雷達管制員工作負荷研究

朱曉波

摘 要：管制員客觀工作負荷可分為沖突調(diào)配、協(xié)調(diào)移交、監(jiān)視工作負荷，分別構(gòu)建了管制員工作負荷計算模型，基于雷達管制所發(fā)指令平均時間定義了工作負荷權(quán)值，通過統(tǒng)計指令頻次與權(quán)值相乘得到管制工作負荷。分析了管制工作負荷的影響因素，指出其重要性依次為工作年限、年齡、性別、是否是管制教員、文化程度。

關(guān)鍵詞：雷達管制；工作負荷；沖突調(diào)配；協(xié)調(diào)；監(jiān)視

中圖分類號：V355.1 文獻標識碼：A

管制員的工作負荷可以分為客觀負荷和主觀負荷，其中客觀負荷包括指揮類工作負荷（如指揮飛機的起飛、空域內(nèi)的飛行和降落）、協(xié)調(diào)類工作負荷（與其他扇區(qū)或管制單位進行航班協(xié)調(diào)）、監(jiān)管類工作負荷（控制航空器飛行的安全間隔）和其他類工作負荷（向飛行員提供有關(guān)航空氣象、飛行活動和航行信息）；主觀負荷包括管制員的心理壓力承受能力、對于緊急事件和沖突的判斷和協(xié)調(diào)能力等因素。管制員工作負荷的評估對于合理安排扇區(qū)流量，保障飛行安全有重要意義。

目前，較為成熟的工作負荷測量方法主要有基于管制員所發(fā)指令時間的“DORATASK”[ 1 ]和“MBB”方法[ 2 ]。

2006年，萬莉莉等根據(jù)管制指令類型將管制負荷分為監(jiān)視管制負荷、沖突管制負荷和協(xié)調(diào)管制負荷 [ 3 ]。2015年，夏正洪以高校準管制員和復(fù)訓管制員所做雷達模擬機練習為研究對象，提出了基于雷達服務(wù)類型的管制員工作負荷評估模型和權(quán)值計算方法[ 6 ]。

本文分別構(gòu)建了管制員工作負荷計算模型，基于雷達管制所發(fā)指令平均時間定義了工作負荷權(quán)值，分析了管制工作負荷的影響因素，通過管制員工作負荷研究對于合理安排扇區(qū)流量，保障飛行安全有重要意義。

1 管制工作負荷評估模型

針對可定量評估的客觀管制員工作負荷，本文將這種工作負荷分為沖突管制負荷、協(xié)調(diào)管制負荷和監(jiān)視管制負荷。管制指揮主要是管制員和飛行員之間的溝通，改變航向、高度、速度等指令都是通過陸空通話完成的，指揮飛機架數(shù)的多少、復(fù)雜性等很大程度都可以通過“通話量”來體現(xiàn)，即“管制通話次數(shù)”和“協(xié)調(diào)通話時長”。協(xié)調(diào)管制只要是負責相鄰扇區(qū)和不同管制單位的管制移交。

另外，該助理管制員還負責輔助雷達管制員填寫、管理進程單，并提供所需各種動態(tài)信息，其主要工作是通過內(nèi)化系統(tǒng)來完成，而這部分工作也可以體現(xiàn)在通話量上，即“協(xié)調(diào)通話次數(shù)”和“協(xié)調(diào)通話時長”。

監(jiān)視管制主要是監(jiān)控雷達屏幕上的航跡，掌握航班飛行動態(tài)，這個工作通常是雷達管制員負責，同時助理協(xié)調(diào)管制輔助監(jiān)控，或者由獨立的助理管制員進行監(jiān)控。因此，管制員工作負荷評估模型可以直觀的描述為公式1：

W（C ）=a*WC 1 （t ）+b*WC 2 （t ）+c*WF （∑ n ） （1）

其中，

a，b，c分別為沖突管制、協(xié)調(diào)、和監(jiān)視工作負荷的權(quán)值；

WC 1 （t ） 是沖突管制工作負荷；

WC 2 （t ）是協(xié)調(diào)工作負荷；

WF （∑ n ） 是監(jiān)視工作負荷；

∑n為累計管制的航班數(shù)量；

t為對應(yīng)工作的時間。

1.1 沖突管制工作負荷

沖突管制指揮負荷就是管制員解決扇區(qū)內(nèi)飛行沖突的各種行為的工作量。

為了解決沖突管制員會提前采取以下措施：在水平面上提供航向改變以保持水平間隔、在垂直面內(nèi)保持飛行高度或者限制飛行高度以保持垂直間隔、為了保持或者增大間隔，要求飛行員增加爬升率或下降率等。

于是，沖突管制負荷表示為每次發(fā)生飛行沖突，管制員發(fā)出解決沖突指令所花的時間。

WC 1 （t ） =a*N（t） （2）

其中，a表示沖突管制指揮負荷的權(quán)值，指扇區(qū)內(nèi)航空器之間發(fā)生一次沖突，管制員用來解決航空器沖突與飛行員通話的管制負荷值（單位：秒/次）；N（t）表示自t時刻開始的時間片段內(nèi)管制員發(fā)出解決沖突的指令次數(shù)。

1.2 監(jiān)視管制負荷

監(jiān)視管制負荷就是在非沖突和不需要協(xié)調(diào)管制的情況下，管制員檢查扇區(qū)內(nèi)航空器的情況和做出管制提示時所承受的工作量。因此，監(jiān)視管制工作負荷可以表示為：

WF （∑ n ）=W進程單 （t ）+W高度改變 （t ）=b1*N進程單 （t ）+b2*N高度改變 （t ） （3）

其中，b1表示填寫進程單負荷的權(quán)值，指一架航空器飛過一個重要點的時候，管制員檢查和記錄進程單的管制負荷值（單位：秒/次）；

N進程單 （t ）表示自t時刻開始的時刻片段內(nèi)填寫進程單的次數(shù)；

b2表示高度改變管制負荷的權(quán)值，指對于一架航空器發(fā)生一次高度改變時所需管制員與飛行員的通話和管制員填寫進程單所謂管制負荷值（單位：架/秒）；

N高度改變 （t ）表示自t時刻開始的時間片段內(nèi)管制員發(fā)生改變高度指令的次數(shù)。

1.3 協(xié)調(diào)管制負荷

協(xié)調(diào)管制負荷就是當航空器穿越邊界是，管制員和飛行員、管制員和管制員之間的信息交換中管制員所承受的工作量。因此，協(xié)調(diào)管制負荷為：

WC 2 （t ）=W進入扇區(qū) （t ）+W離開扇區(qū) （t ）=c1*N進入扇區(qū) （t ）+c2*N離開扇區(qū) （t ） （4）

c1表示航空器進入扇區(qū)管制負荷的權(quán)值，指當一架航空器進入扇區(qū)時，管制員和飛行員、管制員與管制員之間的信息交換和檢查進程單的管制負荷（單位：秒/架）；

N進入扇區(qū) （t ）表示自t時刻開始的時間片段內(nèi)進入扇區(qū)的航空器的數(shù)量；

c2表示航空器離開扇區(qū)管制負荷的權(quán)值，指當一架航空器離開扇區(qū)時，管制員和飛行員、管制員與管制員之間的信息交換和檢查進程單的管制負荷（單位：秒/架）；

N離開扇區(qū) （t ）表示自t時刻開始的時間片段內(nèi)離開扇區(qū)的航空器的數(shù)量。

1.4 管制員工作負荷評估模型

根據(jù)前文所述，管制員工作負荷可以描述為公式5所示：

WC =a*N（t）+b1*N進程單 （t ）+b2*N高度改變 （t ）+c1*N進入扇區(qū) （t ）+c2*N離開扇區(qū) （t ）

通過這個管制員工作負荷數(shù)學模型表達模型的建立可以評估出扇區(qū)內(nèi)每個時間片內(nèi)管制員工作負荷的大小。時間片刻的通常定義都是以30分鐘為一個時間片，一天24小時就分成48個時間片。

2 數(shù)值仿真分析

2.1 管制員工作負荷計算

根據(jù)目前普遍接受的管制指令類型及其平均發(fā)布時間可知，管制員工作負荷的權(quán)值如表1所示，結(jié)合某管制中心的實際指揮數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，以30分鐘為一個時間片，各管制指令出現(xiàn)的次數(shù)如表2所示。

根據(jù)本文所構(gòu)建的管制員工作負荷評估模型可知，該時間片中管制員的平均工作負荷為：

WC =2.59*7.8+4.95*8.2+2.28*28.6+4.98*8.2+5.53*8.2=207.18

2.2 不同因素對管制指令時間的影響

根據(jù)調(diào)研可知，管制員工作負荷受到多種因素的影響，主要包括管制員的年齡、性別、工作年限、學歷、管制員級別、是否是教員等。根據(jù)管制員信息采集表和管制員管制指令時間統(tǒng)計表的統(tǒng)計結(jié)果，本文以管制員的年齡為例分析其對管制員工作負荷的影響。

各年齡段管制員平均每30分鐘的平均工作負荷：

21-25：2.57×7.8+2.27×28.6+5.40×8.2+5.60×8.2+4.8×8.2=214.52

26-30：3.06×7.8+2.65×28.6+5.38×8.2+5.50×8.2+5.38×8.2=232.99

31-35：2.03×7.8+1.93×28.6+3.90×8.2+4.30×8.2+4.2×8.2=172.426

36-40：2.13×7.8+1.75×28.6+5.00×8.2+5.50×8.2+5.5×8.2=197.864

可見，管制員工作負荷最小的為31-35歲年齡段。

同理本文繼續(xù)討論得出了以下結(jié)論：

女性管制員通常平均工作負荷較男管制員工作負荷要高；

本科管制員較研究生和專科管制員工作負荷要低；

管制教員的工作負荷比非管制教員的工作負荷高；

四級管制員比其他管制員的工作負荷要低；

當管制員工作4-6年時，工作負荷較其他工作年限的管制員工作負荷要低；

根據(jù)標準差的大小可知，影響因素的重要性排序為工作年限>管制級別>年齡>性別>是否管制教員>文化程度。

3 結(jié)論

本文定義了管制員客觀工作負荷類型，將其分為沖突調(diào)配、協(xié)調(diào)移交、監(jiān)視工作負荷，并分別構(gòu)建了管制員工作負荷模型，基于雷達管制所發(fā)指令平均時間定義了工作負荷權(quán)值，通過統(tǒng)計指令頻次得到最終的管制工作負荷。分析了管制工作負荷的影響因素如工作年限、年齡、性別、是否是管制教員、文化程度對其影響，通過管制員工作負荷研究對于合理安排扇區(qū)流量，保障飛行安全有重要意義。

參考文獻：

[1] D.K.Schmidt，A queuing Analysis Of the Air Traffic Controllers Workload，IEEETransaction On Systems， Man， And Cybernetics，1978，Vol.SMC-8，No.3：492-498.

[2] Pawlak，William S.， Comparison of algorithms for the dynamic resectorization of airspace，AIAA Guidance，Navigation，and Control Conference and Exhibit，American Institute of Aeronautics and Astronautics，1998：67-74.

[3] 萬莉莉，胡明華.管制員工作負荷及扇區(qū)容量評估問題研究[J].交通運輸工程與信息學報，2006，4（2）：70-75.

[4] 王紅勇，趙嶷飛，王飛.空中交通管制扇區(qū)復(fù)雜度評估研究[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2013， 13（6）：147-153.

[5] 武丁杰.基于空域復(fù)雜度的管制員工作負荷評估[J].科學技術(shù)與工程，2013，13（31）：9465-9470.

[6] 夏正洪.基于雷達模擬機的管制員工作負荷評估研究[J].中國民航飛行學院院報，2016， 27（2）：5-9.