基于權重分析的航空物探遙感空勤人員疲勞影響因素

鞠 星， 牛海波， 張賀然， 晁倩倩

(中國自然資源航空物探遙感中心, 北京 100083)

隨著地質調查事業的飛速發展,航空物探遙感作業更為廣泛地應用到了地質調查事業當中。隨著航空器飛行規則的變化和設備精密程度的不斷提高,航空物探遙感空勤人員的工作內容主要集中在設備維護和設備操作兩個方面,因此導致航空物探遙感空勤人員的疲勞現象也越來越不易顯現。通過對航空物探遙感飛行作業的統計顯示,由于天氣狀況、空域管制等問題,近五年來每年度內可以供航空物探遙感飛行的天數較五年前的數據相比下降了近10%。在這種狀態下,近年的航空物探遙感飛行過程中仍然出現了機載儀器掉落等安全事件現象,這些都與航空物探遙感空勤人員未達到較好的工作狀態有著重要關系。

有效地控制并緩解航空物探遙感空勤人員疲勞風險的核心是對航空物探遙感空勤人員的疲勞狀況以及疲勞程度進行有效的綜合評價。通過走訪調查發現,在執行航空物探遙感飛行任務的單個周期中,影響航空物探遙感空勤人員疲勞的因素有很多,主要涉及人員的心理因素、生理因素、作業環境因素等。目前在中國針對航空物探遙感空勤人員的疲勞的控制因素并沒有明確的規定和相關的作業控制條款,因此對上述影響其因素進行量化的科學分析是亟需進行的。為此，首先對航空物探遙感空勤人員疲勞的影響因素進行具體分析,設計出航空物探遙感空勤人員疲勞風險綜合評價指標體系；然后基于權重計算方法中的熵權法進行計算,得出各指標的權重數據并根據數據排列出關鍵因素級別等次；最后根據航空物探遙感空勤人員的主要疲勞因素,通過相關領域專家進行專業分析,找到影響因素成因,為下一步如何構建預防和避免疲勞體系打下堅實基礎。

1 疲勞風險評價指標體系的建立

1.1 中外研究

目前中國對于空勤人員的研究重點是在軍事領域空軍飛行作業的空勤人員,研究內容主要集中在對于空勤人員疲勞因素的致因和恢復上。對于導致空勤人員疲勞的研究結果主要體現為:空勤人員的機體長期、反復地受到多種不良因素的影響,會引起一系列心理、生理方面的反應,對空勤人員的健康和飛行效能造成不同程度的危害和影響[1-2]。出現以疲勞為主要癥狀,并伴隨有生理、心理、免疫 、生化等一系列不同程度的癥狀改變,其特點多呈一種長期持續疲勞,同時伴有肌肉關節疼痛 、失眠及各種精神癥狀等非特異性臨床表現的一組慢性疲勞綜合癥(CFS)的癥候群[3-4]。

歐美國家針對空勤人員的疲勞因素研究較為系統,認為造成空勤人員疲勞的原因與其具體的從業性質、頻次、任務質量有密不可分的關系,導致的疲勞因素也各不相同。因此在制定各種疲勞對策時,必須謹慎區別空勤人員的個體差異。例如對睡眠缺失、睡眠中斷和時區轉換的反應各不相同。認為研究的重點應是確定個體在睡眠調節機制、晝夜節律、恢復性睡眠和疲勞對策反應方面的差異[5-6]。進而研究各種個體因素(生理周期、心理需求、睡眠需求等)對疲勞易感性的影響,以及應對措施的有效性,將有助于完善空勤人員的疲勞管理[7]。

1.2 調查方法

圖1 建立航空物探遙感空勤人員疲勞風險評價指標體系設計思路Fig.1 Establish the design idea of evaluation index system of aero geophysical survey & remote center flight crew

根據圖1,在確定能夠導致航空物探遙感空勤人員的疲勞因素后,對中國12名3 a以上從事航空物探和國土資源遙感勘查技術應用、研究、開發一體化的專業技術機構的空勤人員進行實地訪談。每名被訪談者的訪談內容均針對從業過程中的疲勞風險因素進行訪談內容設計,訪談時間均在20 min以上。通過對受訪談者的訪談資料進行整合,提取訪談過程中表述的關鍵詞,排除反向表述內容,確定出現頻度在擬定疲勞因素中頻次較高的因素,最終建立疲勞風險評價指標體系。

根據圖1走訪調查出的結果所確定的疲勞因素,設計“航空物探遙感空勤人員疲勞風險評價指標體系調查問卷”,通過對多位從事航空物探遙感作業空勤人員的履歷篩選,確定10名調查對象,并向10名有10 a以上航空物探遙感空勤作業經驗和飛行特情處理經驗(經歷至少一二次特情處理)的專家發放問卷,要求現場完成問卷調查,對設定的各因素進行依次打分,其中10名專家提交的打分數據均為有效數據。

1.3 安全事故案例

近十年來,能夠查閱到的中國從事航空物探遙感飛行作業的重大事故有2起,較大特情事故有2起。本研究選取典型的事故和特情案例,針對造成空勤人員疲勞影響因素進行分析。

2008年6月15日,在內蒙古自治區赤峰市空域執行自治區航空物探綜合調查項目任務的一架Y-12(B-3841)飛機于下午16時10分后與地面失聯,飛機在赤峰市巴林左旗碧流合鎮的一座小山墜毀,機上3名駕駛員遇難,航空物探空勤人員石某經搶救后幸存。通過對于石某的口述材料分析,正是嚴格的遵守了空中作業空勤安全管理要求和個人強大的心理素質,才能夠在墜機事故中得以幸存[8]。事故中航空物探空勤人員雖然幸存,但使得此后執行航空作業的航空物探遙感空勤人員極易產生較大的心理負擔,尤其在飛行過程中遇到顛簸較大的情況極易產生恐慌,進而造成極易產生疲勞的現象。

2017年12月28日,在新疆維吾爾自治區哈密市空域執行航空物探測量項目任務的一架Y-12(B-3750)飛機于下午14時45分出現突發性大幅共振,左側機翼安裝的航空物探探桿脫落(探桿未找到,未造成地面損失),飛機于15時45分安全著陸哈密機場。基于此次特情,使得航空物探遙感從業人員在飛行前對于機載設備的檢查、安裝工作都倍加謹慎,在飛行過程中對于設備安全保障和操作壓力劇增,進而造成極易產生疲勞的現象。

1.4 疲勞的影響因素

在中外對于航空物探遙感空勤人員的研究較少,由于其涉及了地面和飛行器內兩個方面,而飛行器內作業又不涉及飛行器駕駛工作,因此對于航空物探遙感空勤人員的管理多是參照機務維修人員進行的。然而根據文獻研究顯示:機務維修人員疲勞最主要的兩個因素是睡眠缺失和晝夜生物節律擾亂[9-10]。如此邏輯類推,在結合上文所描述的航空物探遙感空勤人員的工作規律現狀,機務維修人員的疲勞因素已經無法與航空物探遙感空勤人員相匹配。因此本研究通過上文的2個案例分析和對執行航空物探遙感飛行作業野外工作組的走訪調查,得出了三個造成航空物探遙感空勤人員疲勞的主要因素。

心理方面,由于航空物探遙感空勤人員通常長期在野外執行飛行任務,結合現有飛行條件,漫長而焦急的等待、沒有家人的陪伴、危險的作業環境都使得航空物探遙感空勤人員面臨著疲勞的風險。因此懂得合理的提升情趣、適當的自行心理疏導對心理方面的影響是非常必要的。

工作環境方面,隨著航空物探遙感工作內容和技術的發展趨勢導致,飛行區域越來越多的集中于艱苦地區,飛行高度越來越低。這就導致航空物探遙感空勤人員需要高頻次的面臨極端工作條件。在飛行器內面臨巨大的飛行噪聲、嚴重的氣流顛簸都會使航空物探遙感空勤人員產生疲勞感。經過實地觀察統計發現,在每日執行1架次以上任務時,航空物探遙感空勤人員對再次登機前對外掛機載設備的檢查程度大多遠低于首次飛行,這些都直接關系到飛行前安全檢查的質量。

工作負荷方面,由于飛行的頻次在降低導致必須保證每次飛行都能夠高效地完成,其次隨著機載航空物探遙感儀器的精密化對于操作的要求也逐漸變高,就會形成操作上的時間壓力。由于每次作業的人數限制,航空物探遙感空勤人員長期在工作中處于效率壓力就會很容易在作業過程中產生時間壓力。因此航空物探遙感空勤人員在疲勞狀態下工作將直接影響儀器的準確操作和數據獲得質量。

1.5 建立疲勞風險評價指標體系

通過走訪調查多個執行航空物探、航空遙感飛行任務的野外工作組,收集到了大量航空物探遙感空勤人員疲勞影響因素的相關信息,通過對收集信息的整合,形成了22個能夠導致航空物探遙感空勤人員的疲勞因素。根據結果在22個疲勞因素中除去了7個影響較小的疲勞因素,根據建立評價體系原則建立了一個航空物探遙感空勤人員疲勞風險評價體系(圖2)。

圖2 航空物探遙感空勤人員疲勞風險評價指標體系Fig.2 Evaluation index system of aero geophysical survey & remote center flight crew

2 確定指標權重計算方法

目前在學術界計算求解指標權重時,通常采用的是主觀賦權法和客觀賦權法。常用的主觀賦權法主要有Delphi法、層次分析法(AHP)[11]、權的最小平方法等。客觀賦權法主要是基于決策矩陣信息的方法來確定指標權重,如主成分分析法[12]、熵權法和多目標規劃法[13]等。

根據2016年中國民航大學民航安全科學研究所民航局重大專項項目中,孫瑞山教授通過進行大量權重計算方法比對后,所研究出的最佳計算疲勞影響因素權重計算的研究方法為采用權的最小平方法和熵權法將主觀權重和客觀權重相結合,從而得到指標的組合權重。這種將主、客觀賦權法相結合的算法,既能針對主、客觀賦權法的優缺點,兼顧決策者對指標的偏好,又能減少賦權的主觀隨意性,從而使對指標的賦權達到主觀與客觀的統一,進而使決策結果更加真實、可靠[14]。

研究中得出權的最小平方法的計算方法[15-16]為

W=C-1e/eTC-1e

(1)

式(1)中：W為排序向量,并滿足CW+λe=0,其中e=(1,1,…,1)T。

研究中得出熵權法計算各項指標的熵權為[17]

W=(ωj)1×n

(2)

式(2)中：ωj為第j項評價指標。

研究中認為兩個算法綜合集成可以反映主觀的決策與判斷,因此對兩個算法進行了指標組合的權重計算,為了盡可能讓權重指標之前形成較大的差異,從而體現出重要性,因此選擇乘法計算指標的組合權重ωj,公式為

(3)

式(3)中：α為最小平方法得到的指標主觀權重向量,β為熵權法得到的指標客觀權重向量。

3 指標權重的計算

根據建立航空物探遙感空勤人員疲勞風險評價指標體系研究所建立的疲勞風險指標體系,計算10名專家的打分數據。通過上文指標組合權重計算的方法,得出結果并通過數據比較進行排序(表1、表2)。

表1 B層因素的指標權重和排序Table 1 Index weight and order of layer B factors

表2 C層因素的指標權重和排序Table 2 Index weight and order of layer C factors

根據表1、表2的數據統計可以分析得出:

(1)個人因素(B1)的權重指標在B類指標中最高,其中心理健康(C2)的權重是所有單項影響因素中最高的,簡單分析這與目前社會、生活壓力有著密不可分的關系,但由于心理健康涉及人與社會的方方面面,因此需要結合航空物探遙感空勤人員的作業環境、生活環境進行系統評估才能得出最終結論。

(2)設備穩定性(C12)的權重指標排在所在組的第一位,在所有單項影響因素排在第二位,這與通過本研究對多個航空物探遙感野外工作組的調查結果相符。具體是因為由于目前年度周期內飛行架次明顯減少,許多航空物探、航空遙感設備受到惡劣的空中飛行綜合條件的影響和儀器自身不穩定因素,造成設備在作業過程中出現不穩定因素,進而導致飛行數據質量難以保障。因此數據中飛行條件(C9)、維修負荷(C13)、溫濕度(C8)在所有權重因素中權重值也在綜合排名的前5位。

(3)由于航空物探遙感空勤人員現在所處的作業環境因素,工作時間(C10)、工作負荷(C11)、工具設備(C15)、睡眠休息(C6)在所在組和綜合排名的位置都是靠后的,這一點表明在傳統慣性思維中對于航空物探遙感空勤人員休息、工時等影響因素已不再是影響其疲勞的重要因素。

4 主要疲勞影響因素分析

4.1 主要疲勞影響因素的提取

通過權重分析的疲勞影響因素研究,將15個影響因素的排名前8的影響因素設定為主要影響因素,按順序排列分別為心理健康(C2)、設備穩定性(C12)、飛行條件(C9)、維修負荷(C13)、溫濕度(C8)、安全防護保障(C14)、生理健康(C1)、噪聲(C7)。最為直觀的感受就是當前航空物探遙感空勤人員的疲勞影響因素并不是傳統的生理疲勞因素[18],而更多地集中在心理疲勞因素。基于權重分析結果對多位地質勘探行業的安全管理專家進行走訪,在邏輯推理后發現,航空物探遙感空勤人員的主要疲勞因素重點體現在了心理疲勞上。

4.2 心理分析主要方法

基于權重分析結果和對航空物探遙感空勤人員生活環境模擬表述,通過對多位心理學專家進行走訪,得到了結論基本大致相同:疲勞影響因素中的心理健康(C2)主要體現為航空物探遙感空勤人員的疲勞負荷。通過對心理負荷模型構建的研究,本研究發現揚斯所建立的心理負荷模型(圖3),可以較為直觀地分析出航空物探遙感空勤人員的心理負荷現狀。

圖3 揚斯的心理負荷模型Fig.3 Youngs’ mental load model

在揚斯的心理負荷研究體系中,作業者工作負荷是由輸入負荷、作業者努力和作業績效三個基礎部分組成,三者相互關聯。輸入負荷部分由環境、設計/情景和程序三個環節組成,對作業者努力造成的影響則與輸入負荷和作業績效都具有關聯,公式計算可以推演為[19]

作業者努力=f(負荷,作業者內部狀態,

內在績效標準)

(4)

式(4)中,作業者的工作狀態源自許多影響因素,其中主要包括穩定因素和變動因素；作業績效雖然直接取決于作業者的努力程度,但其最終形成的核心受到了作業者內部特征或變量的影響[20]。與此同時,揚斯還在提出心理負荷模型的基礎上進步深入研究,指出輸入負荷是一個預定的因素,而績效和努力水平需在人機系統評價中加以測定。

4.3 心理負荷分析

之所以航空物探遙感空勤人員的主要疲勞因素源自心理負荷,與現階段航空物探遙感空勤人員的生活環境、工作環境密不可分。根據模型的構造,將其分為生活環境、工作環境進行分析。

生活環境中,航空物探遙感空勤人員處于長期與家人分離狀態,生理問題和家人問題突顯,這就導致模型中穩定因素長期的影響著從業人員內部特征；同時,由于飛行條件的各類因素導致執行任務需要漫長的等待,在沒有訓練、模擬實操的環境下突然進行空勤作業,就使得在操作時會對心態等多方面因素產生影響,因此形成了變動因素。

工作環境中,基于變動因素的出現與作業績效的影響相互刺激,在飛行頻率有限需要確保每次飛行都必須具有較好的完成度時,導致作業績效也會嚴重影響著內部特征；由于現如今對于航空物探遙感技術質量的不斷提高,飛機飛行高度降低,導致震動、噪聲、溫濕度條件變得異常惡劣,使得環境、設計/情景在空勤人員實施作業的過程中嚴重影響輸入負荷[21-22]；而由于操作設備運行時有存在不穩定性頻度較高的現象[23],導致在程序因素中同樣會出現嚴重影響輸入負荷的現象。

通過對航空物探遙感空勤人員生活環境和工作環境的分析,可以發現在穩定因素、變動因素、作業績效、輸入負荷四個層面對作業者內部特征或變量都會造成影響,因此在揚斯的心理負荷理論中,航空物探遙感空勤人員會形成較強的心理負荷。

5 結論

(1)通過權重分析法得出了航空物探遙感空勤人員疲勞風險評價指標體系各指標的權重,為下一步編制影響航空物探遙感空勤人員疲勞因素控制措施提供了依據基礎。

(2)所得出的航空物探遙感空勤人員疲勞風險評價指標與傳統觀念中的疲勞影響因素有明顯不同,心理健康、設備穩定性、飛行條件等幾個重要因素是目前航空物探遙感空勤人員主要的疲勞影響因素。

(3)通過心理學中揚斯的心理負荷理論對航空物探遙感空勤人員主要影響因素分析,穩定因素、變動因素、作業績效、輸入負荷四個層面對作業者內部特征或變量都會造成影響,形成心理負荷。因此得出心理因素成為航空物探遙感空勤人員主要疲勞影響的原因。

(4)得出的航空物探遙感空勤人員疲勞風險評價指標權重,可以作為與航空物探遙感空勤人員作業模式相似領域的影響疲勞因素研究的量化指標,從而實現相關生產經營單位對空勤人員安全生產工作進行科學管理與評價。