空中交通仿真中的管制員模型研究

楊慶國

[摘 要]在空中交通仿真中，管制員建模的開發(fā)及其應(yīng)用是不可缺少的。本文介紹了空中交通管制員建模的國內(nèi)外現(xiàn)狀，對空中交通管制員模型的分類進行介紹，著重對其中的認知模型和計算模型進行解析，并且對管制員模型中的認知模型進行舉例，并結(jié)合實際進行分析。

[關(guān)鍵詞]管制員模型 認知模型 計算模型

中圖分類號：V355.1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）39-0098-01

0 引言

建模與仿真是指構(gòu)造現(xiàn)實世界真實系統(tǒng)的模型和在計算機上進行仿真的有關(guān)復(fù)雜活動，它主要包括真實系統(tǒng)、模型和計算機等三個基本部分，同時考慮三個基本部分之間的關(guān)系，即建模關(guān)系和仿真關(guān)系[1]。仿真關(guān)系主要關(guān)注的是計算機執(zhí)行模型所規(guī)定的指令的真實性。一個模型的程序能否真實地體現(xiàn)模型所具有的內(nèi)涵，稱之為程序的正確性。要驗證模型的有效性，需要把模型的行為同真實系統(tǒng)的行為進行比較。這樣，首先要檢驗?zāi)Ｐ统绦驅(qū)崿F(xiàn)的正確性，才不會把程序的問題和模型的問題混淆起來。這也要求我們必須懂得仿真過程，包括仿真機理和仿真策略。

隨著航空運輸業(yè)飛速發(fā)展，空中交通日趨繁忙，空中交通管制的重要性更加突出?？罩薪煌ü苤片F(xiàn)代化的任務(wù)迫在眉捷，空中交通建模仿真的應(yīng)用會對航空運輸業(yè)得發(fā)展做出突出的貢獻。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

從仿真系統(tǒng)的角度來看，國外近幾年來許多公司開發(fā)出了較為成熟的包含空中交通進程仿真的空中交通仿真軟件。具有代表性的空管模擬仿真平臺有美國研制的X-ATASim系列和ISENA-Interactive Simulator for EN-route and Approach。兩者都能較為清楚地對管制員模型有一定的研究。

在國內(nèi)，從仿真系統(tǒng)角度來看，1993年四川大學與中國民航飛行學院合作研制成功DRS系列雷達管制模擬機，1998年廈門航務(wù)管理站研制了ATC-2000雷達管制模擬機，這兩個系統(tǒng)主要用于進近飛行和區(qū)域飛行仿真與訓練。然而，這些仿真系統(tǒng)都只注重于大范圍內(nèi)的空中交通仿真而沒有在小范圍地對管制員模型進行深刻的研究，因此，在國內(nèi)，管制員模型的建立與研究還應(yīng)當更有進一步的提高。

2 空中交通管制員建模

2.1 管制員建模的分類

現(xiàn)有的應(yīng)用于交通仿真的空中交通管制員模型將人模型總分為宏觀模型或微觀模型[2]。本章介紹空中交通管制員模型的分類以及對認知模型進行剖析。

2.2 管制員的認知模型

認知型人表現(xiàn)模型明確的涵蓋低級別的認知進程，包括注意力資源的分配、人記憶使用情況、情景意識、決策、感知和運動能力。五個典型的ATC應(yīng)用的認知模型[3]介紹如下。

（1）ATC認知模型（CM-ATC，The Cognitive Model for ATC）概述了基本的認知結(jié)構(gòu)組成部分和高級別的ATC認知進程中的正式模型。

（2）ATC進程預(yù)測模型（ATC-PPM，The ATC Projection Process Model）是一種高級別的管制員認知進程和與環(huán)境交互的正式模型[4]。

（3）機器集成設(shè)計和分析系統(tǒng)（MIDAS， Machine Integrated Design and Analysis System）是一種通用仿真工具，為各種虛擬環(huán)境進行人為操作的定量和虛擬分析。

（4）程序執(zhí)行架構(gòu)模型（Apex，Architecture for Procedure Execution）是一個具有近似人的表現(xiàn)的航線空中交通管制員的代理模型。

（5）空中交通管制員表現(xiàn)模型（MOFL， Modellder Fluglotsen Leistungen）是一個注意力資源模型，設(shè)計涵蓋航線管制的認知活動，主要與沖突檢測和解決（CD&R）任務(wù)有關(guān)。

2.3 管制員的計算模型

計算模型應(yīng)用領(lǐng)域知識，直接對任務(wù)和業(yè)務(wù)范圍建模，也稱為“任務(wù)分析”模型。計算型人表現(xiàn)模型能進一步細分成“非限制性觸發(fā)和執(zhí)行模型”和“限制性任務(wù)管理模型”。

2.3.1 觸發(fā)和執(zhí)行模型

該組計算型人表現(xiàn)模型一經(jīng)觸發(fā)，立即執(zhí)行任務(wù)，無需考慮當前的任務(wù)負荷，不強加人表現(xiàn)限制在多任務(wù)執(zhí)行中。例如，商業(yè)交通仿真工具總體空域和機場建模（TAAM，Total Airspace and Airport Modeler）和重組ATC數(shù)學仿真器（RAMS Plus，Re-organised ATC Mathematical Simulator Plus）。RAMS Plus有一個加權(quán)任務(wù)分配模型，但其僅僅是作為一個開環(huán)輸出系統(tǒng)來進行工作量測量的，因此不會影響交通仿真本身的時間線。

2.3.2 任務(wù)管理模型

所有提出的任務(wù)管理型的計算型人模型都被設(shè)置成周期性的且不間斷的執(zhí)行活動。前者的設(shè)計理念意味著工具不支持并行任務(wù)的執(zhí)行。然而，有實驗證明管制員在語音間隙間定期進行監(jiān)控掃描或飛機交接。后者的理念是僅僅在完成當前活動后才會處理（關(guān)鍵）事件。更重要的是，在ATC代理的情況下，高級別的進程周期是不能被打斷的；當前進程周期中發(fā)生的事件會在下一周期開始時處理。因此，每個周期都有一個最大持續(xù)時間。這兩種理念可以說是現(xiàn)有的“任務(wù)分析”型人表現(xiàn)模型的小缺陷，但是其可能會成為安全評估的關(guān)鍵。

3 結(jié)束語

空中交通管制仿真系統(tǒng)是對真實的空中交通管制過程的一個形象、逼真的模擬，它具有空中交通管制系統(tǒng)提供的幾乎所有的處理空中交通事務(wù)的功能。在空中交通模擬仿真中，管制員模型的研究和應(yīng)用對以后的空中交通仿真及空管系統(tǒng)的發(fā)展具有重大的意義。本文主要介紹了空中交通管制員模型的概念綜訴，國內(nèi)外現(xiàn)狀以及其中認知模型在空中交通管制的應(yīng)用，希望在未來的空中交通管制中能夠開發(fā)與研究管制員模型以及空中交通模擬仿真，讓它能夠能夠應(yīng)用于國內(nèi)外的民航發(fā)展，真正實現(xiàn)空中交通管制的現(xiàn)代化、自動化。

參考文獻

[1] 王玲，空中交通管制模擬系統(tǒng)及開發(fā)過程研究，四川大學，2005.

[2] 趙嶷飛，王健.空中交通流量管理仿真系統(tǒng)方案研究.中國民航學院學報，2003.

[3] 劉永欣，項恒，空中交通管制員可靠性認知模型的應(yīng)用，中國民航學院學報，2005.

[4] 王琦，面向?qū)ο蟮目罩薪煌ㄟM程仿真技術(shù)及其應(yīng)用，中國民航大學，2008.endprint