武丁杰.基于空域复杂度的管制员工作负荷评估[J].科学技术与工程，2013，13（31）：9465-9470.
[6] 夏正洪.基于雷达模拟机的管制员工作负荷评估研究[J].中国民航飞行学院院报，2016， 27（2）：5-9.
