飛行安全技術(shù)影響因素及其作用機制研究*

王永剛，左笑穎

(1.中國民航大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)部，天津 300300；2.中國民航大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，天津 300300)

0 引言

民航業(yè)旨在為人們提供安全、準(zhǔn)點、舒適的運輸服務(wù)，其中安全是飛行的底線要求。影響飛行安全技術(shù)水平的因素會導(dǎo)致飛行員判斷失誤、決策不當(dāng)或錯誤操作，進而造成災(zāi)難性事故。掌握這些影響因素及其作用機制對提高飛行員技術(shù)水平、改善安全績效、保障安全飛行有重要意義。

最初人們認為飛行安全技術(shù)的影響因素主要是操控方面，包括飛行員對飛機姿態(tài)的操縱，如飛機偏航、橫滾、俯仰以及對飛行狀態(tài)，如飛行高度、速度、航向等的控制技術(shù)[1-3]。對于早期機械傳動和控制較多的飛機，飛行員的操縱對安全飛行的影響較為明顯。隨著先進導(dǎo)航和飛行控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，飛行“操作”已由原來的“體力勞動”為主，轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳X力勞動”為主。飛行員需要處理大量復(fù)雜的信息，飛行員的信息處理能力成為飛行安全技術(shù)的重要組成部分[4]，尤其當(dāng)面對外部的危險天氣、高度和障礙物等條件時，信息處理能力對飛行員飛行安全技術(shù)有著顯著的影響[5]。研究發(fā)現(xiàn)，飛行員視覺、聽覺的信息處理與飛行技術(shù)獲取相關(guān)[6]，技術(shù)水平高的飛行員往往具有較高的視覺空間分數(shù)[7]，同時傾向于具有較為典型的空間認知特征[8]，但僅僅獲取到正確的信息，沒能有效利用這些信息做出正確的判斷決策，飛行員仍有可能產(chǎn)生技術(shù)錯誤。在對飛機操作的過程中，多數(shù)執(zhí)行程序錯誤是飛行員在執(zhí)行正確的操作時由于個人判斷決策原因做出了錯誤的行為[9]。飛行決策對飛行安全技術(shù)的影響引起了研究者的關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)飛行員在決策過程的個體差異可以用來預(yù)測飛行員的飛行安全技術(shù)水平[10]。優(yōu)秀的戰(zhàn)斗機飛行員往往具有高度的情景意識，而決策能力是影響情景意識的重要因素[11]，經(jīng)驗豐富的飛行員具有使用直覺決策的特性[12]。目前，飛行安全技術(shù)是飛行員操縱能力、信息處理能力和決策能力等的綜合體現(xiàn)，因此各因素之間的相互作用也會對飛行安全技術(shù)產(chǎn)生影響。現(xiàn)有研究多關(guān)注于操縱能力、信息處理能力和決策能力等單方面因素對飛行安全技術(shù)的影響，而較少關(guān)注感知因素以及各因素間的相互作用對飛行安全技術(shù)的影響。飛行員飛行安全技術(shù)的發(fā)揮依賴于飛行操作過程，本文通過對飛行操作過程進行系統(tǒng)分析，從綜合信息感知、信息處理、判斷決策和反應(yīng)行動4個方面分析影響飛行安全技術(shù)的因素，并應(yīng)用結(jié)構(gòu)方程模型探究各因素同飛行安全技術(shù)的關(guān)系，為航空公司在選拔以及培訓(xùn)飛行員時提供依據(jù)，進而提高飛行員的飛行技術(shù)水平。

1 理論分析及假設(shè)提出

飛行安全技術(shù)是飛行操作過程的結(jié)果，利用飛行信息做出正確決策并操縱飛機是飛行操作過程的關(guān)鍵。根據(jù)人的信息加工模型，研究者構(gòu)造出由感覺、知覺、執(zhí)行3階段構(gòu)成的飛行操作過程[13]；而關(guān)注于飛行員內(nèi)外部差錯影響因素的信息加工模型，則側(cè)重于注意、記憶、情景意識等因素在飛行操作中的作用[14]。以人機交互系統(tǒng)為重點的研究則強調(diào)了飛行員通過操縱動作對飛行姿態(tài)與動力進行控制的駕駛操縱過程[15]。結(jié)合飛行員信息加工過程以及飛機駕駛操縱過程發(fā)現(xiàn)飛行操作過程由信息感知、信息處理、判斷決策和反應(yīng)行動4個階段構(gòu)成。

在信息感知階段，飛行員需要對飛行環(huán)境中各組成部分的屬性、狀況以及動態(tài)特性進行感知。精準(zhǔn)地覺察到飛機內(nèi)部儀表參數(shù)的改變、溫度壓力的升減，以及飛機外部航路天氣的變化、地理位置的改變是飛行員實現(xiàn)對飛機安全操縱的第一步。由于個體差異，不同的飛行員對各種飛行信息的感受性不同，即便是同一飛行員，由于所處的時間或空間不同也會引起感受性的變化。飛行中，視景信息、顯示信息、圖文信息的獲取依賴于飛行員良好的視覺，警報信息、通訊信息的獲取依賴于飛行員良好的聽覺，速度信息、位置信息的獲取依賴于飛行員良好的平衡覺，震動信息和運動信息的獲取依賴于飛行員良好的震動覺和運動覺。因此，視覺、聽覺、平衡覺、運動覺、震動覺通過影響飛行員的信息感知進而影響飛行安全技術(shù)。并提出假設(shè)H1：信息感知相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)有正向影響。

在信息處理階段，飛行信息傳遞到大腦后短暫停留供決策使用，由于飛行環(huán)境是動態(tài)變化的，來自飛行環(huán)境中各成分的信息不斷地傳入飛行員的大腦，這需要飛行員具有良好的記憶力，尤其是對一些飛行沖突信息的瞬時記憶。對于停留在飛行員大腦中的飛行信息，大腦會根據(jù)飛行員的需求動機，對這些信息進行分析。首先是對所掌握的飛行信息進行理解與領(lǐng)會，隨著航空理論知識、飛行經(jīng)驗的積累以及飛行前的準(zhǔn)備，飛行員在頭腦中存儲了一系列以典型形象和操作模式形式存在的，以量化標(biāo)準(zhǔn)為補充的標(biāo)準(zhǔn)信息作為分析依據(jù)。飛行員的長時記憶系統(tǒng)將停留在大腦中的現(xiàn)實飛行信息同記憶系統(tǒng)中儲存的標(biāo)準(zhǔn)飛行信息進行匹配，根據(jù)現(xiàn)實飛行信息與標(biāo)準(zhǔn)信息的吻合程度，對現(xiàn)實信息進行理解領(lǐng)會，進而剔除錯誤的飛行信息并將有價值的信息送入工作記憶系統(tǒng)。信息被理解和篩選后，飛行員需要再次根據(jù)已有的飛行經(jīng)驗和理論知識對這些信息產(chǎn)生的作用進行分析并建立聯(lián)系，繼而供決策時使用。在高速飛行中，飛行環(huán)境轉(zhuǎn)換快但信息量卻極大，由于各類飛行信息的重要程度和存儲時間不同，飛行員需要合理的進行注意力的分配與轉(zhuǎn)移，才能準(zhǔn)確而全面地對飛行信息進行分析。因此，理論知識、飛行經(jīng)驗、注意、瞬間記憶通過影響飛行員的信息感知進而影響飛行安全技術(shù)。并提出假設(shè)H2：信息處理相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)有正向影響。

在判斷決策階段，飛行員首先通過處理后的飛行信息判斷所處的飛行處境并發(fā)現(xiàn)飛行中存在的問題。空間定向能力能夠幫助飛行員對飛行狀態(tài)、飛機位置以及自身與飛行環(huán)境的空間關(guān)系進行判斷，從而使飛機與環(huán)境保持在一個相對平衡的狀態(tài)。對自身處境有所了解以后，飛行員需要針對當(dāng)前形勢進行分析判斷，找出所遇到的問題以及可預(yù)想的情況，尤其是可能會遇到的一些危險狀況需要飛行員具有一定的風(fēng)險感知能力。當(dāng)飛行員對當(dāng)前形勢存在的問題以及未來可能發(fā)生的危險有一定了解后，需要設(shè)想一系列的飛行操縱方案來解決或避免問題以及應(yīng)對可能發(fā)生的危險。有效的飛行決策不僅來源于飛行員對飛行狀況的準(zhǔn)確判斷，還需要飛行員富有創(chuàng)造性和邏輯性。通過發(fā)散性思維制定出一系列決策方案，飛行員需要對所有的可選方案進行分析，評估他們接近安全飛行目的的程度和風(fēng)險的大小，為決策做好準(zhǔn)備，這需要飛行員具有較強的計算能力和邏輯推理能力，最后飛行員在眾多的可選方案中選擇最佳的方案，定下決心并導(dǎo)向行動。因此，風(fēng)險感知、空間定向、快速運算、邏輯推理通過影響飛行員的判斷決策進而影響飛行安全技術(shù)。并提出假設(shè)H3：判斷決策相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)有正向影響[16]。

在反應(yīng)行動階段，飛行員的反應(yīng)行動是改變飛機姿態(tài)和狀態(tài)實現(xiàn)安全飛行的最后一步。對于單一裝置的操縱動作來說，飛行員實施的方向、幅度、速度和力度不同，會使得飛機偏離的程度不同。因此，飛行員在駕駛飛機時，需要根據(jù)具體的飛行狀況以及飛行的目的對飛行操縱裝置施于一定的動作方向、速度、幅度與力度，準(zhǔn)確的實施操縱動作，才能安全地對飛機進行控制。在飛機的實際駕駛過程中，單獨操縱一個飛行裝置的情況比較少，飛行狀態(tài)的改變或保持往往需要飛行員同時控制駕駛桿、方向舵、油門等多個裝置，由于各個操縱動作會相互影響，飛行員需要以較為協(xié)調(diào)的動作來實現(xiàn)對多飛行裝置的控制，從而提高飛行操縱的整體安全質(zhì)量。無論是對單一裝置的操縱動作還是對多裝置的配合動作，飛行員都需要把握正確的操縱時機，操縱時機是使操縱動作有效發(fā)揮的前提[17]。因此，動作準(zhǔn)確性、動作協(xié)調(diào)性、動作及時性通過影響飛行員的反應(yīng)行動進而影響飛行安全技術(shù)。并提出假設(shè)H4：反應(yīng)行動相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)有正向影響。

通過對飛行操作過程中信息感知、信息處理、判斷決策和反應(yīng)行動的分析構(gòu)造出圖1所示的飛行操作過程，可以發(fā)現(xiàn)任何一個飛行安全技術(shù)的發(fā)揮都是這4個階段作用的結(jié)果，只是占比不同。同時，與飛行員信息感知、信息處理、判斷決策和反應(yīng)行動相關(guān)的因素都會對飛行安全技術(shù)產(chǎn)生影響。

圖1 飛行操作過程Fig.1 Flight operation process

2 研究設(shè)計與數(shù)據(jù)收集

2.1 研究設(shè)計

在對本文中的變量進行測量時，無法直接準(zhǔn)確測量也難以用某單個指標(biāo)來測量，傳統(tǒng)的統(tǒng)計分析方法用指標(biāo)的均值作為變量的觀測值誤差較大，而結(jié)構(gòu)方程模型通過應(yīng)用多個指標(biāo)對變量進行測量容許誤差存在。同時，本文中的各變量之間存在相互影響，傳統(tǒng)的回歸分析或路徑分析中，對每一個變量逐一計算忽略了其他變量的存在及其他變量對該變量的影響，而結(jié)構(gòu)方程模型能夠同時考慮變量與測量指標(biāo)之間的關(guān)系和變量與變量之間的關(guān)系。因此，本文應(yīng)用結(jié)構(gòu)方程模型的方法定量分析飛行安全技術(shù)影響因素及其作用機制。

根據(jù)上文相關(guān)因素的分析結(jié)果，編制影響因素的問卷調(diào)查表以收集數(shù)據(jù)。其中調(diào)查問卷采用Likert7 點量表進行評測，將問卷的答案分為7個等級，其中數(shù)字越大表示越同意題項的描述。在問卷測量題項中，信息感知相關(guān)因素包括視覺(X1)、聽覺(X2)、平衡覺(X3)、運動覺(X4)、震動覺(X5)，信息處理相關(guān)因素包括理論知識(X6)、飛行經(jīng)驗(X7)、注意(X8)、記憶(X9)，判斷決策相關(guān)因素包括風(fēng)險感知(X10)、空間定向(X11)、快速運算(X12)、邏輯推理(X13)，反應(yīng)行動相關(guān)因素包括動作準(zhǔn)確性(X14)、動作協(xié)調(diào)性(X15)、動作及時性(X16)。飛行安全技術(shù)水平可以根據(jù)不同飛行階段飛行任務(wù)的執(zhí)行情況來評價[18]，因此可以通過測量飛行員在整個飛行階段的技術(shù)表現(xiàn)來綜合反映飛行安全技術(shù)[19]。本文結(jié)合機組標(biāo)準(zhǔn)操作程序選取滑行技術(shù)(X17)、起飛技術(shù)(X18)、爬升技術(shù)(X17)、巡航技術(shù)(X19)、下降技術(shù)(X20)、進近著陸技術(shù)(X21)來測量飛行安全技術(shù)(Y)。

2.2 數(shù)據(jù)收集

本次問卷調(diào)查的對象為飛行教員、機長和副駕駛。為確保模型驗證的準(zhǔn)確性，選取3個航空公司駕駛不同機型的250名飛行員進行問卷調(diào)查，回收整理得到有效問卷225份，樣本信息的基本情況見表1。

表1 樣本信息描述Table 1 Description of sample information

3 實證分析結(jié)果與討論

3.1 信度和效度檢驗

為確保量表能夠有效用于研究假設(shè)，應(yīng)用驗證性因子分析進行評估。由于信息感知相關(guān)因素、信息處理相關(guān)因素、判斷決策相關(guān)因素和反應(yīng)行動相關(guān)因素之間存在相關(guān)關(guān)系，對這4個變量進行斜交驗證性因子分析。而飛行安全技術(shù)與4類因素獨立，因此對飛行安全技術(shù)做單變量驗證性因子分析。

運用Amos 23.0和SPSS 21.0軟件，對信息感知相關(guān)因素、信息處理相關(guān)因素、判斷決策相關(guān)因素、反應(yīng)行動相關(guān)因素、飛行安全技術(shù)的測量模型進行評估。在信度檢驗方面，各因子載荷量在0.734～0.837之間，大于0.7的標(biāo)準(zhǔn)；信度系數(shù)在0.539～0.701之間，大于0.5的標(biāo)準(zhǔn)；說明潛變量能夠較好的解釋測量變量，指標(biāo)信度良好。同時，Cronbachα系數(shù)都大于0.7，組合信度(Construct Reliability，CR值)都大于0.6，說明內(nèi)部一致性信度較好。在效度檢驗方面，平均方差抽取量(Average Variance Extracted，AVE值)都大于0.5，說明效度良好。具體的信度和效度情況見表2。

3.2 模型擬合度檢驗

應(yīng)用Amos23.0軟件對模型進行檢驗，并根據(jù)運行后的修正指標(biāo)對模型進行修正，得出修正后飛行安全技術(shù)影響因素及其作用模型的整體適配度參數(shù)見表3。可以發(fā)現(xiàn)，絕對適配度指數(shù)RMESA值，增值適配度指數(shù)NFI值、IFI值、CFI值，簡約適配度指數(shù)PNFI值、PGFI值、CMIN/DF值均已經(jīng)達到標(biāo)準(zhǔn)適配度水平，說明模型能夠更有效地反應(yīng)測量數(shù)據(jù)間的關(guān)系。

3.3 結(jié)果與討論

根據(jù)假設(shè)H1，H2，H3，H4以及Amos23.0軟件所提供的修正指標(biāo)，最終確定出飛行安全技術(shù)影響因素及其作用機制模型如圖2所示。信息感知相關(guān)因素、信息處理相關(guān)因素、判斷決策相關(guān)因素、反應(yīng)行動相關(guān)因素之間的相關(guān)系數(shù)為0.91，0.88，0.70，1.02，0.72，0.69，影響飛行安全技術(shù)的4類因素之間存在明顯的相互作用。因此，4類因素對飛行安全技術(shù)的影響受到各因素之間相互作用的影響。

信息感知相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑為0.124，說明與信息感知相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)有正向影響，假設(shè)H1成立。視覺、聽覺、平衡覺、運動覺、震動覺通過作用于飛行員的信息感知能力進而影響飛行安全技術(shù)，其因子載荷分別為0.805，0.776，0.818，0.806，0.791，因此，平衡覺對信息感知相關(guān)因素影響最大。

信息處理相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑為0.304，說明與信息處理相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)有正向影響，假設(shè)H2成立。理論知識、飛行經(jīng)驗、注意、記憶通過作用于飛行員的信息處理能力進而影響飛行安全技術(shù)，其因子載荷分別為0.778，0.837，0.787，0.758，因此，飛行經(jīng)驗對信息處理相關(guān)因素的影響最大。

判斷決策相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑為0.435，說明與判斷決策相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)有正向影響，假設(shè)H3成立。風(fēng)險感知、空間定向、快速運算、邏輯推理通過作用于飛行員的判斷決策能力進而影響飛行安全技術(shù)，其因子載荷分別為0.777，0.825，0.761，0.762，因此，空間定向?qū)ε袛鄾Q策相關(guān)因素的影響最大。

表2 信效度量Table 2 Reliability and validity scale

表3 模型整體適配度檢驗參數(shù)Table 3 Table of parameters for model global fitness test

圖2 飛行安全技術(shù)影響因素及其作用機制模型Fig.2 Model of the factors affecting flight safety technology and its action

反應(yīng)行動相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑為0.209，說明與反應(yīng)行動相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)有正向影響，假設(shè)H4成立。動作準(zhǔn)確性、動作協(xié)調(diào)性、動作及時性通過作用于飛行員反應(yīng)行動能力進而影響飛行安全技術(shù)，其因子載荷分別為0.735，0.760，0.734，因此，動作協(xié)調(diào)性對反應(yīng)行動的影響最大。

通過比較信息感知相關(guān)因素、信息處理相關(guān)因素、判斷決策相關(guān)因素、反應(yīng)行動相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化路徑可以看出，判斷決策相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)影響最大，其次是信息處理相關(guān)因素、反應(yīng)行動相關(guān)因素，信息感知相關(guān)因素對飛行安全技術(shù)的影響最小。為進一步確定各子因素對飛行安全技術(shù)的影響，計算各子因素對飛行安全技術(shù)的間接效應(yīng)，并對其進行歸一化，得出各子因素對飛行安全技術(shù)的權(quán)重。由表4可知空間定向、風(fēng)險感知、快速運算、邏輯推理因素對飛行安全技術(shù)的間接影響較大，聽覺、震動覺、視覺、運動覺因素對飛行安全技術(shù)的間接影響較小。

表4 子因素對飛行安全技術(shù)的影響作用Table 4 The influence of sub-factors on flight safety technology

4 結(jié)論

1)飛行員飛行安全技術(shù)受判斷決策相關(guān)因素、信息處理相關(guān)因素、反應(yīng)行動相關(guān)因素、信息感知相關(guān)因素的影響，影響程度依次遞減，并且4種因素之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系。

2)各因素對飛行安全技術(shù)有如下作用機制：平衡覺、運動覺、視覺、震動覺、聽覺通過作用于飛行員的信息感知進而影響飛行安全技術(shù)且影響程度依次遞減；飛行經(jīng)驗、注意、理論知識、記憶通過作用于飛行員的信息處理進而影響飛行安全技術(shù)且影響程度依次遞減；空間定向、風(fēng)險感知、邏輯推理、快速運算通過作用于飛行員的判斷決策進而影響飛行員的飛行安全技術(shù)且影響程度依次遞減；動作協(xié)調(diào)性、動作準(zhǔn)確性、動作及時性通過作用于飛行員的反應(yīng)行動進而影響飛行安全技術(shù)且影響程度依次遞減。