基于多數據源的管制員工作負荷自動統計與分析系統

作者簡介：韓陽（1983—），男，山東青島人，工程師，碩士研究生，研究方向：計算機智能應用技術（E-mail：atcmet@163.com）。

摘要：隨著青島空域飛行流量的不斷增加，管制員的工作負荷不斷增大。管制員工作負荷的量化及班組資源的合理分配已經成為制約扇區容量的重要因素之一。本文結合民航青島空管站在實際運行和新增扇區工作中遇到的問題，討論影響管制員工作負荷的復雜性因素，提出管制負荷計算模型。通過充分利用現有的航班、通話等客觀數據，依據客觀反映我站管制員工作負荷的計算模型，由計算機生成不同扇區的工作負荷指數，并根據電子值班日志崗位計時數據對每一位管制員的工作負荷進行量化與統計，從而為我站關于扇區容量評估、運行分析、班組資源分配、人員績效等問題提供決策支持。文章最后對計算結果進行了分析驗證，進一步討論該模型的可行性和存在的問題，并對論文的成果進行總結和展望。

關鍵詞：管制員；工作負荷；計算模型；容量評估

中圖分類號：TP31文獻標識碼：A

1引言

青島空管站管制員工作負荷[1]統計與分析管理系統是以數據收集與處理、數據統計與分析為基礎，對管制員的工作負荷進行量化分析而設計研發的。其主要設計目的是依據我站的實際運行情況和運行要素，依據從實際運行情況出發制定的工作負荷計算函數，將對空席位的每一位管制員的工作負荷按指定時間段進行量化計算與統計分析[2]。系統所依賴的多個數據源分別由各子系統從生產環境中自動獲取、格式化、輸入和分析，無需人工干預。

通過對長期積累的數據統計與分析，系統可以直觀的顯示出管制員的工作負荷量值，因而可以對運行扇區的班組資源優化[3]、扇區容量評估[4]、運行情況分析、人員和績效統計等提供一個客觀的數據分析，從而為管理層提供進一步的決策支持。

系統設計原理如下圖所示：

考慮到系統穩定性和可恢復性，系統的運行平臺采取了VMWARE 虛擬機加 windows 2003操作系統平臺，由于要進行實時的大量的后臺數據處理，選取了ORACLE企業版[5]作為數據庫，網頁編程環境為微軟 Visual Studio 2005[6]開發平臺。

2系統詳細分析與設計

如上述流程圖所示，系統收集的數據主要來自以下幾個數據源：28所自動化航班飛行數據流、東進電話記錄儀語音數據、電子日志崗位值班數據、運行要素情況（氣象、軍航等）添加和參量設定，因此大量的計算在后臺數據庫完成。

首先由遙出信號處理程序對28所自動化系統的遙出信號進行格式化處理，之后分成六個扇區（區調3個：AC01和AC02，AC03，AC06；進近2個：AP01和AP02，塔臺1個：TWR），分別實時存入到oracle數據庫的ATC表中，表的結構如下：PLAN_NO（計劃號），ACID（航班號），SECTOR（扇區標識符），BEGIN_TIME（開始時間），END_TIME（結束時間），LEN（時長）。由作業SD_TM_CNT_INSERT每分鐘調用一次存儲過程TM_CNT_INSERT對ATC表進行分析，將每個扇區在當前時間（單位為1分鐘）所容納的飛機數量寫入表TM_EVERYSECTOR_FNUM中，形成1分鐘航班數據。

同時由電話數據導出與轉換程序對東進電話記錄儀中的數據進行提取與格式轉換，該程序每天夜間運行一次，每運行一次完成六項任務，即分別取得六個扇區昨日的電話數據寫入以下六個表：RECORD_AC01（CDATE：日期，RTIME：時間，RLEN：時長），RECORD_AC03，RECORD_AC06，RECORD_AP01，RECORD_AP02，RECORD_TWR，其中RTIME以兩分鐘為單位遞增，RLEN則代表在當前兩分鐘內通話時長（秒），這樣就獲得了每個扇區的兩分鐘通話飽和度數據。

第三部分數據是對主觀因素的調整。基于實際運行情況，由值班主任手工添加當日影響指揮飛行難度的氣象、軍航等因素（或者可以選擇由電子值班日志系統同步分析輸入），并在部門內部對不同扇區和席位進行了難度區分，形成了因素系數表，用戶在使用過程中可以根據需要對系數進行動態調整，以及不同扇區、不同席位在不同航班數量的情況下指揮的壓力不同，所以對航班數量進行分段討論，綜合以上主觀因素，在與管制一線人員經過多次協商和溝通后，生成了管制員工作壓力計算函數：

F（總）= F1（架次，通話）*（1+a）*（1+b） * （1+c）…

a代表氣象因素（人工定值或系統自動分析）。

b代表軍航因素（人工定值或系統自動分析）。

c代表部門內部扇區難度系數。

基于以上所述，系統會自動根據航班數據和電話數據，根據工作負荷壓力計算函數對數據進行計算，從而生成了不同部門的1分鐘負荷指數曲線。

根據生成的1分鐘負荷指數曲線，結合管制員電子日志崗位值班數據，主要數據有在崗時長表Duty_Status，人員信息表ManInfo等。以區調西扇為例，通過每天運行一次的數據庫作業SD_ACC_X_LOAD執行存儲過程LOADCNT_ACC_X_GJX，該存儲過程將根據昨日的1分鐘負荷曲線，累計計算Duty_Status中昨日人員在崗時長，以及每個人在崗時長所跨的負荷曲線時間段對負荷值進行累加，累加的同時考慮氣象、軍航因素的影響，以及管制席、監視席、協調席之間難度的區分，將該扇區昨日的人員負荷值寫入到數據表ACC_X_LOAD_GJX中并進行積累，在前臺頁面給出了請求的起止日期之后，對該表進行查詢返回請求時間段內的人員負荷值，最后通過水晶報表將工作負荷數據量化后的結果直觀的顯示出來。

3系統特點和使用說明

系統設計之初，根據項目需求分析和設計，由于要實時處理航班數據、語音數據，以及隨機的事件數據（氣象、軍航等），計算過程較為復雜，經過測試難以實時統計完成，所以將計算和統計工作放在后臺數據庫自動定期進行，用戶在前臺發出請求后只需對結果集進行篩選返回，因此可以獲得較短的響應時長。 統計結果頁面返回后，以水晶報表[7]的形式進行直觀的展現，可以進行結果打印、導出等。

系統登錄后，用戶可操作的部分只需要進行系數權重的重新設置和事件的添加即可，系統在計算的時候會自動考慮在當前時間段內的事件產生的影響。

查詢的部分分為區調、進近和塔臺三個部門，考慮到分扇和合扇的問題，區調分西北、西南、高（東）扇、負荷統計四部分，其中西北、西南、高（東）扇顯示了所請求查詢日期的詳細運行要素統計，包含1分鐘航班流量、2分鐘通話流量、1分鐘負荷曲線、崗位值班表、管制席和監視席的人員負荷柱狀圖。其他部門類似。統計完成的最終效果圖如下圖所示：

在負荷統計部分，系統根據管制員所在部門進行統計分析，以區調為例，點擊“區調”下的“負荷統計”，進入頁面之后首先選擇統計的起止日期，然后可以選擇班組，或者選擇區調所有管制員，系統將后臺統計的結果根據請求的起止日期進行篩選，返回每一位管制員分別在管制席、監視席、協調席的負荷值，并通過水晶報表的形式展現出來，分為柱狀圖部分和表格數據部分，另外用戶可以根據需要將結果打印、導出，以備查閱。

統計完成的人員負荷數據表格如下所示：

4結論和展望

本文結合我站實際情況，在航班流量迅速增長的情況下，討論研究了扇區容量評估與管制員工作負荷量化的問題，并依據負荷計算模型，對來自生產環境下的實時數據進行了加工和處理，對統計結果進行了友好的可視化展示。

通過對管制員的工作負荷進行統計和分析，可以對運行扇區的班組資源優化、扇區容量評估、運行情況分析、人員評比和績效統計等提供一個客觀的數據分析，從而為管理層提供進一步的決策支持。另外，系統的統計結果并可以根據需要保存和打印，以備查用。

管制員負荷量化統計系統在國內還處于較早的發展階段，系統從提出需求到科研開發，用戶要求和負荷計算方法一直處于討論和修訂中。目前系統的不足之處主要有：

1）在后臺數據庫設計了諸多計算過程（Stored Procedure）和調度作業（Scheduler），有的1天執行一次，所以對數據的及時性要求較高，如果在作業運行之前，數據轉換導入程序（航班和語音數據）工作不正常，將導致計算結果不完整。

2）由于負荷統計以天為單位定期運算執行，所以事件的添加（氣象、軍航）起止時間目前不能跨日（UTC時間）計算，因此如果事件跨日，用戶在輸入時應在23：59（時分）結束，并從新的一天的00：00（時分）開始。

作者將在日后的研究中繼續完善系統，使該系統真正有效應用于空中交通管制單位，為管理者提供決策支持。

參考文獻

[1]王秉淳.基于空中交通復雜性的管制員工作負荷評估問題研究[J].南京航空航天大學，2010，（5）：4-8.

[2]張明 韓松臣.空中交通管制員工作負荷研究綜述[J].南京航空航天大學，2009，（3）：32-36.

[3]張廣宇.我國民航空中交通管制員壓力管理策略研究[J].科技天地，2011，（7）：10-16.

[4]張明 張衛芳.管制扇區優化劃分的方法及計算機實現技術[J].交通運輸工程學報，2005，（3）：81-87.

[5]袁勤勇 張玉魁.ORACLE專家高級編程[M].北京：清華大學出版社，2002.

[6]呂建民 耿芳， 基于ASP.NET的小型企業ERP系統的設計與實現[J].科技信息，2012，23：33-37.

[7]鄒光宗， .NET水晶報表高級編程[M].北京：電子工業出版社，2005.