基于胜任力模型的模拟飞行训练评估

王 岳，杨永刚，宋 泽

（中国民航大学a.飞行分校；b.通用航空学院，天津 300300）

加强飞行训练质量，培养合格的飞行员，是保证航空安全的重要手段。目前，模拟飞行训练已广泛用于飞行员培训中[1]。传统的模拟飞行训练评估主要是由教员或检查员根据飞行学员的飞行表现对比训练大纲标准进行评估，评估具有较强的主观性，且评估任务强度大。模拟飞行训练自动评估方法已成为飞行训练研究的热点[2]。

在军用航空领域，多种模拟飞行训练评估方法已被提出[3-4]。但这些评估方法基于军机和军队训练大纲及科目，与民航飞行训练存在一定差异，因而不适用于民航飞行训练。文献[5-6]基于航空公司专业模拟机提出了飞行训练评估方法，但其不适用于飞行学员的初始理论培训阶段。

中国民用航空局于2020年12月发布了《中国民航运输航空飞行员技能全生命周期管理体系建设实施路线图》[7]。该文件以基于胜任力的培训和评估作为基础理论，从战略层面规定了教学训练体系建设要基于飞行员内化的能力，为教学训练目标指明了方向。飞行学员阶段，即飞行技术专业本科阶段，是一个从零基础迈向职业化飞行员的初始阶段。如何将基于胜任力的培训和评估融入飞行技术专业学员培养体系中的初始理论培训阶段是众多飞行技术专业教师面临的问题。目前，在飞行技术专业本科理论阶段培养过程中，先期开发的飞行仿真系统[8-9]通过运用飞行模拟演示，虽然能有效地帮助飞行学员直观地理解对应的知识点，但缺乏以绩效表现为导向的培训和评估。针对飞行学员初始理论培训阶段的综合评估问题，提出基于胜任力的模拟飞行训练评估方法，并利用Prepar3D模拟飞行软件及其开发套件设计了基于胜任力模型的模拟飞行训练评估仿真平台。该平台选取典型飞行程序训练科目及其飞行技术考核指标，并确定了两层权值。最后，根据胜任力模型对飞行学员的模拟飞行训练进行评估，得到评估结果。该方法对于飞行学员的模拟飞行训练评估具有较高的实用价值。

1 模拟飞行训练评估仿真平台构建

Prepar3D 是一款三维仿真模拟飞行软件，常用于航空公司和军方飞行员培训，该软件为用户提供了一个完整的生态系统，可满足不同用户的需求[10-11]，且Prepar3D 开发套件可进行二次开发。

在先期开发的飞行仿真系统基础上，基于Prepar3D开发套件，利用Visual Studio C#编程工具[12]，通过Prepar3D飞行数据接口获取实时数据，开发了模拟飞行训练评估仿真平台。

1.1 技术方案

模拟飞行训练评估仿真平台包括飞行数据采集和存储模块、基准指标库模块、飞行数据处理模块和显示模块。该平台的模块结构图如图1所示。

图1 模拟飞行训练评估仿真平台模块结构Fig.1 Module structure of simulation platform for simulated flight training evaluation

飞行数据采集和存储模块通过Prepar3D 的飞行数据接口不间断地采集多组数据，并且在保证数据完整的基础上快速存储，并发送给飞行数据处理模块；飞行数据处理模块读取基准指标库模块的数据后，与飞行数据进行对比分析，得出评测结果。显示模块用于显示飞行的航迹和飞行数据。飞行数据包括：飞行高度和飞行速度与时间的关系、经度、纬度、航向、下降率、总体航线图、进近横向和纵向航迹图以及评测结果。

1.2 飞行程序训练科目和考核指标设计

胜任力模型在20世纪70年代被正式应用于管理领域。经过几十年发展，胜任力模型已经发展比较成熟，在训练评估、人员选拔、训练课程设计等方面都有应用[13]。2018年8月29日，国际民航组织发布了国家信函文件[14]，对胜任力定义、胜任力名称及描述进行了更新，认为胜任力是人类绩效的一个方面，能够用于可靠地预测工作中的表现。胜任力能够通过实施活动或任务（特定条件下）过程中产生的行为（受相关的知识、技能和态度驱使）被观察到。文件中提出了飞行机组训练应该重点关注的9 项核心胜任力指标：程序的执行和遵守规章、沟通、飞行航迹管理-自动飞行、飞行航迹管理-手动飞行、领导力和团队合作、问题的解决和决策、情景意识和信息管理、工作负荷管理、知识的应用。

依据中国民用航空局标准和对飞行教员的调研，并结合飞行理论和模拟飞行的特点，基于胜任力模型设计了典型飞行程序训练科目（测试项）及其飞行技术考核指标（测评指标）。已开发飞行程序训练科目如图2所示。

图2 基于胜任力模型的典型飞行程序训练科目Fig.2 Typical flight training subject based on competency

考核指标自动评分，避免了人为评分的高成本和因主观性等引起的误差。科目总评分加入了两层权值，分别是：第一层的指标权值和第二层的阶段权值，考核总分计算公式可表示为

式中：Wi为第i阶段的权值；Ki为第i阶段的分数表示为

式中：Ij为第j个指标的分数；WjI为第j个指标的权值。

运用设计的胜任力评估单，综合分析各阶段的指标得分、总分及学员表现，评估学员核心胜任力表现。其中飞行航迹管理-手动飞行评估单示例如图3所示。

图3 飞行航迹管理-手动飞行评估单Fig.3 The evaluation form of flight path manageme-manual flight

评估单将此项胜任力划分成5 个评估等级，分别为优秀、良好、中等、较差和差。同时给出评价等级的量化标准：优秀的量化标准为（90，100]，良好的量化标准为（80，90]，中等的量化标准为（70，80]，较差的量化标准为（60，70]，差的量化标准为（0，60]。

从胜任力来看，飞行学员在完成3 个典型飞行程序训练训练科目的过程中，9 项核心胜任力均有展现。但总体上看，展现较为全面的胜任力有程序的执行和遵守规章、飞行航迹管理-自动飞行、飞行航迹管理-手动飞行、情景意识和信息管理、工作负荷管理、知识的应用。展现不全面的胜任力有沟通、领导力和团队合作、问题的解决和决策。

2 模拟飞行训练评估方法应用案例

2.1 实践应用内容

开发了3 个基于胜任力模型的典型飞行程序训练科目（演示与评估）；①塞斯纳172 盲降进近；②塞斯纳172VOR/DME 进近；③塞斯纳172 类精密进近。

2.2 案例说明

以塞斯纳172 盲降进近科目作为案例说明实践应用内容。

2.2.1 软件环境及场景配置

基于Prepar3D 平台，场景为天津滨海国际机场16R 号跑道，根据需求设置天气，机型为赛斯纳172。

2.2.2 飞行操作程序

天津滨海机场盲降进近程序图[15]如图4所示，具体飞行操作程序如下：

图4 天津滨海国际机场盲降进近程序图Fig.4 ILS procedure chart of Tianjin Binhai International Airport

（1）距离TAJ 台284 °径向线2 n mile（1 n mile =1.852 nm）处作为飞机的初始位置，高度3 200 ft（1 ft=0.304 8 m）；

（2）沿TAJ 台284°径向线飞行，飞向TAJ 台（起始进近定位点（IAF，initialapproachfix）），过台高度3000 ft；

（3）过TAJ 台后，收油转下降，减速到100 kt（1 kt=1.825 km/h），同时切入TAJ 台350°径向线并保持；

（4）适时调谐频率、调整构型。距TAJ 台10 n mile时左转至航向250°，切CDI 到盲降频率；杆动后，左转切入160°航向道；

（5）切入160°航向道后，严格保持，减速到90 kt，若在最后进近点（FAF，final approach fix）前高度到达2 000 ft 则保持平飞；

（6）截获下滑道后，在FAF处收油转下降，保持速度90 kt 下降；

（7）严格保持航向道和下滑道飞行，高度低于1 000 ft 时不再要求速度90 kt；

（8）入口速度范围应保持在63～68 kt；

（9）到最低下降高度（200 ft）时若跑道可见，继续正常的着陆程序，目视着陆；若跑道不可见，复飞，切CDI 到TAJ 频率，加入复飞程序。

2.2.3 盲降进近程序测评方法

盲降进近是大型国际机场主要的进近方式，是飞行学员理论阶段需要掌握的重要知识点。依据飞行程序设计理论将进近程序分为6 段：①起点到IAF；②IAF 到中间进近定位点（IF，intermediate fix）③IF 到FAF；④最后进近点到决断高度（DH，decision height）；⑤决断高度到跑道入口；⑥跑道入口到接地全停。根据中国民用航空局相关标准、机型参数、所选机场进近程序图及对资深航校教员的咨询，同时考虑了模拟飞行的特点，在每个阶段选取对应的考核指标，如表1所示，同时确定考核指标的标准及评测方法。

表1 盲降进近程序各阶段考核指标表Tab.1 Assessment indicators in each section of ILS approach procedure

以IF 到FAF 段为例，考核指标及评测方法如表2所示。

表2 考核指标及评测方法表Tab.2 Assessment indicators and evaluation methods

2.3 实践意义及推广应用

模拟飞行训练评估仿真平台既可以课堂演示也可以让学生亲身操作实践练习，根据“学习金字塔”理论，实践练习可以在很大程度上提高教学效果，可使学员对飞行理论知识点有更加直观的理解。同时，基于胜任力模型的指标设计，可使模拟飞行训练评估仿真平台应用于评估学员的绩效水平数据，从而识别胜任力的明显缺陷。

基于该仿真平台开发的塞斯纳172 盲降进近和VOR/DME 进近案例已作为比赛科目应用于全国高校模拟飞行锦标赛中，经多所国内知名航空院校师生操作验证，反馈效果良好，可对飞行技术专业中飞行原理、航图、航行情报、目视与仪表飞行程序设计等课程理论知识进行综合应用，有利于学员加深对相关对应知识点的理解。

3 结语

基于胜任力模型设计了模拟飞行训练评估方法。实践验证表明该评估方法对于飞行技术专业飞行学员培养有明显的辅助作用，且模拟飞行训练评估仿真平台成本低廉、二次开发性强，扩展和维护方便。但该评估方法非技术胜任力指标中的沟通、领导力和团队合作缺失较为明显，如何在评估教学实验中融入非技术胜任力指标还有待进一步研究。