空中交通管制員技能評(píng)估主成分分析方法

李赟杰

摘 要：本文從空中交通管制員技能定量評(píng)估策略分析入手，明確了評(píng)估步驟和主成分分析法的主要原理，之后結(jié)合實(shí)例分析探討了主成分分析法的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證表明，采用主成分分析方法評(píng)估空中交通管制員的客觀性和科學(xué)性良好。

關(guān)鍵詞：空中交通；管制員；技能評(píng)估；主成分分析

前言

空中交通管制員擔(dān)負(fù)著維護(hù)空中交流秩序的重要責(zé)任，在我國(guó)民航事業(yè)快速發(fā)展的背景下，飛行架次日益增多，這就對(duì)空中交通管制員的技能水平提出了更高的要求，如何客觀、準(zhǔn)確的進(jìn)行空中交通管制員技能評(píng)估至關(guān)重要。就目前來(lái)看，主流的評(píng)估方法大多為以管制員個(gè)人素質(zhì)和管制服務(wù)作業(yè)過(guò)程為基礎(chǔ)的人工評(píng)估方式，不僅忽略了對(duì)服務(wù)作業(yè)結(jié)果的評(píng)估，且缺乏一定的客觀性和準(zhǔn)確性?；谝陨希疚慕Y(jié)合實(shí)例，介紹分析了一種空中交通管制員技能評(píng)估的主成分分析方法，旨在為相關(guān)研究和實(shí)踐提供參考。

1空中交通管制員技能定量評(píng)估策略

1.1評(píng)估步驟分析

（1）確定空中交通管制員技能定量評(píng)估指標(biāo)?？罩薪煌ü苤茊T管制服務(wù)品質(zhì)包含管制運(yùn)行安全性能、空中交通流密度、管制員工作負(fù)荷及管制運(yùn)行效率性能等四個(gè)因子[1]，以此為基礎(chǔ)確定，定量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以指標(biāo)綜合度、成熟度等為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，同構(gòu)專家調(diào)查法，確定空中交通管制員技能定量評(píng)估指標(biāo)。

（2）多場(chǎng)景雷達(dá)模擬機(jī)測(cè)試。以專家意見(jiàn)為根據(jù)，針對(duì)特殊情況和空中交通流密度，設(shè)計(jì)多場(chǎng)景雷達(dá)模擬機(jī)測(cè)試，通過(guò)測(cè)試結(jié)果來(lái)分析空中交通管制員的技能水平，體現(xiàn)不同管制員在技能水平上的差異性。

（3）評(píng)估樣本集的建立。以多場(chǎng)景雷達(dá)模擬機(jī)測(cè)試為基礎(chǔ)，選擇不同等級(jí)的空中交通管制員參加測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)評(píng)估樣本集的建立。

（4）評(píng)估結(jié)果的計(jì)算。以主成分分析方法為基礎(chǔ)，對(duì)樣本綜合得分進(jìn)行計(jì)算，以此來(lái)獲得空中交通管制員的技能評(píng)估結(jié)果。

1.2主成分分析方法

主成分分析方法是一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，在應(yīng)用的過(guò)程中，將多個(gè)變量轉(zhuǎn)化為幾個(gè)主成分，即綜合變量，多個(gè)原始變量的大部分信息會(huì)搭載在主成分中，表示為原始變量的相關(guān)種類線性組合。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)變量降維和解釋主成分是主成分分析法的核心，下面來(lái)簡(jiǎn)要分析主成分分析方法的基本原理。

p維隨機(jī)變量用X表示，X=[X1、X2、X3…，XP]，m維隨機(jī)變量用Z表示，Z=[Z1、Z2、Z3…，Zm]，其中m①Z=XU；

②Zi與Zj無(wú)關(guān)，即i≠j，j=1，2，…，m；

③Z1在Z線性組合中方差最大；

④Zi是與Z不相關(guān)的X所有線性組合中方差最大者。

則可以將Zi成為原變量X=[X1、X2、X3…，XP]的第i主成分。

根據(jù)相關(guān)矩陣知識(shí)，將X協(xié)方差矩陣m個(gè)較大特征值對(duì)應(yīng)特征向量集合用U來(lái)表示，用表示Zi的貢獻(xiàn)率，則=，前m個(gè)主成分貢獻(xiàn)率的和能夠反映其綜合原始變量信息能力。一般來(lái)說(shuō)，在信息損失不大的情況下，采用主成分分析方法，利用主成分來(lái)代替原始變量實(shí)現(xiàn)降維。

樣本數(shù)據(jù)表示為，l在第i個(gè)主成分上的得分用表示，則可以得出樣本綜合得分的表達(dá)式（1）：

表達(dá)式（1）：

2實(shí)例分析

2.1多場(chǎng)景雷達(dá)模擬機(jī)測(cè)試設(shè)計(jì)

以昆明進(jìn)近北扇作為考試空域環(huán)境，確定空中交通管制員技能定量評(píng)估指標(biāo)如表1所示：

根據(jù)專家意見(jiàn)，設(shè)計(jì)5個(gè)場(chǎng)景的測(cè)試腳本，5個(gè)場(chǎng)景分別是：①場(chǎng)景1：扇區(qū)中等密度流量；②場(chǎng)景2：高密度流量；③場(chǎng)景3：復(fù)雜天氣下中等密度流量；④場(chǎng)景4：航空器出現(xiàn)單發(fā)故障的中等密度流量；⑤場(chǎng)景5：陸空通話無(wú)線電失效的中等密度流量。

2.2空中交通管制員技能評(píng)估實(shí)施

選定三個(gè)等級(jí)共24名管制員參加5種不同場(chǎng)景雷達(dá)模擬機(jī)測(cè)試測(cè)試（每個(gè)等級(jí)8人），得到120組定量評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)，作為樣本。對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以Matlab7.1軟件為基礎(chǔ)進(jìn)行主成分分析算法，將樣本數(shù)據(jù)重組為4個(gè)主成分，即綜合指標(biāo)，進(jìn)行降維處理[2]。原始變量信息保存度為92.48%，對(duì)各個(gè)樣本綜合得分進(jìn)行計(jì)算，用分值高低來(lái)反映管制員技能水平。主成分分析結(jié)果如表2所示：

3結(jié)論分析

綜上所述，本文提出了空中交通管制員技能水平評(píng)估的主成分分析方法，并進(jìn)行了實(shí)例分析，在5種場(chǎng)景下進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果高低差別明顯，與眾多特殊情況干擾的實(shí)際情況相同，印證了正?？罩薪煌ü苤浦刃虻暮?yīng)，管制調(diào)配難度較大，同時(shí)反映出空中交通管制員應(yīng)當(dāng)具備應(yīng)急處置能力，這是其管制技能水平的重要體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]金占濤. 我國(guó)民航空中交通管制員在職培訓(xùn)研究[D].武漢理工大學(xué)，2010.

[2]劉丹. 基于主成分分析的空域使用效能評(píng)價(jià)[D].中國(guó)民用航空飛行學(xué)院，2015.

（作者單位：云南空管分局）