基于管制員負荷的空域容量評估新方法＊

武丁杰

（中國民航飛行學院 四川 廣漢 618307）

隨著民用航空的高速發展，管制員的工作面臨著更大的挑戰.管制員負荷逐步成為限制空域容量的瓶頸［1］.而作為管制工作的最終實施環節，各種其他制約因素都會反映在管制員的工作負荷上.因此找到一種有效量化管制員負荷的方法對有效實施流量管理，合理配置人力和扇區有著重大的意義.

本文就管制員的工作負荷定義提出了新的概念，在此新概念的基礎上討論分析了管制員的工作負荷影響因素，對管制員管制工作進行量化.并結合西安空域內管制員的實際負荷對空域容量進行評估驗證.

1 空中交通服務容量定義

通常空中交通容量的定義為：指定空域和機場在某一特定時間內能夠接收的最多數量的航空器架次，即為該空域和機場的空中交通服務容量［2］.管制員工作負荷飽和時，航班不能再增加，這時的容量即到達了飽和.因此，在管制員工作負荷處于飽和狀態的時間段內，航班架次與時間的比值即是容量.

以上的容量定義能較好的描述一個機場或空域的情況，但在使用中卻與管制員負荷脫節，一個分布不均勻的交通流可能會使某管制單位不堪重負，甚至出現事故，而在單位時間里顯現出的容量卻不大.所以與管制員負荷相關的容量定義是指某個時刻管制員能同時指揮的飛機數量.此可視為定義中把某一時間縮小到一個時刻后得到的引申.

2 管制員負荷的確定與計算

根據管制員的工作內容，管制員工作負荷可定義為：由于空域內航空器的飛行對管制員形成了客觀任務需求，管制員為滿足這些需求而在身體和精神上產生的消耗即為管制員工作負荷［3］.

國際上常用的管制員負荷評估方法有德國的MBB方法，英國的DORA 方法，日本的MMBB方法［3］.這些方法的原理基本都是先對管制工作進行細分，將其分解成各種單獨的動作，然后統計管制員的各項具體動作的時間，觀察其在一個單位時間內能執行多少個與調配相關的動作，由此確定能指揮到的航空器數量.

這些方法忽視管制員的許多動作是同時進行的.成熟管制員往往可以一邊填寫進程單一邊通話，一邊通話一邊做決策［4］.通過對多位一線管制員的問卷調查發現：管制工作中解決沖突或調整間隔往往是按一定的模式執行的，管制員一旦確定了使用某種模式，其后的一系列指令幾乎可以無間斷地發出.所謂的管制員思考時間其實就是在解決沖突的模式間進行決策的時間，而這種決策并不是每句通話都需要的.

根據以上分析可以認為，管制員通話時間是硬性、不可壓縮的，但操作時間和決策時間可以通過訓練逐步成為和通話同時進行的過程.問卷統計反映，成熟管制員至少都可以在守聽飛行員復誦的過程中完成進程單填寫和決策.

為量化說明注意力循環和通話周期，引入以下幾個定義.

必須指令點DI在一種引導策略中，必須給飛機航向或速度調整的位置點.例如，在直飛策略中，走廊口的直飛指令、進場中途的下降指令、進近前的調速指令、建立盲降后的脫波指令，這些指令在進場航路上的某點必須發布，稱這些位置為必須指令點.

平均指令時間TAIT在某種引導策略或幾種策略的組合下，飛機進場過程中一系列必須的指令發布所需的平均時間，即發一次指令的平均時間.

平均指令距離LAIL在某種引導策略或幾種策略的組合下，每個進場航路被其上的必須指令點分割后，各段航路距離的平均值.

指令周期TIC在某種引導策略或幾種策略的組合下，各航空器通過平均指令距離所需的平均時間.

3 以管制員負荷為基礎的空域容量評估模型

設某空域有m個走廊，直飛距離分別為Li，直飛時各個走廊的必須指令點為pi個，各走廊的必需通話時間為ti，單次航向引導指令時間tH，采用一次引導策略時則需2tH.一次引導會導致飛行距離增加L.

在某個管制指令周期TIC中，平均進場速度為vj的飛機所占比例為aj，共有K類平均進場速度；走廊Li進場航班中百分比為xi的航班采用直飛，1-xi用一次引導，則

全局平均進場速度

在此只討論一種引導策略，其他的策略都可用類似方法進行分析.

假設某個扇區所有的走廊都采用相同的引導策略且被引導的飛機比例都相同，則

將式（5）整理為

當采用直飛或大速度進場時平均指令時間被縮短，但平均指令距離或指令周期也同時縮短；而大機動繞飛或小速度進場雖然能延長平均指令距離或指令周期，但也同時延長了平均指令時間.可見容量的影響主要體現在引導所增加的平均指令距離是否足以抵消引導指令所增加的平均指令時間.本模型能較好地反映空域情況和管制方式對容量的影響.

模型中的大部分參數只需簡單分析空域結構及航班計劃即可獲得，只有平均指令時間會隨著管制員的不同指揮風格而存在差異，這是與實際情況一致的.

4 對西安進近空域的容量評估

西安進近空域有4個進場方向，在繁忙時通常分為南北2個扇區.在對成熟管制員進行為期一周的跟班和多次訪談基礎上確定了模型所需各種數據，見表1.

因為在標準通話情況下，單獨指令時間不會有較大差別.算例中的單獨指令時間直接采用文獻［5］的統計數據，見表2.

表1 西安進近管制空域容量評估基礎數據

表2 單獨指令時間

以南扇西側航線為例：在無需任何額外引導的情況下，該方向有7個必須指令點，包括雷達識別1次、進場許可1次、高度改變2次，調速1次、進近許可1次、雷達移交1次.位置報和QNH 發布作為進場許可的一部分也必須包含，該航線的必須通話時間為51.2375s.當采用一次偏航機動時，需增加2 次引導時間，則必須通話時間為70.7375s.與被引導的飛機比例進行加權平均，可得該航段的必須通話時間，見表3.

各航段的必須通話時間除以該航段的必須指令點可得平均指令時間，見表4.

假設每次引導會使飛機多飛行10km，則各航段的平均指令距離見表5.

用各航段的平均指令距離除以該航段的平均飛行速度可得各航段指令周期，見表6.

指令周期除以平均指令時間可得航段容量，計算結果的小數部分全部向下取整，見表7.

用各扇區內不同方向的流量比例進行加權平均后的最終結論見表8.

表3 各航段的必須通話時間 s

表4 各航段的平均指令時間 s

表5 各航段的平均指令距離 km

表6 各航段的指令周期 s

表7 各航段容量 架

表8 各扇區容量 架

由于小數部分被取整，顯現的不同引導比例下的容量沒有差異，如果采用更大的引導距離，這種差異是可以顯現的.

本算例未考慮離場飛機，離場飛機可以視為在扇區內增加走廊后的空域容量評估，與上文的方法類似.

5 結束語

根據西安進近的管制員反饋，使用本方法取得的結果與實際工作容量誤差在1架以內.本文提出的方法能較好地反映出空域復雜性和管制員指揮策略的差異.在基礎數據方面，如能直接計量西安管制員的通話時間特征，結論會更加準確.本方法對管制員負荷的構成只是進行了簡單分類，如能理清各項指令之間的關聯則可以對管制員指令周期有更加精確定義，使結論更加貼近實際.

［1］韓松臣，詹建明.扇區容量與管制員工作負荷的關系研究［J］.中國民航學院學報.2003，18（3）：5-47.

［2］TOFUKUJI N.An enroute ATC simulation experiment for sector capacity estimation［J］，IEEE transaction On Control System Technology，1993，1（3）：138-143.

［3］劉永欣，聶潤兔.管制員工作負荷分析方法［J］，中國民航大學學報，2007（25）：33-34.

［4］何 昕，高浩然，陳亞青，等.我國空中交通管制員素質模糊綜合評估研究［J］.武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2010，34（5）：912-915.

［5］陳亞青，孫 宏.進近管制員工作進程分類及工作負荷研究［J］.中國安全科學學報，2006，16（2）：65-66.