基于权重分析的航空物探遥感空勤人员疲劳影响因素

鞠 星， 牛海波， 张贺然， 晁倩倩

(中国自然资源航空物探遥感中心, 北京 100083)

随着地质调查事业的飞速发展,航空物探遥感作业更为广泛地应用到了地质调查事业当中。随着航空器飞行规则的变化和设备精密程度的不断提高,航空物探遥感空勤人员的工作内容主要集中在设备维护和设备操作两个方面,因此导致航空物探遥感空勤人员的疲劳现象也越来越不易显现。通过对航空物探遥感飞行作业的统计显示,由于天气状况、空域管制等问题,近五年来每年度内可以供航空物探遥感飞行的天数较五年前的数据相比下降了近10%。在这种状态下,近年的航空物探遥感飞行过程中仍然出现了机载仪器掉落等安全事件现象,这些都与航空物探遥感空勤人员未达到较好的工作状态有着重要关系。

有效地控制并缓解航空物探遥感空勤人员疲劳风险的核心是对航空物探遥感空勤人员的疲劳状况以及疲劳程度进行有效的综合评价。通过走访调查发现,在执行航空物探遥感飞行任务的单个周期中,影响航空物探遥感空勤人员疲劳的因素有很多,主要涉及人员的心理因素、生理因素、作业环境因素等。目前在中国针对航空物探遥感空勤人员的疲劳的控制因素并没有明确的规定和相关的作业控制条款,因此对上述影响其因素进行量化的科学分析是亟需进行的。为此，首先对航空物探遥感空勤人员疲劳的影响因素进行具体分析,设计出航空物探遥感空勤人员疲劳风险综合评价指标体系；然后基于权重计算方法中的熵权法进行计算,得出各指标的权重数据并根据数据排列出关键因素级别等次；最后根据航空物探遥感空勤人员的主要疲劳因素,通过相关领域专家进行专业分析,找到影响因素成因,为下一步如何构建预防和避免疲劳体系打下坚实基础。

1 疲劳风险评价指标体系的建立

1.1 中外研究

目前中国对于空勤人员的研究重点是在军事领域空军飞行作业的空勤人员,研究内容主要集中在对于空勤人员疲劳因素的致因和恢复上。对于导致空勤人员疲劳的研究结果主要体现为:空勤人员的机体长期、反复地受到多种不良因素的影响,会引起一系列心理、生理方面的反应,对空勤人员的健康和飞行效能造成不同程度的危害和影响[1-2]。出现以疲劳为主要症状,并伴随有生理、心理、免疫 、生化等一系列不同程度的症状改变,其特点多呈一种长期持续疲劳,同时伴有肌肉关节疼痛 、失眠及各种精神症状等非特异性临床表现的一组慢性疲劳综合症(CFS)的症候群[3-4]。

欧美国家针对空勤人员的疲劳因素研究较为系统,认为造成空勤人员疲劳的原因与其具体的从业性质、频次、任务质量有密不可分的关系,导致的疲劳因素也各不相同。因此在制定各种疲劳对策时,必须谨慎区别空勤人员的个体差异。例如对睡眠缺失、睡眠中断和时区转换的反应各不相同。认为研究的重点应是确定个体在睡眠调节机制、昼夜节律、恢复性睡眠和疲劳对策反应方面的差异[5-6]。进而研究各种个体因素(生理周期、心理需求、睡眠需求等)对疲劳易感性的影响,以及应对措施的有效性,将有助于完善空勤人员的疲劳管理[7]。

1.2 调查方法

图1 建立航空物探遥感空勤人员疲劳风险评价指标体系设计思路Fig.1 Establish the design idea of evaluation index system of aero geophysical survey & remote center flight crew

根据图1,在确定能够导致航空物探遥感空勤人员的疲劳因素后,对中国12名3 a以上从事航空物探和国土资源遥感勘查技术应用、研究、开发一体化的专业技术机构的空勤人员进行实地访谈。每名被访谈者的访谈内容均针对从业过程中的疲劳风险因素进行访谈内容设计,访谈时间均在20 min以上。通过对受访谈者的访谈资料进行整合,提取访谈过程中表述的关键词,排除反向表述内容,确定出现频度在拟定疲劳因素中频次较高的因素,最终建立疲劳风险评价指标体系。

根据图1走访调查出的结果所确定的疲劳因素,设计“航空物探遥感空勤人员疲劳风险评价指标体系调查问卷”,通过对多位从事航空物探遥感作业空勤人员的履历筛选,确定10名调查对象,并向10名有10 a以上航空物探遥感空勤作业经验和飞行特情处理经验(经历至少一二次特情处理)的专家发放问卷,要求现场完成问卷调查,对设定的各因素进行依次打分,其中10名专家提交的打分数据均为有效数据。

1.3 安全事故案例

近十年来,能够查阅到的中国从事航空物探遥感飞行作业的重大事故有2起,较大特情事故有2起。本研究选取典型的事故和特情案例,针对造成空勤人员疲劳影响因素进行分析。

2008年6月15日,在内蒙古自治区赤峰市空域执行自治区航空物探综合调查项目任务的一架Y-12(B-3841)飞机于下午16时10分后与地面失联,飞机在赤峰市巴林左旗碧流合镇的一座小山坠毁,机上3名驾驶员遇难,航空物探空勤人员石某经抢救后幸存。通过对于石某的口述材料分析,正是严格的遵守了空中作业空勤安全管理要求和个人强大的心理素质,才能够在坠机事故中得以幸存[8]。事故中航空物探空勤人员虽然幸存,但使得此后执行航空作业的航空物探遥感空勤人员极易产生较大的心理负担,尤其在飞行过程中遇到颠簸较大的情况极易产生恐慌,进而造成极易产生疲劳的现象。

2017年12月28日,在新疆维吾尔自治区哈密市空域执行航空物探测量项目任务的一架Y-12(B-3750)飞机于下午14时45分出现突发性大幅共振,左侧机翼安装的航空物探探杆脱落(探杆未找到,未造成地面损失),飞机于15时45分安全着陆哈密机场。基于此次特情,使得航空物探遥感从业人员在飞行前对于机载设备的检查、安装工作都倍加谨慎,在飞行过程中对于设备安全保障和操作压力剧增,进而造成极易产生疲劳的现象。

1.4 疲劳的影响因素

在中外对于航空物探遥感空勤人员的研究较少,由于其涉及了地面和飞行器内两个方面,而飞行器内作业又不涉及飞行器驾驶工作,因此对于航空物探遥感空勤人员的管理多是参照机务维修人员进行的。然而根据文献研究显示:机务维修人员疲劳最主要的两个因素是睡眠缺失和昼夜生物节律扰乱[9-10]。如此逻辑类推,在结合上文所描述的航空物探遥感空勤人员的工作规律现状,机务维修人员的疲劳因素已经无法与航空物探遥感空勤人员相匹配。因此本研究通过上文的2个案例分析和对执行航空物探遥感飞行作业野外工作组的走访调查,得出了三个造成航空物探遥感空勤人员疲劳的主要因素。

心理方面,由于航空物探遥感空勤人员通常长期在野外执行飞行任务,结合现有飞行条件,漫长而焦急的等待、没有家人的陪伴、危险的作业环境都使得航空物探遥感空勤人员面临着疲劳的风险。因此懂得合理的提升情趣、适当的自行心理疏导对心理方面的影响是非常必要的。

工作环境方面,随着航空物探遥感工作内容和技术的发展趋势导致,飞行区域越来越多的集中于艰苦地区,飞行高度越来越低。这就导致航空物探遥感空勤人员需要高频次的面临极端工作条件。在飞行器内面临巨大的飞行噪声、严重的气流颠簸都会使航空物探遥感空勤人员产生疲劳感。经过实地观察统计发现,在每日执行1架次以上任务时,航空物探遥感空勤人员对再次登机前对外挂机载设备的检查程度大多远低于首次飞行,这些都直接关系到飞行前安全检查的质量。

工作负荷方面,由于飞行的频次在降低导致必须保证每次飞行都能够高效地完成,其次随着机载航空物探遥感仪器的精密化对于操作的要求也逐渐变高,就会形成操作上的时间压力。由于每次作业的人数限制,航空物探遥感空勤人员长期在工作中处于效率压力就会很容易在作业过程中产生时间压力。因此航空物探遥感空勤人员在疲劳状态下工作将直接影响仪器的准确操作和数据获得质量。

1.5 建立疲劳风险评价指标体系

通过走访调查多个执行航空物探、航空遥感飞行任务的野外工作组,收集到了大量航空物探遥感空勤人员疲劳影响因素的相关信息,通过对收集信息的整合,形成了22个能够导致航空物探遥感空勤人员的疲劳因素。根据结果在22个疲劳因素中除去了7个影响较小的疲劳因素,根据建立评价体系原则建立了一个航空物探遥感空勤人员疲劳风险评价体系(图2)。

图2 航空物探遥感空勤人员疲劳风险评价指标体系Fig.2 Evaluation index system of aero geophysical survey & remote center flight crew

2 确定指标权重计算方法

目前在学术界计算求解指标权重时,通常采用的是主观赋权法和客观赋权法。常用的主观赋权法主要有Delphi法、层次分析法(AHP)[11]、权的最小平方法等。客观赋权法主要是基于决策矩阵信息的方法来确定指标权重,如主成分分析法[12]、熵权法和多目标规划法[13]等。

根据2016年中国民航大学民航安全科学研究所民航局重大专项项目中,孙瑞山教授通过进行大量权重计算方法比对后,所研究出的最佳计算疲劳影响因素权重计算的研究方法为采用权的最小平方法和熵权法将主观权重和客观权重相结合,从而得到指标的组合权重。这种将主、客观赋权法相结合的算法,既能针对主、客观赋权法的优缺点,兼顾决策者对指标的偏好,又能减少赋权的主观随意性,从而使对指标的赋权达到主观与客观的统一,进而使决策结果更加真实、可靠[14]。

研究中得出权的最小平方法的计算方法[15-16]为

W=C-1e/eTC-1e

(1)

式(1)中：W为排序向量,并满足CW+λe=0,其中e=(1,1,…,1)T。

研究中得出熵权法计算各项指标的熵权为[17]

W=(ωj)1×n

(2)

式(2)中：ωj为第j项评价指标。

研究中认为两个算法综合集成可以反映主观的决策与判断,因此对两个算法进行了指标组合的权重计算,为了尽可能让权重指标之前形成较大的差异,从而体现出重要性,因此选择乘法计算指标的组合权重ωj,公式为

(3)

式(3)中：α为最小平方法得到的指标主观权重向量,β为熵权法得到的指标客观权重向量。

3 指标权重的计算

根据建立航空物探遥感空勤人员疲劳风险评价指标体系研究所建立的疲劳风险指标体系,计算10名专家的打分数据。通过上文指标组合权重计算的方法,得出结果并通过数据比较进行排序(表1、表2)。

表1 B层因素的指标权重和排序Table 1 Index weight and order of layer B factors

表2 C层因素的指标权重和排序Table 2 Index weight and order of layer C factors

根据表1、表2的数据统计可以分析得出:

(1)个人因素(B1)的权重指标在B类指标中最高,其中心理健康(C2)的权重是所有单项影响因素中最高的,简单分析这与目前社会、生活压力有着密不可分的关系,但由于心理健康涉及人与社会的方方面面,因此需要结合航空物探遥感空勤人员的作业环境、生活环境进行系统评估才能得出最终结论。

(2)设备稳定性(C12)的权重指标排在所在组的第一位,在所有单项影响因素排在第二位,这与通过本研究对多个航空物探遥感野外工作组的调查结果相符。具体是因为由于目前年度周期内飞行架次明显减少,许多航空物探、航空遥感设备受到恶劣的空中飞行综合条件的影响和仪器自身不稳定因素,造成设备在作业过程中出现不稳定因素,进而导致飞行数据质量难以保障。因此数据中飞行条件(C9)、维修负荷(C13)、温湿度(C8)在所有权重因素中权重值也在综合排名的前5位。

(3)由于航空物探遥感空勤人员现在所处的作业环境因素,工作时间(C10)、工作负荷(C11)、工具设备(C15)、睡眠休息(C6)在所在组和综合排名的位置都是靠后的,这一点表明在传统惯性思维中对于航空物探遥感空勤人员休息、工时等影响因素已不再是影响其疲劳的重要因素。

4 主要疲劳影响因素分析

4.1 主要疲劳影响因素的提取

通过权重分析的疲劳影响因素研究,将15个影响因素的排名前8的影响因素设定为主要影响因素,按顺序排列分别为心理健康(C2)、设备稳定性(C12)、飞行条件(C9)、维修负荷(C13)、温湿度(C8)、安全防护保障(C14)、生理健康(C1)、噪声(C7)。最为直观的感受就是当前航空物探遥感空勤人员的疲劳影响因素并不是传统的生理疲劳因素[18],而更多地集中在心理疲劳因素。基于权重分析结果对多位地质勘探行业的安全管理专家进行走访,在逻辑推理后发现,航空物探遥感空勤人员的主要疲劳因素重点体现在了心理疲劳上。

4.2 心理分析主要方法

基于权重分析结果和对航空物探遥感空勤人员生活环境模拟表述,通过对多位心理学专家进行走访,得到了结论基本大致相同:疲劳影响因素中的心理健康(C2)主要体现为航空物探遥感空勤人员的疲劳负荷。通过对心理负荷模型构建的研究,本研究发现扬斯所建立的心理负荷模型(图3),可以较为直观地分析出航空物探遥感空勤人员的心理负荷现状。

图3 扬斯的心理负荷模型Fig.3 Youngs’ mental load model

在扬斯的心理负荷研究体系中,作业者工作负荷是由输入负荷、作业者努力和作业绩效三个基础部分组成,三者相互关联。输入负荷部分由环境、设计/情景和程序三个环节组成,对作业者努力造成的影响则与输入负荷和作业绩效都具有关联,公式计算可以推演为[19]

作业者努力=f(负荷,作业者内部状态,

内在绩效标准)

(4)

式(4)中,作业者的工作状态源自许多影响因素,其中主要包括稳定因素和变动因素；作业绩效虽然直接取决于作业者的努力程度,但其最终形成的核心受到了作业者内部特征或变量的影响[20]。与此同时,扬斯还在提出心理负荷模型的基础上进步深入研究,指出输入负荷是一个预定的因素,而绩效和努力水平需在人机系统评价中加以测定。

4.3 心理负荷分析

之所以航空物探遥感空勤人员的主要疲劳因素源自心理负荷,与现阶段航空物探遥感空勤人员的生活环境、工作环境密不可分。根据模型的构造,将其分为生活环境、工作环境进行分析。

生活环境中,航空物探遥感空勤人员处于长期与家人分离状态,生理问题和家人问题突显,这就导致模型中稳定因素长期的影响着从业人员内部特征；同时,由于飞行条件的各类因素导致执行任务需要漫长的等待,在没有训练、模拟实操的环境下突然进行空勤作业,就使得在操作时会对心态等多方面因素产生影响,因此形成了变动因素。

工作环境中,基于变动因素的出现与作业绩效的影响相互刺激,在飞行频率有限需要确保每次飞行都必须具有较好的完成度时,导致作业绩效也会严重影响着内部特征；由于现如今对于航空物探遥感技术质量的不断提高,飞机飞行高度降低,导致震动、噪声、温湿度条件变得异常恶劣,使得环境、设计/情景在空勤人员实施作业的过程中严重影响输入负荷[21-22]；而由于操作设备运行时有存在不稳定性频度较高的现象[23],导致在程序因素中同样会出现严重影响输入负荷的现象。

通过对航空物探遥感空勤人员生活环境和工作环境的分析,可以发现在稳定因素、变动因素、作业绩效、输入负荷四个层面对作业者内部特征或变量都会造成影响,因此在扬斯的心理负荷理论中,航空物探遥感空勤人员会形成较强的心理负荷。

5 结论

(1)通过权重分析法得出了航空物探遥感空勤人员疲劳风险评价指标体系各指标的权重,为下一步编制影响航空物探遥感空勤人员疲劳因素控制措施提供了依据基础。

(2)所得出的航空物探遥感空勤人员疲劳风险评价指标与传统观念中的疲劳影响因素有明显不同,心理健康、设备稳定性、飞行条件等几个重要因素是目前航空物探遥感空勤人员主要的疲劳影响因素。

(3)通过心理学中扬斯的心理负荷理论对航空物探遥感空勤人员主要影响因素分析,稳定因素、变动因素、作业绩效、输入负荷四个层面对作业者内部特征或变量都会造成影响,形成心理负荷。因此得出心理因素成为航空物探遥感空勤人员主要疲劳影响的原因。

(4)得出的航空物探遥感空勤人员疲劳风险评价指标权重,可以作为与航空物探遥感空勤人员作业模式相似领域的影响疲劳因素研究的量化指标,从而实现相关生产经营单位对空勤人员安全生产工作进行科学管理与评价。