基于空中交通復(fù)雜度的管制員認(rèn)知負(fù)荷測(cè)度

沈愛(ài)華

(中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局，廣東 廣州 510000)

0 引言

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外關(guān)于認(rèn)知負(fù)荷的研究，主要集中于兩方面，一方面是圍繞認(rèn)知負(fù)荷的評(píng)估參數(shù)(包括呼吸、腦波、瞳孔反應(yīng)、心理因素等)進(jìn)行，這些參數(shù)均屬于個(gè)體特征對(duì)認(rèn)知負(fù)荷產(chǎn)生的影響[1-2]。另一方面是從認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量方法上進(jìn)行分析，因?yàn)椴荒軐?duì)個(gè)體認(rèn)知負(fù)荷展開(kāi)直接的精確化測(cè)量，所以，通常運(yùn)用間接的方法實(shí)施評(píng)估，即任務(wù)績(jī)效法、主觀評(píng)定法、生理測(cè)量法。為了探索空中交通復(fù)雜度對(duì)管制員認(rèn)知負(fù)荷的影響機(jī)制，本文進(jìn)行模擬管制場(chǎng)景設(shè)計(jì)，其中包括的指標(biāo)就是航空器數(shù)量、沖突點(diǎn)數(shù)、進(jìn)離場(chǎng)比例。形成管制員認(rèn)知負(fù)荷測(cè)評(píng)量表，對(duì)管制仿真試驗(yàn)、認(rèn)知負(fù)荷量表數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，然后以NASA—TLX方法，對(duì)不同空中交通復(fù)雜度的管制員認(rèn)知負(fù)荷實(shí)施測(cè)量，并且采取MBBA法檢驗(yàn)?zāi)M仿真結(jié)果。

1 管制員認(rèn)知負(fù)荷及測(cè)量

認(rèn)知負(fù)荷理論假設(shè)人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)構(gòu)成是工作記憶以及長(zhǎng)時(shí)記憶(有限的心理資源)，在個(gè)體同一時(shí)間展開(kāi)很多的任務(wù)的時(shí)候，這些有限的心理資源的配置原則就是此多彼少。有的學(xué)者展開(kāi)綜合評(píng)估空中交通管制員資源的認(rèn)知負(fù)荷期間，是建立在多生理參數(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)果顯示，對(duì)管制員的認(rèn)知負(fù)荷水平來(lái)說(shuō)，影響的主要因素就是航空器數(shù)量、沖突點(diǎn)數(shù)量、各走廊口進(jìn)場(chǎng)比例的改變。管制員很多心理資源是讓空中交通指揮占據(jù)，如果空中交通復(fù)雜度的管制情境各有差異性，那么一定會(huì)占據(jù)著管制員相應(yīng)比例的心理資源識(shí)別以及處理信息，由此出現(xiàn)管制員認(rèn)知負(fù)荷。

認(rèn)知負(fù)荷主要有兩個(gè)特征，一個(gè)是個(gè)體特征(穩(wěn)定特征、不穩(wěn)定特征)，另一個(gè)就是任務(wù)特征。當(dāng)前，主要是采取生理測(cè)量方法、主觀測(cè)量法(主觀評(píng)價(jià)、行為績(jī)效評(píng)價(jià))進(jìn)行研究有關(guān)認(rèn)知負(fù)荷測(cè)量的問(wèn)題[3]?？罩薪煌◤?fù)雜度所形成的認(rèn)知負(fù)荷，一般就是在對(duì)于實(shí)時(shí)管制信息進(jìn)行接收、處理期間產(chǎn)生的內(nèi)在負(fù)荷，所以，運(yùn)用主觀評(píng)價(jià)法分析管制員的認(rèn)知負(fù)荷是具備良好適用性的。按照Wickens提出的人類信息處理模型以及聯(lián)系起空中管制員工作特點(diǎn)，對(duì)于管制人員執(zhí)行任務(wù)期間，在全部人機(jī)系統(tǒng)內(nèi)把相關(guān)信息獲取、貯存、使用以及分析的認(rèn)知過(guò)程抽象出來(lái)，產(chǎn)生一個(gè)整體的框架，即關(guān)于“系統(tǒng)研究管制員認(rèn)知過(guò)程的認(rèn)知結(jié)構(gòu)框架”。當(dāng)下還沒(méi)有應(yīng)用普遍的基于空中交通復(fù)雜度的管制員認(rèn)知負(fù)荷量表，但是飛行員以及汽車駕駛員都有成熟的認(rèn)知負(fù)荷評(píng)價(jià)方法，可以作為相應(yīng)的借鑒，再運(yùn)用NASA—TLX量表，考慮到管制員認(rèn)知過(guò)程對(duì)不同空中交通復(fù)雜度下的管制員認(rèn)知負(fù)荷，展開(kāi)綜合的測(cè)量，最終獲得幾項(xiàng)管制員認(rèn)知負(fù)荷的評(píng)價(jià)指標(biāo)[4-5]。按照管制員認(rèn)知負(fù)荷量綜合編制認(rèn)知負(fù)荷調(diào)查問(wèn)卷同時(shí)發(fā)放給管制員，將主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)輸入NASA—TLX軟件中，對(duì)管制員認(rèn)知負(fù)荷測(cè)度結(jié)果展開(kāi)分析。管制員認(rèn)知負(fù)荷的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括：個(gè)性體征(個(gè)性、能力、情感等)、腦力需求(付出的腦力活動(dòng))、體力需求(體力活動(dòng))、時(shí)間需求(管制節(jié)奏)、努力程度(為保障安全付出的努力)、受挫程度(負(fù)面情緒)、績(jī)效水平(完成工作的滿意度)。

2 仿真試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)環(huán)境及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)期間運(yùn)用到管制員模擬機(jī)，6名被試人員均來(lái)自廣州區(qū)域管制中心區(qū)域雷達(dá)管制員，男性和女性分別是4名、2名，全部人員具備3年以上崗位資格，平均年齡31.5歲，具有足夠管制經(jīng)驗(yàn)。模擬試驗(yàn)期間，各試驗(yàn)任務(wù)的被試者都是2名，扮演飛行員、管制員。在雷達(dá)模擬機(jī)上，由管制人員實(shí)施管制指令(高度、速率以及航向)的發(fā)布，維護(hù)空中交通安全及運(yùn)行暢順；飛行員在飛行員席位執(zhí)行管制指令。被試者均接受性格測(cè)試，分別選出性格最急躁和冷靜的一位，進(jìn)行對(duì)比觀察，納入冷靜與急躁組。同時(shí)選出兩名性格相近的管制員，一名在試驗(yàn)中注意力集中，另一名播放新聞廣播，納入注意力對(duì)比組。

2.2 管制模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采取萊斯系統(tǒng)模擬管制軟件(由南京28所開(kāi)發(fā))，管制場(chǎng)景是廣州區(qū)域管制2號(hào)、20號(hào)扇區(qū)合并運(yùn)行管制過(guò)程。該區(qū)域是管理廣州、深圳、珠海、澳門、平潭、佛山、香港進(jìn)港和途經(jīng)(Enroute)管制區(qū)的飛機(jī)，管理由地面至無(wú)限高的空域。區(qū)域管制另一項(xiàng)重要工作是處理緊急狀況。由于區(qū)域管制的飛機(jī)距離目的地機(jī)場(chǎng)還有一定距離，如有任何特發(fā)甚至是緊急情況都需要由區(qū)域管制員對(duì)飛行員做出即刻的支援。試驗(yàn)圍繞七個(gè)因素進(jìn)行，其中的外部因素包括權(quán)重最高的航空器數(shù)量、沖突點(diǎn)數(shù)、各走廊口進(jìn)場(chǎng)比例；內(nèi)部因素是注意力、冷靜氣質(zhì)，試驗(yàn)場(chǎng)景一共是5個(gè)。試驗(yàn)期間，對(duì)管制員手工操作時(shí)間、通話時(shí)間進(jìn)行記錄，結(jié)束以后，發(fā)放NASA—TLX問(wèn)卷展開(kāi)調(diào)查。

2.3 試驗(yàn)的步驟

首先開(kāi)啟模擬機(jī)系統(tǒng)練習(xí)；其次，被試者將開(kāi)始的指令發(fā)出，對(duì)于管制員手工操作時(shí)間、通訊時(shí)間展開(kāi)記錄；再次，結(jié)束模擬管制工作，完成記錄[6]；最后，NASA—TLX主觀測(cè)量結(jié)束試驗(yàn)，包括體力需求、努力程度、業(yè)績(jī)水平、受挫程度幾項(xiàng)指標(biāo)。

2.4 模擬試驗(yàn)的有效性驗(yàn)證

采取MMBB方法劃分管制員的區(qū)域管制工作進(jìn)程，以此驗(yàn)證模擬仿真試驗(yàn)有效性[7]?；诠苤浦噶钅康姆治龅幕A(chǔ)，劃分管制員工作進(jìn)程為發(fā)出速度改變指令、發(fā)出高度改變指令、發(fā)布穿越高度指令、電子進(jìn)程單的操作及填寫、對(duì)進(jìn)入扇區(qū)的航空器發(fā)出管制指令、對(duì)脫離扇區(qū)的航空器發(fā)出管制指令幾個(gè)進(jìn)程。結(jié)果顯示，冷靜組試驗(yàn)中，指揮單架飛機(jī)有34.79 s的思考時(shí)間，結(jié)束試驗(yàn)后展開(kāi)NASA—TLX量表測(cè)量，結(jié)果此場(chǎng)景對(duì)冷靜組的認(rèn)知負(fù)荷是84.67。以折線表示MMBB方法的測(cè)量結(jié)果，用簇狀表示NASA—TLX方法的測(cè)量結(jié)果，整體趨勢(shì)相同，相關(guān)系數(shù)是0.976，相關(guān)性顯著。

2.5 結(jié)果分析

首先，在沖突點(diǎn)數(shù)的影響上。此試驗(yàn)結(jié)果顯示，沖突點(diǎn)數(shù)的主效應(yīng)明顯，沖突點(diǎn)數(shù)因素深刻的影響管制員區(qū)域管制認(rèn)知負(fù)荷，認(rèn)知負(fù)荷在沖突點(diǎn)數(shù)增加的情況下出現(xiàn)明顯的增加結(jié)果；其次，在冷靜影響因素分析方面，航路點(diǎn)NOLON進(jìn)港航班比例主效應(yīng)顯著，冷靜氣質(zhì)對(duì)管制員認(rèn)知負(fù)荷的影響顯著，管制員具備冷靜氣質(zhì)時(shí)，具有更小的認(rèn)知負(fù)荷；最后，注意力影響因素分析上，需要穿越高度航班比例主效應(yīng)顯著，注意力集中程度明顯地影響到管制員認(rèn)知負(fù)荷，如果管制員的注意力集中，那么其認(rèn)知負(fù)荷會(huì)更小些。以上結(jié)果，NASA—TLX方法所得結(jié)論均是相同于MMBB方法所得結(jié)論的。

進(jìn)行觀察管制行為能夠顯示出，不同的空中交通管制復(fù)雜度，對(duì)于管制人員來(lái)說(shuō)，認(rèn)知負(fù)荷可以產(chǎn)生一定的影響，同時(shí)空中交通管制復(fù)雜程度與管制人員認(rèn)知負(fù)荷雙方之間的主要關(guān)聯(lián)性呈正比?？罩薪煌◤?fù)雜度中的各走廊口航班比例，正相關(guān)聯(lián)于管制員認(rèn)知負(fù)荷，管制員認(rèn)知評(píng)價(jià)個(gè)性特征中的冷靜以及注意力是負(fù)相關(guān)聯(lián)于管制員認(rèn)知負(fù)荷的。此次的研究中，結(jié)果良好的符合于管制員評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可以有助于更深入的研究分析管制員認(rèn)知負(fù)荷的影響因素。

3 結(jié)語(yǔ)

本文進(jìn)行設(shè)計(jì)模擬管制場(chǎng)景，形成管制員認(rèn)知負(fù)荷測(cè)評(píng)量表，對(duì)管制仿真試驗(yàn)、認(rèn)知負(fù)荷量表數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，然后以NASA—TLX方法測(cè)量不同空中交通復(fù)雜度的管制員認(rèn)知負(fù)荷相關(guān)情況，再以MBBA法檢驗(yàn)?zāi)M仿真結(jié)果。通過(guò)分析管制行為可以看出，不同的空中交通管制復(fù)雜度對(duì)管制員都可產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷，雙方之間存在明顯的關(guān)聯(lián)性，即正比關(guān)系。隨之提高新管制系統(tǒng)，不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍，信息的繁雜程度，對(duì)管制員的認(rèn)知能力具有更高的要求。因此，未來(lái)要不斷研究新型空管系統(tǒng)對(duì)于空中交通管制員認(rèn)知負(fù)荷的影響機(jī)制。