基于管制員語音反應時的疲勞風險定量評價模型

柳震

（中國民航大學 民航安全科學研究所，天津 300300）

空管是航空運輸系統的重要組成部分，肩負著航空安全保障的重要職責。隨著民航運輸量的持續增長和空域復雜度的提高，我國管制人員的工作負荷和壓力呈增長趨勢[1]，管制人員疲勞現象時有發生。例如，2001-07，美國西雅圖機場因為值班管制員過度疲勞導致兩機險些相撞；2007-09，北京區管2名管制員因為疲勞脫崗30 min；2008-10，上海區管在值班期間因困倦而睡著導致飛行沖突；2014年，武漢管制員睡崗事件更是引起了社會的高度關注。已有研究證明，管制員處于疲勞狀態會導致認知能力和警覺水平下降，進而導致管制員出現決策差錯、記憶遺漏、違章操作等不安全行為以及易怒、焦慮等不良情緒，進而影響班組成員間的協作與配合[2]。因此，如何對管制員的疲勞風險進行有效量化評估是當前管制員安全管理領域亟需解決的問題之一。

1 語音反應時與管制員疲勞

相關研究表明，管制員語音反應時與疲勞之間有顯著的關系，且各時間段內管制員語音反應時基本呈正態分布特性[3]。因此，如果作進一步分析，以管制員個體為研究對象，以管制員語音反應時表現“好壞”特征為研究重點，選取某管制員某一歷史周期內非疲勞狀態下的語音反應時數據（數據量）作為總體樣本空間，統計、總結出其分布規律，并將此分布定義為該管制員語音反應時的“正常”分布。要想判斷管制員在某一時段的表現是否優秀，可以通過該時段語音反應時數據的表現與“正常”分布的數據表現進行對比分析，以實現對該管制員在本時段內語音反應時表現“好壞”的評價，從而間接實現對管制員疲勞風險的定量評價。本文正是基于以上考慮建立的一個基于語音反應時的管制員疲勞風險定量評價模型。

2 疲勞風險定量評價模型的建立

定量評價方法是風險評估中重要的一類方法，它采用統計和計算的方法得出風險發生的概率，明確后果的嚴重性，二者乘積為該類風險的風險值。這類方法具有定性分析少、準確性高等特點[4]。另外，由陸空通話中管制員反應時的語音統計數據發現，在正常情況下，管制員在各值班時間段內（時長2 h）的語音反應時的分布基本呈現正態分布[3]。因此，依據語音反應時的分布函數以及相應算法，可以對管制員疲勞狀況發生的可能性和嚴重性進行評價，并得出最終的疲勞風險值和對應的風險等級。

2.1 統計量的構造及分布檢驗

假設該數據樣本X服從正態分布N（μ，σ2），對樣本數據進行Anderson-Darling正態分布檢驗，如果結果表明數據樣本的分布符合正態分布，則對樣本方差s2進行偏差修正，以得到總體方差的無偏估計值，即：

2.2 疲勞風險模型的建立

關于風險的定義，不同學科之間存在著一些差異。一般認為，風險是一種可能發生的損害，這種損害的幅度與發生損害的可能性的大小共同衡量了風險的大小[5]。另外，現在很多教科書將風險的概念也理解為不利事件發生概率與風險后果的函數，認為風險是事件概率和損失的二重性[6]。定量風險評價通常也是依據損失發生的大小和損失發生的概率這2個指標判斷風險大小。因此，管制人員疲勞風險定量評價模型同樣采用此類最經典的風險計算思想，即疲勞風險的大小等于疲勞發生的可能性和嚴重性的乘積，即：

式（6）中：RFT為疲勞事件風險值；PFT為疲勞事件發生的可能性；CFT為疲勞事件發生的嚴重度。

對于給定的正態概率密度分布函數f（x），如果該名管制人員在某次值班時間段內的反應時均值為μt，其越接近于總體期望值μ，該名管制員發生疲勞風險的可能性就越小。因此，在該模型中，以分布函數總體期望值μ為對稱軸，μt為距的區域概率P（x∈[2μ－μt，μt]）（圖1中陰影部分）來表征該名管制員發生疲勞事件的可能性。所以，PFT的計算公式為：

其中，0＜PFT＜1.

圖1 該名管制員語音反應時的正態概率密度函數

通過該名管制人員在某次值班時間段內的反應時均值μt與總體期望值μ之間的偏離程度來表征，距離總體期望值μ越遠，疲勞事件就會越嚴重。嚴重度的計算公式為：

式（8）中，CFT＞0.

2.3 風險等級的劃分

由正態分布曲線的性質可知，99.7%的數據都會落在總體期望值的3個標準差以內，所以，CFT的大部分取值在0～3之間。同時，結合正態分布的3σ原則，即P（μ－σ＜X≤μ＋σ）＝68.3%，P（μ－2σ＜X≤μ＋2σ）＝95.4%，P（μ－3σ＜X≤μ＋3σ）＝99.7%，對PFT的各自取值區間進行合理劃分，最后依據式（6）劃分疲勞風險等級，具體如表1所示。

表1 管制人員疲勞風險等級劃分表

依據RFT的取值范圍，將管制人員疲勞風險等級劃分為5級。當風險等級處于Ⅰ～Ⅲ級時，認為該管制員在當前工作時間段內疲勞風險處于可接受范圍內；當風險等級處于Ⅳ級或Ⅴ級時，管制單位應對此名當班管制員進行適當干預，采取休息或輪班等措施，以有效降低該管制人員的疲勞風險。

3 結論

基于管制員語音反應時的疲勞風險定量評價模型作為一種新的疲勞風險定量評價的思路和方法，具有主觀自評和一些生理指標測量等方式無法比擬的優勢，它具有無侵入性、評價高效、易于實施等一系列優點。

該模型不僅可以很好地挖掘、利用陸空通話數據記錄系統中的語音數據，實現對管制員在某值班時段內總體疲勞風險的定量評價和評估，還可以為管制單位對管制員的疲勞風險管理提供決策支持，在降低管制員的疲勞風險、防止疲勞導致的人為差錯的產生、提高航空安全運行能力等方面有著重要的意義。待模型軟件化和系統化后，相信其有良好的發展前景。

參考文獻：

［1］劉堂卿.空中交通管制員的行為風險與防范對策［J］.中國商界，2010（11）：196-197.

［2］Dawson D.，K.Reid.Fatigue，alcohol and performance impairment［J］.Nature，1997，388（6639）：235.

［3］孫瑞山，馬廣福，袁樂平.語音反應時特性的管制員疲勞風險分析［J］.中國安全科學學報，2016（12）：7-12.

［4］賈偉，朱建新，高增梁，等.區域定量風險評價方法及其在化工園區中的運用［J］.中國安全科學學報，2009，19（5）：140-146.

［5］牟瑞芳.系統風險的概念及其計算方法［J］.交通運輸工程與信息學報，2012（02）：6-11.

［6］陳國華.風險工程學［M］.北京：國防工業出版社，2007：1-2.