空中交通管制員技能評估主成分分析方法

李赟杰

摘 要：本文從空中交通管制員技能定量評估策略分析入手，明確了評估步驟和主成分分析法的主要原理，之后結合實例分析探討了主成分分析法的實際應用，驗證表明，采用主成分分析方法評估空中交通管制員的客觀性和科學性良好。

關鍵詞：空中交通；管制員；技能評估；主成分分析

前言

空中交通管制員擔負著維護空中交流秩序的重要責任，在我國民航事業快速發展的背景下，飛行架次日益增多，這就對空中交通管制員的技能水平提出了更高的要求，如何客觀、準確的進行空中交通管制員技能評估至關重要。就目前來看，主流的評估方法大多為以管制員個人素質和管制服務作業過程為基礎的人工評估方式，不僅忽略了對服務作業結果的評估，且缺乏一定的客觀性和準確性?；谝陨?，本文結合實例，介紹分析了一種空中交通管制員技能評估的主成分分析方法，旨在為相關研究和實踐提供參考。

1空中交通管制員技能定量評估策略

1.1評估步驟分析

（1）確定空中交通管制員技能定量評估指標?？罩薪煌ü苤茊T管制服務品質包含管制運行安全性能、空中交通流密度、管制員工作負荷及管制運行效率性能等四個因子[1]，以此為基礎確定，定量評價指標體系，以指標綜合度、成熟度等為評判標準，同構專家調查法，確定空中交通管制員技能定量評估指標。

（2）多場景雷達模擬機測試。以專家意見為根據，針對特殊情況和空中交通流密度，設計多場景雷達模擬機測試，通過測試結果來分析空中交通管制員的技能水平，體現不同管制員在技能水平上的差異性。

（3）評估樣本集的建立。以多場景雷達模擬機測試為基礎，選擇不同等級的空中交通管制員參加測試，對測試結果指標數據進行采集，實現評估樣本集的建立。

（4）評估結果的計算。以主成分分析方法為基礎，對樣本綜合得分進行計算，以此來獲得空中交通管制員的技能評估結果。

1.2主成分分析方法

主成分分析方法是一種多元統計分析方法，在應用的過程中，將多個變量轉化為幾個主成分，即綜合變量，多個原始變量的大部分信息會搭載在主成分中，表示為原始變量的相關種類線性組合。一般來說，對變量降維和解釋主成分是主成分分析法的核心，下面來簡要分析主成分分析方法的基本原理。

p維隨機變量用X表示，X=[X1、X2、X3…，XP]，m維隨機變量用Z表示，Z=[Z1、Z2、Z3…，Zm]，其中m①Z=XU；

②Zi與Zj無關，即i≠j，j=1，2，…，m；

③Z1在Z線性組合中方差最大；

④Zi是與Z不相關的X所有線性組合中方差最大者。

則可以將Zi成為原變量X=[X1、X2、X3…，XP]的第i主成分。

根據相關矩陣知識，將X協方差矩陣m個較大特征值對應特征向量集合用U來表示，用表示Zi的貢獻率，則=，前m個主成分貢獻率的和能夠反映其綜合原始變量信息能力。一般來說，在信息損失不大的情況下，采用主成分分析方法，利用主成分來代替原始變量實現降維。

樣本數據表示為，l在第i個主成分上的得分用表示，則可以得出樣本綜合得分的表達式（1）：

表達式（1）：

2實例分析

2.1多場景雷達模擬機測試設計

以昆明進近北扇作為考試空域環境，確定空中交通管制員技能定量評估指標如表1所示：

根據專家意見，設計5個場景的測試腳本，5個場景分別是：①場景1：扇區中等密度流量；②場景2：高密度流量；③場景3：復雜天氣下中等密度流量；④場景4：航空器出現單發故障的中等密度流量；⑤場景5：陸空通話無線電失效的中等密度流量。

2.2空中交通管制員技能評估實施

選定三個等級共24名管制員參加5種不同場景雷達模擬機測試測試（每個等級8人），得到120組定量評估指標數據，作為樣本。對樣本數據進行預處理，以Matlab7.1軟件為基礎進行主成分分析算法，將樣本數據重組為4個主成分，即綜合指標，進行降維處理[2]。原始變量信息保存度為92.48%，對各個樣本綜合得分進行計算，用分值高低來反映管制員技能水平。主成分分析結果如表2所示：

3結論分析

綜上所述，本文提出了空中交通管制員技能水平評估的主成分分析方法，并進行了實例分析，在5種場景下進行測試，發現測試結果高低差別明顯，與眾多特殊情況干擾的實際情況相同，印證了正?？罩薪煌ü苤浦刃虻暮?，管制調配難度較大，同時反映出空中交通管制員應當具備應急處置能力，這是其管制技能水平的重要體現。

參考文獻：

[1]金占濤. 我國民航空中交通管制員在職培訓研究[D].武漢理工大學，2010.

[2]劉丹. 基于主成分分析的空域使用效能評價[D].中國民用航空飛行學院，2015.

（作者單位：云南空管分局）