扇區流量分配方式對管制員情景意識的影響探究

陳健

摘 要：隨著市場經濟的不斷發展和人民生活水平的顯著提高，越來越多的人選擇乘坐飛機出行，我國航空需求量大大增加，其航空安全問題也備受關注。據不完全統計，現階段，航空不安全事件的發生與大部分空中交通管制員的情境意識下降有關，所以空中交通管制員的情境意識對預防航空不安全事件具有重要影響。該文主要選擇了10名管制學員作為被試，在雷達管制模擬機上進行區域管制模擬實驗，利用Tobii X2-60眼動儀記錄他們的眼動行為數據。通過分析注視點百分比、注視時間百分比、注視點的平均注視時間、平均瞳孔尺寸和平均掃視幅度5個眼動指標，探究扇區流量分配方式對管制員的情景意識的影響。

關鍵詞：管制員 扇區管制 眼動 情景意識

中圖分類號：V35 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0254-03

管制員的情景意識是指管制員在特定的時段和特定的情景中對影響飛行活動和空管安全的各種因素、各種條件的準確知覺，以及對未來情況的正確預期。管制員在發現問題、分析問題和解決問題這一連續過程中，能否及時有序的發現問題是解決問題的基礎和前提，而警覺水平的高低將直接影響到發現問題的早晚和映慢，情景意識的程度決定了警覺水平的程度[1]。保持情景意識被認為是管制員在執行管制決策時最為核心的認知任務之一，如果管制員在管制過程中失去了當前的情境意識，就相當于失去了當前所有的交通形勢信息，而這些實時交通形勢圖是做出正確管制決策重要依據，因此時刻保持當前的情境意識對于管制員至關重要。

1 研究背景

管制員監視航扇區內航空器的過程如下。

航空器在這個扇區飛行的時候，管制員會監視雷達屏幕，記住航空器的航班號、機型等信息，確保它按照飛行計劃中的航線飛行。此時，雷達屏幕上航空器數量的多少，飛行方向等會直接影響管制員的情景意識及其工作壓力。

如圖1、2所示，同一扇區，飛機數量相等，但在 1 和 2 兩種交通態勢下，管制員工作過程中的情景意識及其工作壓力截然不同：

在圖 1 所示狀態下，所有飛機均從同一個或兩個入口進入扇區，在管制過程中，管制員只需監視前后飛機的間隔，防止發生碰撞即可；即使是兩個方向進入扇區，也只需注意交叉口沖突即可。

在圖2 所示狀態下，扇區內所有飛機均按各自航向飛行，交通無序且雜亂，潛在沖突點較多，管制員需要對所有飛機對的間隔予以監控調配，由此而導致的管制指揮任務難度系數非常大[2]。

2 實驗設計

為了探究扇區流量分配方式對管制員情景意識及工作壓力的影響，選擇了10名管制學員作為被試，在雷達管制模擬機上進行區域管制模擬實驗，利用Tobii X2-60眼動儀記錄他們的眼動行為數據。

2.1 實驗過程

選取10名管制學員（男性，年齡21～25歲，視力或矯正視力正常，均已學習過模擬管制課程，有一定的管制經驗）作為被試（編號A—H），在實驗前，所有被試在模擬環境下進行10min的操作訓練，以熟悉實驗流程。實驗步驟如下：

（1）設置管制任務為7架航空器，入口方向為下方（圖3），實驗時間為10min；

（2）被試坐于眼動儀屏幕前，調整位置，使其離眼動儀60cm，眼動儀捕捉到被試瞳孔后開始定標；

（3）點擊“Accept”，開始眼動追蹤實驗項目并開始管制任務，被試根據自己的知識、經驗對界面中的航空器進行管制；

（4）設置管制任務為7架航空器，入口方向為上/下方（圖4），實驗時間為15min，重復（2）、（3）。

（5）設置管制任務為7架航空器，入口方向為上/下/右方（圖5），實驗時間為20min，重復（2）、（3）。

（6）設置管制任務為7架航空器，入口方向為上/下/左/右方（圖6），實驗時間為25min，重復（2）、（3）。

執行管制任務時，管制員在扇區入口和航路上應該有不同的眼動掃視模式和注意力分配策略，為了反映這種差異，把視覺信息源劃分為兩個興趣區域（AOI，Area of Interest）：扇區入口興趣區域和航路興趣區域。

Tobii X2-60眼動儀可以對眼動數據自動采集和記錄，經過進一步處理，得到了注視點百分比、注視時間百分比、注視點的平均注視時間、平均瞳孔尺寸和平均掃視幅度5個指標[3]。

實驗過程如圖3、圖4、圖5、圖6。

原始眼動數據如表2.1（截取30μs數據）：

2.2 數據分析

（1） 在航空器數量相同的情況下，扇區入口方向的增加會影響管制員的注意力分配值。入口增加管制員分配給入口的注視時間百分比相對平均，兩注視點之間掃視間隔減小，掃視幅度增大。

（2）隨著入口的增加，注視時間增加。被試者在觀察入口時可能同時進行了信息辨別、信息輸入，信息處理與決策預測幾個認知過程，所以較長的注視時間表明了較大的認知負荷狀態及情景意識的下降[4]。

（3） 實驗發現，在入口增加的情況下，平均瞳孔尺寸明顯比入口少的時候大。研究人員認為瞳孔尺寸大小是測量被試者工作負荷變化的敏感指標高低，當被試者努力去看一個目標時，瞳孔尺寸會增大。因此，入口增多會增加管制員的工作負荷，降低情景意識。

3 結語

眼動行為在一定程度上可以反映人們對事物的心理認知活動，尤其是對管制員而言，決策需要的信息輸入幾乎全部來自視覺，視覺注視狀態的分布情況可以很好地表征管制員工作負荷及情景意識情況，眼動追蹤技術的發展為客觀地分析管制員工作負荷及情景意識提供了方法與支持。該文基于探究管制過程中扇區流量分配方式對管制員情景意識的影響，將眼動儀引入其中，先介紹了情景意識在管制過程中的重要性，接著設計了眼動實驗，進而進行特征眼動數據分析，得出了扇區流量分配方式對管制員情景意識的影響。

參考文獻

[1] 程兵戰.管制員的情景意識對管制員認知活動的影響[J].科技風，2010（22）：79.

[2] 劉計民，梁葉.管制員情景意識模型研究[J].中國民用航空，2013（12）：106-108.

[3] 柳忠起，袁修干，劉偉，等.基于模擬飛行任務下的眼動指標分析[J].中國安全科學學報，2006，16（2）：47-51.

[4] 郭北苑，方衛寧.基于眼動儀的疲勞檢測方法[J].航天醫學與醫學工程，2004，17（4）：256-260.