空中交通管制員疲勞及工作負(fù)荷與失誤的關(guān)系

袁樂平

（中國(guó)民航大學(xué)飛行技術(shù)學(xué)院，天津 300300）

研究表明，約90%的工傷事故由人的失誤造成[1]，航空領(lǐng)域的人失誤事故比例與此相同[2]。因此，研究人失誤及其誘發(fā)因素是發(fā)現(xiàn)事故致因機(jī)理、防范事故的重要途徑。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)人失誤開展了廣泛研究，對(duì)于人失誤的原因、分類以及人的可靠性分析逐步形成了相對(duì)完整的體系[3-4]。

在導(dǎo)致人失誤的諸多因素中，疲勞和工作負(fù)荷是極為重要的原因。Hopkin[5]認(rèn)為疲勞不會(huì)直接影響人的作業(yè)績(jī)效，但作業(yè)人員長(zhǎng)時(shí)間疲勞會(huì)帶來負(fù)面影響，降低作業(yè)績(jī)效。Yeow等[6]進(jìn)一步研究證實(shí)，在制造業(yè)中作業(yè)人員疲勞與人失誤存在相關(guān)關(guān)系，嚴(yán)重的疲勞帶來更高的失誤率。針對(duì)空中交通管制員疲勞和差錯(cuò)研究的成果較為鮮見。美國(guó)航空醫(yī)學(xué)研究所對(duì)3 222份管制員差錯(cuò)報(bào)告分析的結(jié)果表明，管制員輪班疲勞與差錯(cuò)密切相關(guān)，80%的差錯(cuò)發(fā)生在白天（08:00～19:00）。但由于差錯(cuò)發(fā)生時(shí)的飛行量等諸多影響因素不清晰，并不能得出疲勞直接導(dǎo)致管制員差錯(cuò)的結(jié)論[7]。

廖建橋[8]認(rèn)為，在一定范圍的腦力負(fù)荷下，作業(yè)績(jī)效并不隨腦力負(fù)荷的改變而改變，突破“閾值”后，隨腦力負(fù)荷的增加，作業(yè)績(jī)效降低，在任務(wù)中更易造成人失誤。史秀志等[9]利用層次分析法對(duì)Pedersen模型進(jìn)行了基礎(chǔ)性的量化分析，發(fā)現(xiàn)過負(fù)荷是引起人失誤的首要原因。針對(duì)管制員的工作負(fù)荷，當(dāng)前研究更多地集中于工作負(fù)荷的測(cè)量。Langan等[10]觀察了8位軍方管制員在40 h內(nèi)的作業(yè)情況，發(fā)現(xiàn)失誤率隨負(fù)荷增加而增加，但失誤率同時(shí)還受到作業(yè)自由度的影響。Jones等[11]分析了美國(guó)航空安全自愿報(bào)告系統(tǒng)中的143份情景意識(shí)差錯(cuò)報(bào)告，信息處理失敗類差錯(cuò)占總數(shù)的76.3%，其中工作負(fù)荷為首要原因，占27.9%。

前述研究或是針對(duì)人失誤及其誘發(fā)因素的理論分析，缺乏面向空管行業(yè)的特殊性考量；或是從不安全事件數(shù)據(jù)分析人失誤與相關(guān)誘因的關(guān)聯(lián)性，受限于數(shù)據(jù)的片面性，難以獲得準(zhǔn)確結(jié)論。以下將在模擬管制環(huán)境下，將管制員疲勞、工作負(fù)荷與失誤一并納入考量，分析不同疲勞和工作負(fù)荷狀態(tài)下人失誤的規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 樣本選取

選取19名中國(guó)民航大學(xué)交通運(yùn)輸專業(yè)4年級(jí)學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)。被試全部為男性，身體狀況良好且熟練掌握模擬機(jī)操作，實(shí)驗(yàn)前24 h及實(shí)驗(yàn)過程中，未服用藥物或酒精、咖啡、茶等刺激性飲品。由5名教齡大于3年的教員擔(dān)任實(shí)驗(yàn)記錄員，負(fù)責(zé)識(shí)別和記錄被試的差錯(cuò)，要求其不提醒、不干擾被試。

1.2 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

為了更好地分析疲勞和高負(fù)荷狀態(tài)下管制員發(fā)生失誤的情況，設(shè)計(jì)了4種實(shí)驗(yàn)情形為正常狀態(tài)、疲勞狀態(tài)、高負(fù)荷狀態(tài)和疲勞高負(fù)荷狀態(tài)，其中：正常狀態(tài)為對(duì)照組，其余為實(shí)驗(yàn)組，如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)情形Tab.1 Experimental scenarios

疲勞狀態(tài)主要通過控制實(shí)驗(yàn)時(shí)段和睡眠覺醒時(shí)間來實(shí)現(xiàn)，要求被試實(shí)驗(yàn)前夜睡眠不超過6 h，實(shí)驗(yàn)前覺醒時(shí)間大于18 h。高負(fù)荷狀態(tài)主要通過控制航班流量和任務(wù)復(fù)雜度來實(shí)現(xiàn)，依據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，正常負(fù)荷狀態(tài)設(shè)計(jì)航班流量12架次，而高負(fù)荷實(shí)驗(yàn)情形下航班流量達(dá)到20架次，并關(guān)閉地面雷達(dá)功能、關(guān)閉1個(gè)滑行道口，以增加任務(wù)復(fù)雜度。

將被試隨機(jī)分為5組，每組配備1名記錄員。每名被試均參加4個(gè)狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)，次序隨機(jī)確定，以消除順序效應(yīng)帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，任意2次實(shí)驗(yàn)之間至少間隔2天，以消除記憶效應(yīng)誤差。

按照實(shí)際運(yùn)行和教學(xué)慣例，將被試的失誤分為過程型失誤和結(jié)果型失誤，過程型失誤指實(shí)驗(yàn)過程中某一時(shí)刻所表現(xiàn)出的錯(cuò)誤，包括語音指令差錯(cuò)（即發(fā)布指令時(shí)說錯(cuò)，如叫錯(cuò)呼號(hào)、說錯(cuò)指令內(nèi)容等）和進(jìn)程單使用差錯(cuò)（如進(jìn)程單擺放差錯(cuò)、記錄錯(cuò)誤等）。結(jié)果型失誤指實(shí)驗(yàn)中由于各種原因?qū)е略谀骋粫r(shí)刻出現(xiàn)飛行沖突、航班遺漏、航班復(fù)飛、跑道占用或滑行沖突等不良后果。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1）實(shí)驗(yàn)開始前告知被試本次實(shí)驗(yàn)的目的，熟悉實(shí)驗(yàn)環(huán)境和程序，告知飲食和休息等注意事項(xiàng)；

2）實(shí)驗(yàn)中，被試在管制席進(jìn)行指揮和操作，記錄員同時(shí)利用攝像機(jī)和錄音筆進(jìn)行監(jiān)控和記錄；

3）按表1進(jìn)行不同強(qiáng)度模擬機(jī)練習(xí)，其間管制區(qū)域內(nèi)航班數(shù)量逐步增加后平穩(wěn)減小，最多達(dá)到20架次；

4）記錄員進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)驗(yàn)后如有必要?jiǎng)t對(duì)照錄音、錄像進(jìn)行核實(shí)。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)在塔臺(tái)管制模擬環(huán)境（TH-TW2.0）下開展，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境Fig.1 Experiment scene

1.5 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，記錄員核實(shí)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)有效性。同時(shí)進(jìn)行離群值檢驗(yàn)，對(duì)大于3σ的數(shù)據(jù)調(diào)取錄音、錄像進(jìn)行確認(rèn)。使用SPSS19.0軟件包對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行2因素（疲勞、負(fù)荷）2水平（正常負(fù)荷水平、高負(fù)荷水平）的方差分析，若不同水平下呈現(xiàn)出顯著差異，再將差錯(cuò)數(shù)分配到每個(gè)架次上進(jìn)行分析。

2 結(jié)果及討論

2.1 過程型失誤分析

統(tǒng)計(jì)4種實(shí)驗(yàn)情形的過程型失誤，如表2所示。

表2 不同疲勞和負(fù)荷水平下的過程型失誤差異（M±SD）Tab.2 Procedure-type errors under different levels of fatigue and workload(M±SD)

由表2可知，疲勞狀態(tài)、高負(fù)荷狀態(tài)、疲勞高負(fù)荷狀態(tài)下的過程型失誤及其具體指標(biāo)相比正常狀態(tài)（對(duì)照組）均呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中，語音指令差錯(cuò)多于進(jìn)程單使用差錯(cuò)。方差分析表明，工作負(fù)荷為主效應(yīng)（F=35.961，P＜0.001），其次為疲勞（F=5.308，P ＜ 0.05），工作負(fù)荷與疲勞之間沒有顯著的交互效應(yīng)（P＞0.05）。為進(jìn)一步研究航班量對(duì)管制員人失誤的影響，將被試失誤數(shù)量分配到每個(gè)架次，再將正常狀態(tài)和高負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行方差分析，結(jié)果表明兩狀態(tài)下的人失誤數(shù)量有顯著差異（F=4.893，P＜0.05）。

2.2 結(jié)果型失誤分析

對(duì)結(jié)果型失誤進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表3所示。

表3 不同疲勞和負(fù)荷水平下的結(jié)果型失誤差異（M±SD）Tab.3 Result-type errors under different levels of fatigue and workload(M±SD)

結(jié)果型失誤表現(xiàn)出與過程型失誤相似的結(jié)果，疲勞狀態(tài)、高負(fù)荷狀態(tài)、疲勞高負(fù)荷狀態(tài)下的結(jié)果型失誤相比正常狀態(tài)（對(duì)照組）呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)。方差分析表明：工作負(fù)荷為主效應(yīng)（F=28.963，P ＜ 0.001），其次為疲勞（F=7.241，P＜0.01），工作負(fù)荷與疲勞之間沒有交互效應(yīng)（P＞0.05）。同樣將被試失誤數(shù)量分配到每個(gè)架次，結(jié)果表明高負(fù)荷狀態(tài)下的失誤與正常狀態(tài)存在顯著差異（F=4.816，P＜0.05）。

2.3 討論

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過程型失誤多于結(jié)果型失誤，在過程型失誤中，又以語音指令差錯(cuò)為多數(shù)。目前空中交通管制以語音作為主要的信息傳遞方式，因此語音指令差錯(cuò)占據(jù)較大比例符合實(shí)際情況。結(jié)果型失誤在數(shù)量上與過程型失誤有較大差異，主要是因?yàn)榇罅窟^程型失誤由被試自行發(fā)現(xiàn)并糾正、或未演化為結(jié)果型失誤。Langan等的實(shí)驗(yàn)也得出了類似結(jié)論。

過程型失誤與結(jié)果型失誤的方差分析結(jié)果一致，即過大的工作負(fù)荷是造成人失誤的主要因素（這與前文提及的研究結(jié)論相吻合）；而疲勞對(duì)于失誤的發(fā)生有顯著影響，這個(gè)發(fā)現(xiàn)明確了在管制作業(yè)情形下，管制員疲勞的負(fù)面效應(yīng)，提供了疲勞與人失誤關(guān)系的證據(jù)。

從分析結(jié)果看，疲勞與工作負(fù)荷之間不存在顯著的交互效應(yīng)，這表明在可控的疲勞狀態(tài)下，被試在不同工作負(fù)荷水平下并未由于疲勞造成更糟的工作績(jī)效。而相關(guān)文獻(xiàn)也認(rèn)為工作負(fù)荷與疲勞對(duì)于作業(yè)績(jī)效沒有組合效應(yīng)[12]。分析其原因，高負(fù)荷可能增加作業(yè)人員疲勞，但不會(huì)立即顯現(xiàn)在作業(yè)績(jī)效上。

從單架次航班被試失誤次數(shù)來看，過程型失誤與結(jié)果型失誤在高負(fù)荷狀態(tài)和正常狀態(tài)下都存在顯著差異（F=4.893,P＜0.05和 F=4.816.P＜0.05），這說明失誤次數(shù)不僅隨航班架次增加而增多，還有額外的增量，表明在較大工作負(fù)荷下管制員犯錯(cuò)的幾率增加。因此，過大或過小的負(fù)荷水平對(duì)于作業(yè)績(jī)效都是不利的，有必要進(jìn)一步研究管制員工作負(fù)荷水平的合理區(qū)間，為控制管制員作業(yè)負(fù)荷提供依據(jù)。

3 結(jié)語

1）在疲勞和緊張狀態(tài)下管制員失誤數(shù)量增加，工作負(fù)荷是影響作業(yè)效率的主效應(yīng)，其次是疲勞，二者之間不存在顯著的交互效應(yīng)。

2）飛行量增加，則相對(duì)于航班架次的管制員失誤平均數(shù)增加，表明大飛行流量下管制員犯錯(cuò)的幾率增加。

3）為尋求管制員的最優(yōu)作業(yè)績(jī)效，應(yīng)合理控制管制員的工作負(fù)荷與疲勞水平。今后擬在引入成熟管制員和加大樣本量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定管制員的合理疲勞及工作負(fù)荷水平區(qū)間。