遠(yuǎn)程塔臺運行評估研究綜述

黃濤，張朝

1.沈陽航空航天大學(xué)通用航空產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心，遼寧 沈陽 110136

2.沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽 110136

自20世紀(jì)以來，機場高聳的塔臺一直是空中交通管制（ATC）的典型標(biāo)志，隨著航線干支網(wǎng)的發(fā)展、中小機場的興建以及通用航空的興起，中小機場昂貴的塔臺建設(shè)成本與低效的管制收益比例不合理現(xiàn)象越發(fā)嚴(yán)重。隨著高清視頻、全景增強視頻、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)為空中交通管制提供了新方向。

遠(yuǎn)程塔臺是地理位置和高度不受機場位置和構(gòu)型限制，通過遠(yuǎn)程監(jiān)視信息替代現(xiàn)場目視觀察來監(jiān)視機場及其附近區(qū)域或者機坪責(zé)任區(qū)，為航空器提供機場管制服務(wù)（部分含進(jìn)近管制服務(wù)）或機坪管制服務(wù)的設(shè)施設(shè)備集合，又稱為數(shù)字塔臺[1]。一般包括相關(guān)席位設(shè)施設(shè)備、部署在遠(yuǎn)端機場的數(shù)據(jù)采集處理裝置以及傳輸鏈路設(shè)備等[2]。1996年，德國宇航中心（DLR）飛行制導(dǎo)研究所提出利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）實現(xiàn)虛擬管制塔臺新工作環(huán)境的建議，開始對歐洲和美國的最新VR技術(shù)進(jìn)行調(diào)查，初步塑造遠(yuǎn)程空中交通管制概念[3]。

安全是民航領(lǐng)域的第一要求。遠(yuǎn)程塔臺的出現(xiàn)是空中交通管制的范式轉(zhuǎn)換，對其進(jìn)行全方位的評估對民航安全的影響不言而喻。我國遠(yuǎn)程塔臺起步較晚，研究相對集中于技術(shù)系統(tǒng)與操作，對遠(yuǎn)程塔臺效能評估方面的研究相對匱乏，科學(xué)系統(tǒng)的評價指標(biāo)與評估方案還有待研究。對國內(nèi)外遠(yuǎn)程塔臺運行評估研究發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，可以對比總結(jié)遠(yuǎn)程塔臺運行評估經(jīng)驗，完善評估指標(biāo)，為遠(yuǎn)程塔臺運行驗證提供理論依據(jù)，提升我國遠(yuǎn)程塔臺運行評估工作，推廣遠(yuǎn)程塔臺運行，助力我國民航空中交通管制服務(wù)降本增效。

2019年，中國民用航空局第二研究所圍繞遠(yuǎn)程塔臺提出“可運行”“可視化”“可識別”“可通信”“可評估”的“五可”整體解決方案[4]。本文基于“可評估”解決方案，論述國內(nèi)外遠(yuǎn)程塔臺運行評估現(xiàn)狀，提出遠(yuǎn)程塔臺運行三級評估指標(biāo)體系，以便學(xué)者們展開深層次的指標(biāo)測驗研究，推動我國遠(yuǎn)程塔臺發(fā)展。

1 遠(yuǎn)程塔臺研究現(xiàn)狀

1.1 國外遠(yuǎn)程塔臺研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)Fürstenau提出虛擬塔臺概念后，歐洲一直致力于遠(yuǎn)程塔臺運行的發(fā)展，并在技術(shù)操作與運行評估方面進(jìn)行了大量研究（見表1），通過梳理文獻(xiàn)可知，歐洲遠(yuǎn)程塔臺的評估主要包括情景感知評估及管制效率評估；評估方法主要分為主觀法及客觀法，主觀法主要為問卷調(diào)查，客觀法包括視覺測試、眼動測試、腦電信號測試、人在環(huán)路仿真、現(xiàn)場驗證以及影子運行。

表1 遠(yuǎn)程塔臺運行評估內(nèi)容及方法Table 1 Evaluation content and method of remote tower operation

1.1.1 情景感知評估

相較于傳統(tǒng)塔臺管制，情景感知評估是指在遠(yuǎn)程塔臺單元內(nèi)，對管制員對管制對象的行為感知能力進(jìn)行評估，包括對航空器運動、態(tài)勢、距離等的判斷能力，旨在提高管制員情景感知力。

Fürstenau 為確定人機交互界面所需的視覺幀數(shù)，組織多名現(xiàn)役管制員進(jìn)行飛機著陸過程中高動態(tài)保真度模擬，為遠(yuǎn)程塔臺視頻技術(shù)最小視頻幀數(shù)指標(biāo)提供理論支撐[5]。為提升管制員情景感知能力，2010年，Schaik剖析傳統(tǒng)管制任務(wù)的視覺特征，分析得出遠(yuǎn)程塔臺操作的光學(xué)要求[6]。荷蘭國家航空航天實驗室（NLR）在影子模式下進(jìn)行實時試驗高級遠(yuǎn)程塔臺驗證，并對傳感器和人機界面進(jìn)行設(shè)計和驗證，以增強空中交通管制員在能見度降低的情況下的情景感知能力[7]。高質(zhì)量視頻數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)程塔臺操作的核心組成部分，管制員可以根據(jù)這些信息做出決策[8]。Barrowclough通過解耦進(jìn)程有效地處理在單個遠(yuǎn)程管制中心的所有數(shù)據(jù)，向管制員提供相關(guān)實時全景增強視頻系統(tǒng)[9]。

與主觀評估相比，神經(jīng)生理測量更加客觀，Aricò通過測量腦電信號（EEG）比較不同遠(yuǎn)程管制條件下工作量變化，為遠(yuǎn)程塔臺系統(tǒng)評估提供客觀定量的指標(biāo)[10]。管制員在人機交互界面系統(tǒng)之間的注意力分布是單個管制員執(zhí)行多個管制任務(wù)的關(guān)鍵人機交互問題。Li 通過眼動參數(shù)試驗驗證多重遠(yuǎn)程塔臺運行場景，發(fā)現(xiàn)管制員的視覺注意力與管制任務(wù)種類有明顯相關(guān)性，影響視覺注意力的因素包括視覺信息的呈現(xiàn)方式、視覺信息的復(fù)雜性以及操作環(huán)境的特征[11]。

為研究管制員在不同機場交通場景、遠(yuǎn)程輔助系統(tǒng)、工作場所設(shè)計對管制任務(wù)和管制工作量的影響，德國航空航天中心耦合實時仿真和快速仿真為一種新的仿真模型，高效驗證各類管制情景下管制員的情景感知能力，從而為遠(yuǎn)程塔臺運行驗證了大量人因工效指標(biāo)[12-13]。

1.1.2 管制效率評估

管制效率評估是指對遠(yuǎn)程塔臺管制員工作時間、工作強度、心理負(fù)荷、疲憊程度等方面進(jìn)行評估，旨在改進(jìn)工作環(huán)境與工作程序，提高遠(yuǎn)程塔臺管制效率。

為提升遠(yuǎn)程塔臺管制效率，Papenfuss 通過追蹤眼動數(shù)據(jù)、主觀問卷數(shù)據(jù)及訪談，分析管制員在管制任務(wù)中的信息獲取過程，模擬并評估低密度機場遠(yuǎn)程塔臺管制的效率[14]；Ohneiser進(jìn)行了基于多重遠(yuǎn)程塔臺人在環(huán)路模擬塔臺管制命令的預(yù)測和提取研究，旨在減少管制員的工作量[15]；Josefsson使用基于工作負(fù)載及特殊機場交通狀況的多目標(biāo)規(guī)劃，提出了遠(yuǎn)程塔臺中心管制員管制任務(wù)最佳分配方案，評估了遠(yuǎn)程管制不可預(yù)測的工作負(fù)載變化，為多重遠(yuǎn)程塔臺管制任務(wù)分配提供客觀解決方案[16]；Kearney使用美國國家航空航天局任務(wù)負(fù)荷指數(shù)（NASA-TLX），通過綜合心理需求、體力需求、時間需求、努力程度、效績水平、挫折程度6個維度比較傳統(tǒng)塔臺操作和遠(yuǎn)程塔臺之間的工作量[17]，發(fā)現(xiàn)空中交通管制員的精神需求、時間需求、努力和挫敗感在遠(yuǎn)程塔臺管制和傳統(tǒng)塔臺管制之間存在顯著差異，為遠(yuǎn)程塔臺管制員可以實現(xiàn)單一歐洲天空空中交通管理研究計劃的目標(biāo)提供了科學(xué)證據(jù)，應(yīng)用于管制員的培訓(xùn)設(shè)計和遠(yuǎn)程塔臺系統(tǒng)設(shè)計[18]。

1.2 國內(nèi)遠(yuǎn)程塔臺研究現(xiàn)狀

遠(yuǎn)程塔臺可實現(xiàn)實時監(jiān)視、目標(biāo)識別及信息融合、自動預(yù)警及信息疊加等功能[19]。結(jié)合遠(yuǎn)端傳輸?shù)默F(xiàn)場全景增強實時視頻，遠(yuǎn)程塔臺可以大幅增強管制員對機坪交通態(tài)勢的感知能力，提高管制員在低能見度和繁忙條件下的運行指揮能力，促進(jìn)機場容量、安全和效率的提升[20]。我國遠(yuǎn)程塔臺研究起步較晚，研究主要集中在技術(shù)系統(tǒng)的優(yōu)化與模擬仿真方面，對于評估指標(biāo)及方案的研究相對匱乏，相較于歐美國家，我國在技術(shù)系統(tǒng)與運行制度方面還處于跟跑階段。

圖像技術(shù)是遠(yuǎn)程塔臺的關(guān)鍵技術(shù)，程擎通過梯度分水嶺圖像分割算法在運算時間以及正確率兩個維度優(yōu)化機場監(jiān)控視頻圖像，在一定程度上解決了傳統(tǒng)SURF 計算重復(fù)率高、匹配時間長的缺點問題，提高了圖像處理技術(shù)的效率及魯棒性[21]?；谝曨lMLAT 的遠(yuǎn)程塔臺能借助高清數(shù)字?jǐn)z像機、氣象傳感器、麥克風(fēng)和其他相關(guān)設(shè)備將偏遠(yuǎn)機場的實時情況準(zhǔn)確地投影到大型機場塔臺中心屏幕上，管制員通過視頻來掌控機場信息[22]。

運動目標(biāo)跟蹤是圖像處理的關(guān)鍵技術(shù)之一[23]，為了提高運動分割的穩(wěn)定性和實時性，楊璐提出運動歷史圖像（MHI）算法做運動分割，為遠(yuǎn)程塔臺中的飛行器自動跟蹤和沖突預(yù)警提供技術(shù)支持[24]。針對遠(yuǎn)程塔臺全景攝像機位置和高度的選擇具有經(jīng)驗性，機場運行存在安全隱患，劉穎從塔臺最低視線角和跑道的通視性、ILS 障礙物評定面和顯示系統(tǒng)分辨率方面，提出了全景攝像機位置和高度的約束方程組[25]。

在遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)的模擬驗證方面，程擎以樹莓派Raspberry Pi 3B型機為搭建基礎(chǔ)，搭建遠(yuǎn)程終端，模擬實現(xiàn)遠(yuǎn)程終端影像視頻信息獲取、傳輸，溫濕度氣象數(shù)據(jù)的獲取，以及ADS-B信號接收等遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)基本功能[26]。為了降低各個模塊之間的耦合性，提高系統(tǒng)可靠性，楊璐基于微服務(wù)架構(gòu)遠(yuǎn)程塔臺系統(tǒng)，將微服務(wù)架構(gòu)根據(jù)圖像處理、基礎(chǔ)服務(wù)、第三方接口等分類進(jìn)行分布式處理，實現(xiàn)一個監(jiān)控中心同時管制多個遠(yuǎn)端機場塔臺的場景[27]。劉亞威通過試驗驗證視聽雙通道能夠顯著增強管制員的情景意識，為提升遠(yuǎn)程塔臺人機交互水平提供理論支撐[28]。徐國標(biāo)分析了遠(yuǎn)程虛擬塔臺相關(guān)技術(shù)、系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及與傳統(tǒng)塔臺的功能對比[29]。徐斌等以新疆遠(yuǎn)程塔臺系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過FMECA 可靠性分析方法對遠(yuǎn)程塔臺各個子系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性分析，發(fā)現(xiàn)管制員情景意識建立程度對遠(yuǎn)程塔臺系統(tǒng)可靠性影響最大[30]。潘衛(wèi)軍詳細(xì)介紹了幾種可用于分析遠(yuǎn)程塔臺系統(tǒng)可靠性的方法，總結(jié)了適用于我國遠(yuǎn)程塔架系統(tǒng)可靠性分析的方法[31]。

由上述可以發(fā)現(xiàn)，我國對遠(yuǎn)程塔臺評估的研究較為宏觀，集中于對遠(yuǎn)程塔臺系統(tǒng)整體可靠性的分析，對比國外豐富的情景感知和管制效率評估，缺少對人因工效指標(biāo)的研究，對具體評估指標(biāo)的研究相對匱乏，這也是本文的研究意義之一。

1.3 遠(yuǎn)程塔臺發(fā)展現(xiàn)狀

1.3.1 國外遠(yuǎn)程塔臺發(fā)展現(xiàn)狀

2014 年，單一歐洲天空空中交通管理研究計劃（SESAR）聯(lián)合執(zhí)行機構(gòu)（SJU）啟動遠(yuǎn)程機場運行概念（RACOON）項目，旨在演示為多個機場提供遠(yuǎn)程塔臺服務(wù)的可行性和成本效益[32]，正式拉開了遠(yuǎn)程塔臺管制服務(wù)的序幕，如圖1所示。

圖1 國外遠(yuǎn)程塔臺發(fā)展時間線Fig.1 Development timeline of foreign remote tower

2015 年，第一個完全符合國際民航組織要求的遠(yuǎn)程塔臺獲得批準(zhǔn)并在瑞典投入運行；同年，德國核準(zhǔn)Saarbrucken機場進(jìn)行遠(yuǎn)程塔臺運行[33]。2016 年，愛爾蘭正式展開全世界第一個多重遠(yuǎn)程塔臺試點研究，該研究進(jìn)行了50 次從單塔運行到多塔運行的遠(yuǎn)程塔臺運行的大規(guī)模示范試驗，供空中航行安全監(jiān)管機構(gòu)進(jìn)行安全評估[34]。2017 年起，德國空中導(dǎo)航服務(wù)提供商DFS為薩爾布呂肯這個中型機場提供機場控制服務(wù)，這使薩爾布呂肯成為德國第一個遠(yuǎn)程控制的機場[35]。2018 年3 月，挪威空中導(dǎo)航服務(wù)商AVINOR 與英德拉對從一個遠(yuǎn)程地點同時管制多個機場進(jìn)行了首次成功驗證，管制員從一體化管制席位為三個機場同時提供管制服務(wù)，可以獲得所有相關(guān)信息和控制功能，包括雷達(dá)交通圖像、氣象信息、電子飛行進(jìn)程單等[36]；同年8月，立陶宛空中導(dǎo)航服務(wù)商（ON）、德國航空航天中心在布倫瑞克對多重遠(yuǎn)程塔臺進(jìn)行了第二階段的驗證。

2019年，巴西實施南美第一個遠(yuǎn)程空中交通管制塔，法西斯公司為巴西圣克魯斯空軍基地安裝遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)[37]，至此遠(yuǎn)程塔臺在民用航空與軍用航空中皆有應(yīng)用；同年，澤西機場成為英國第一個使用數(shù)字遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)管理空中交通的機場，標(biāo)志著遠(yuǎn)程塔臺首次被用于在英國商用飛機的管制[38]。2020 年，丹麥航空公司利用FREQUENTIS DFS AEROSENSE集成的遠(yuǎn)程塔臺和進(jìn)近中心來解決空域效率和服務(wù)提供問題[39]；同年，英國皇家空軍在其位于蘇格蘭的萊斯茅斯基地選擇薩博數(shù)字空中交通解決方案進(jìn)行數(shù)字塔臺能力的作戰(zhàn)概念論證[40]。

1.3.2 國內(nèi)遠(yuǎn)程塔臺發(fā)展現(xiàn)狀

2015年，中國民航局印發(fā)《中國民航航空系統(tǒng)組塊升級（ASBU）發(fā)展與實施策略》，明確提出發(fā)展遠(yuǎn)程塔臺[41]。2019 年11 月24 日，浙江省飛服中心遠(yuǎn)程塔臺成功完成了中國民航史上首次航空器起降遠(yuǎn)程指揮試驗[42]。2020年5月21 日，新疆那拉提機場試運行遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)，成為國內(nèi)首個成功試運行遠(yuǎn)程塔臺的運輸機場[43]；同年，民航安徽空管分局啟動了與池州九華山機場聯(lián)合開展遠(yuǎn)程塔臺試點的工作，目前安徽空管分局遠(yuǎn)程塔臺項目已進(jìn)入建設(shè)階段[44]。2021年，民航天津空管分局提出推進(jìn)遠(yuǎn)程塔臺管制工作來延長民航管制人員職業(yè)生涯的可行性[45]。此外，廣州白云機場、貴陽龍洞堡機場、珠海金灣機場探索遠(yuǎn)程塔臺機坪管制服務(wù)并取得工程化應(yīng)用[46]；內(nèi)蒙古錫林浩特機場、二連浩特機場，云南寧蒗瀘沽湖機場，青海遠(yuǎn)程塔臺試點陸續(xù)開展遠(yuǎn)程塔臺試點工作，其中青海遠(yuǎn)程塔臺試點試驗開展多重遠(yuǎn)程塔臺空中交通管制服務(wù)；順豐無人機聯(lián)合多家科技企業(yè)預(yù)打造“遠(yuǎn)程塔臺+無人機”運行模式，共同開展通航遠(yuǎn)程塔臺在國內(nèi)的全面推廣工作[47]。

在規(guī)章制度方面，我國已頒布了《遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)需求（意見征求稿）》、《遠(yuǎn)程塔臺運行評估規(guī)范（意見征求稿）》，對我國遠(yuǎn)程塔臺的評估具有指導(dǎo)意義。

通過上述可知，雖然我國遠(yuǎn)程塔臺發(fā)展勢頭強勁，但起步時間晚，各類模式驗證時間較國外都有4～5 年的差距，見表2。

表2 國內(nèi)外遠(yuǎn)程塔臺首次運行時間比較Table 2 Comparison of first operation time of remote tower at home and abroad

2 遠(yuǎn)程塔臺運行評估概念

2.1 遠(yuǎn)程塔臺功能模塊及運行模式

2.1.1 遠(yuǎn)程塔臺功能模塊

遠(yuǎn)程塔臺功能模塊主要包括遠(yuǎn)程監(jiān)視模塊、語音通信模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、管制人機交互管理模塊、綜合信息模塊、遠(yuǎn)程控制模塊、輔助功能模塊、技術(shù)監(jiān)控模塊。

（1）遠(yuǎn)程監(jiān)視模塊:用遠(yuǎn)程監(jiān)視替代現(xiàn)場目視觀察，為管制員提供感知遠(yuǎn)端機場及附近區(qū)域或完整的機坪責(zé)任區(qū)域?qū)崟r運行狀態(tài)的相關(guān)監(jiān)視信息。

（2）語音通信模塊:為遠(yuǎn)程塔臺單元與機場、航空器之間提供連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的語音通信。

（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊:遠(yuǎn)程塔臺單元與機場、航空器之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路，保障機場、航空器與遠(yuǎn)程塔臺單元之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。

（4）管制人機交互管理模塊:為管制員提供圖形用戶界面及其他技術(shù)系統(tǒng)交互的接口，其主要功能是向管制員提供管制相關(guān)信息，管制員可通過人機交互界面輸入新信息或修改已有信息。

（5）綜合信息模塊:為管制員提供管制相關(guān)的航空情報、航空氣象、靜態(tài)資料等綜合信息。

（6）遠(yuǎn)程控制模塊:遠(yuǎn)程監(jiān)控遠(yuǎn)端機場助航燈光，并能獲取遠(yuǎn)端機場照明、警報等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的工作狀態(tài)信息。

（7）輔助功能模塊:包括遠(yuǎn)程塔臺單元正常運行所需的輔助功能，一般不直接影響遠(yuǎn)程塔臺正常運行，如記錄、回放、數(shù)據(jù)分析等。

（8）技術(shù)監(jiān)控模塊:對遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)系統(tǒng)的運行情況進(jìn)行監(jiān)控，并輸出相應(yīng)的系統(tǒng)運行狀態(tài)信息。

各功能模塊相互關(guān)系如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程塔臺各功能模塊相互關(guān)系Fig.2 Relationship among function modules of remote tower

2.1.2 遠(yuǎn)程塔臺運行模式

遠(yuǎn)程塔臺作為空中交通管制的范式轉(zhuǎn)換，國內(nèi)已經(jīng)開始探索遠(yuǎn)程塔臺模式（見表3），參考?xì)W美國家遠(yuǎn)程塔臺運行經(jīng)驗，根據(jù)提供遠(yuǎn)程塔臺服務(wù)的特征，遠(yuǎn)程塔臺運行模式可分為:（1）I類遠(yuǎn)程塔臺運行模式:用遠(yuǎn)程塔臺替代傳統(tǒng)塔臺，為航空器提供機場管制服務(wù)（部分機場含進(jìn)近管制服務(wù)）；（2）Ⅱ類遠(yuǎn)程塔臺運行模式:在某一遠(yuǎn)程塔臺單元為一個民用機場提供機坪管制服務(wù)；（3）Ⅲ類遠(yuǎn)程塔臺運行模式:應(yīng)急遠(yuǎn)程塔臺，即為應(yīng)對突發(fā)事件，在某一遠(yuǎn)程塔臺單元為一個民用機場提供機場管制服務(wù)（部分機場含進(jìn)近管制服務(wù)）或機坪管制服務(wù)，以防止機場管制服務(wù)（部分機場含進(jìn)近管制服務(wù)）或機坪管制服務(wù)中斷或停止，作為原塔臺備份使用。目前，我國I類、Ⅱ類遠(yuǎn)程塔臺運行模式均有試運行試點。

表3 我國遠(yuǎn)程塔臺運行模式Table 3 Operation mode of remote tower in China

2.2 遠(yuǎn)程塔臺運行評估指標(biāo)

指標(biāo)是評估方案的核心，經(jīng)過對國內(nèi)外文獻(xiàn)的梳理，現(xiàn)初步構(gòu)建遠(yuǎn)程塔臺運行評估指標(biāo)體系如圖3 所示，其中包括一級指標(biāo)3 個、二級指標(biāo)15 個、三級指標(biāo)66 個?；谠u估的角度不同，將遠(yuǎn)程塔臺評估指標(biāo)分為機場指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)及人因工效指標(biāo)三個一級指標(biāo)。其中，機場指標(biāo)是機場適配遠(yuǎn)程塔臺的最低要求，技術(shù)指標(biāo)是實現(xiàn)遠(yuǎn)程塔臺管制的技術(shù)最低要求，人因工效指標(biāo)是遠(yuǎn)程塔臺情景感知的評估標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)別于傳統(tǒng)塔臺管制，遠(yuǎn)程塔臺管制是典型的“人機”交互作業(yè)，人機交互中管制員差異化感知水平?jīng)Q定遠(yuǎn)程塔臺是否可以替代傳統(tǒng)塔臺進(jìn)行管制作業(yè)。因此，人因工效指標(biāo)是遠(yuǎn)程塔臺評估指標(biāo)中最關(guān)鍵的指標(biāo)集。

圖3 遠(yuǎn)程塔臺運行評估指標(biāo)體系Fig.3 Remote tower operation evaluation index system

2.2.1 機場指標(biāo)

機場指標(biāo)決定著是否在該機場應(yīng)用遠(yuǎn)程塔臺技術(shù)以及適配的遠(yuǎn)程塔臺模式[48]。其中包括:（1）空域航線指標(biāo):包括空域類別、進(jìn)離場/進(jìn)近/起降航線劃設(shè)、目視或儀表飛行規(guī)則等指標(biāo)；（2）機場交通流指標(biāo):包括地面運行的航空器和車輛的數(shù)量、軌跡復(fù)雜性及機型混雜比例指標(biāo)；（3）機場環(huán)境指標(biāo):包括機場位置、海拔高度、機場地形地勢特點、野生動物棲息特點等指標(biāo)；（4）機場布局指標(biāo):包括跑道數(shù)量、跑道方向、跑道入口數(shù)量、機坪數(shù)量、復(fù)雜滑行道布局、機場建筑物布局；（5）機場氣候指標(biāo):包括地面風(fēng)、異常天氣能見度、地表溫度等指標(biāo)；（6）空中交通服務(wù)類別指標(biāo):包括機場管制服務(wù)、進(jìn)近管制服務(wù)、機坪管制服務(wù)等指標(biāo)；（7）人文和社會條件指標(biāo):包括對管制員人力資源地域分布、機場空中交通服務(wù)人員數(shù)量和資質(zhì)、資源配置等的優(yōu)化指標(biāo)；（8）成本指標(biāo):包括建設(shè)成本和運營成本指標(biāo)；（9）運行指標(biāo):包括運行環(huán)境和當(dāng)?shù)卣叩取?/p>

2.2.2 技術(shù)指標(biāo)

技術(shù)指標(biāo)是確保遠(yuǎn)程塔臺運行的關(guān)鍵指標(biāo)[49]，其中包括:（1）可視圖像指標(biāo):包括圖像質(zhì)量、圖像幀數(shù)、可視圖像可靠性、可視圖像適用性、可視圖像完整性、可視圖像準(zhǔn)確性、場面?zhèn)鞲衅鳝h(huán)境保護性能、系統(tǒng)監(jiān)控及失效檢測性能、可視圖像在所有情況下捕獲和傳輸閃爍信標(biāo)圖像的能力。（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸指標(biāo):網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)延遲、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、可視圖像從采集到呈現(xiàn)的端到端延遲、環(huán)境音頻從采集到播放的端到端延遲、語音通信的端到端延遲。（3）遠(yuǎn)程監(jiān)視指標(biāo):光學(xué)傳感器采集圖像能力、云臺查看特定地點和物體的特寫鏡頭能力、光學(xué)傳感器數(shù)量、光學(xué)傳感器安裝位置、光學(xué)傳感器高度、攝像機特性。

2.2.3 人因工效指標(biāo)

人因工效學(xué)（HFE）評估是指對已有的產(chǎn)品或系統(tǒng)展開評估，常見的評估包括可視性、可達(dá)性、舒適性、疲勞、肌肉受力等指標(biāo)，進(jìn)而指導(dǎo)當(dāng)前產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行完善或指導(dǎo)未來產(chǎn)品或系統(tǒng)的開發(fā)[50]。人因工效學(xué)是遠(yuǎn)程塔臺運行的重要評估原則，為提升管制員情景意識感知能力，遠(yuǎn)程塔臺的技術(shù)系統(tǒng)和運行環(huán)境設(shè)計必須符合人因工效學(xué)原理[51]。

（1）工作環(huán)境指標(biāo)

工作環(huán)境指標(biāo)包括:遠(yuǎn)程塔臺單元（中心）的噪聲、溫度、濕度、通風(fēng)、光線等工作環(huán)境條件；遠(yuǎn)程塔臺單元（中心）的位置、面積、布局、設(shè)備數(shù)量等指標(biāo)[52]。

（2）人機交互指標(biāo)

人機交互指標(biāo)包括:可視圖像屏幕布局，可視圖像相比現(xiàn)實的還原度，可視圖像覆蓋區(qū)域，可視圖像能否提供流暢、規(guī)律和操作上可接受的視覺效果（如呈現(xiàn)移動、閃爍、旋轉(zhuǎn)物體），感知移動物體的性能（加速、減速、方向變化），可視圖像能否支持管制員判斷目標(biāo)之間的距離，系統(tǒng)的信息和標(biāo)牌管理功能，人機交互界面的顯示效果（如顏色、亮度、對比度等），系統(tǒng)對身體和精神的疲勞誘發(fā)程度，全景視頻拼接效果，顯示屏與背景的對比度，顯示屏布置，遠(yuǎn)程塔臺單元的聲學(xué)特性。

（3）管制員指標(biāo)

管制員指標(biāo)包括:管制員指標(biāo)管制員在崗執(zhí)勤中需要使用腦部思考做預(yù)案、眼部監(jiān)視航空器動態(tài)、口部發(fā)出管制指令、耳部聽取機組通話、手部記錄填寫進(jìn)程單等執(zhí)行管制運行任務(wù)，遠(yuǎn)程塔臺設(shè)計需要適應(yīng)管制員腦部、眼部、口部、耳部、手部人因工效學(xué)需求[53]。手部和行為姿態(tài)指標(biāo):人體動作、關(guān)節(jié)角度、扭矩、時空行為、交互行為、呼吸頻率、皮電活動、脈搏波[54]；眼部指標(biāo):興趣區(qū)關(guān)聯(lián)注視時間（興趣區(qū)持續(xù)時間、次數(shù)、首次注視時間、總注視時間等）、興趣區(qū)關(guān)聯(lián)掃視時間（興趣區(qū)持續(xù)時間、次數(shù)、首次掃視時間、總掃視時間等）、瞳孔大小、眨眼次數(shù)、眼跳、眼瞼閉合度；口部和耳部指標(biāo):應(yīng)答反應(yīng)時，語義識別:重復(fù)（repeat），語義識別:糾正（correct）；腦部指標(biāo):α（阿爾法）、β（貝塔）、θ（西塔）、δ（德爾塔）波能量功率譜密度時間譜，包括額葉（語言、軀體運動）、頂葉（軀體感覺）、顳葉（聽覺）、枕葉（視覺）；腦皮層氧合血紅蛋白(HbO)和脫氧血紅蛋白(HbR)。

管制員工作資質(zhì)指標(biāo)包括:管制員的年齡、身體健康情況、工齡、管制員級別、是否接受過遠(yuǎn)程塔臺管制培訓(xùn)等指標(biāo)。

3 展望與未來

遠(yuǎn)程塔臺是近年來國內(nèi)民航領(lǐng)域的研究熱點，涉及傳感器技術(shù)、計算機科學(xué)、生理心理學(xué)、人因工效學(xué)等多門學(xué)科。遠(yuǎn)程塔臺運營的主要目標(biāo)是小型、低密度機場（通常是單次運營，很少超過兩次同時運行）和偶爾具有中等交通密度（超過兩次同時運營）的季節(jié)性旅游機場。截至2021 年年底，我國境內(nèi)共有運輸機場（不含香港、澳門和臺灣地區(qū)）248個，旅客吞吐量為90748.3萬人次。其中，支線機場219個，旅客吞吐量為26498.5萬人次，僅占2021年全國旅客吞吐量的29.8%，這些支線機場目前的業(yè)務(wù)利潤率較低，遠(yuǎn)程塔臺設(shè)施將產(chǎn)生較低的維護、人員配備和培訓(xùn)成本，并能夠長期運行，從而將機場收入損失降至最低，在我國擁有良好的應(yīng)用前景。盡管有良好的應(yīng)用前景，目前我國遠(yuǎn)程塔臺領(lǐng)域還存在大量人因工效指標(biāo)待驗證、缺乏行業(yè)內(nèi)認(rèn)可度、缺乏合理的規(guī)章制度等不足。對此，在運行模式、評估工作及規(guī)章制度方面有如下展望:

（1）在運行模式方面，我國應(yīng)加速發(fā)展單機場遠(yuǎn)程塔臺運行模式，累積遠(yuǎn)程空中管制經(jīng)驗；推廣大型機場遠(yuǎn)程塔臺機坪管制模式；積極開展遠(yuǎn)程多機場管制試點，增大遠(yuǎn)程塔臺應(yīng)用比例，探討遠(yuǎn)程塔臺在多個機場之間靈活管制的可能性，實現(xiàn)我國遠(yuǎn)程塔臺多種運行模式的應(yīng)用。

（2）在評估方面，需要細(xì)化評估指標(biāo)，開展人因工效評估工作，用科學(xué)的模型確定遠(yuǎn)程塔臺運行績效和安全績效相關(guān)數(shù)據(jù)與人因工效評估指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性，建立符合我國遠(yuǎn)程塔臺運行特征的評估指標(biāo)網(wǎng)；結(jié)合定性定量多種方法對我國遠(yuǎn)程塔臺運行綜合評估，得出遠(yuǎn)程塔臺的人—機—環(huán)境匹配程度及程序設(shè)計合理性，確保遠(yuǎn)程塔臺安全、高效的運行。

（3）在規(guī)章制度發(fā)面，需要對原有管制流程進(jìn)行有目的性的任務(wù)切割，對監(jiān)視信息讀取與處理、地空通信接收與發(fā)送、電報處理及協(xié)調(diào)組織等主要管制業(yè)務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的分割，并將處理流程標(biāo)準(zhǔn)化，建立符合遠(yuǎn)程塔臺中心運行特征及要求的管制任務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化處理程序。

4 結(jié)束語

本文通過文獻(xiàn)梳理，對國內(nèi)外遠(yuǎn)程塔臺評估研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析。結(jié)果表明，遠(yuǎn)程塔臺管制屬于典型的人機交互范疇，需要依據(jù)人因工效原理從情景感知和管制效率兩個方面進(jìn)行評估；對國內(nèi)外遠(yuǎn)程塔臺運行研究發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述與比較，發(fā)現(xiàn)我國遠(yuǎn)程塔臺距離國外成熟的應(yīng)用還有4～5年的距離；闡述了遠(yuǎn)程塔臺功能模塊以及運行模式，根據(jù)國內(nèi)外研究和規(guī)章制度，提出遠(yuǎn)程塔臺運行三級評估指標(biāo)體系。評估指標(biāo)與遠(yuǎn)程塔臺運行績效和安全績效的關(guān)聯(lián)性有待深入探索與研究，因此下一步的研究是完善評估指標(biāo)體系，建立合理完善的評估指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和評估模型，推動我國遠(yuǎn)程塔臺運行評估工作。