基于雙崗制的管制員工作負荷評估

李 虎，羅 軍

(中國民用航空飛行學院 空中交通管理學院，四川 廣漢 618307)

隨著空中交通情況不斷復雜，空域管理的難度隨之上升，給一線指揮員帶來了越來越大的工作壓力[1]。 在繁忙的時間段內管制員經常處于超負荷工作狀態，長期以后不僅會對管制員的積極性有所影響，而且會增加管制差錯發生的概率影響飛行安全，經過研究表明超負荷工作會直接影響到人員的工作效果，所以我們要對管制員的工作負荷進行分析，合理進行人員配備和扇區劃分，為民航的安全運行奠定基礎[2]。

1978年，D. K. Schmidt定義了管制員操作日常事情所需時間、管制扇區的飛行流量、飛機延誤三者的關系，采用排隊論方法對管制員的工作負荷進行研究[3]。1979 年，A.Robertson對管制員工作負荷模型的用途和用法給出詳細論證[4]。1986年O‘Donnell等提出將工作負荷測量分為三種，主觀測量、生理測量和客觀測量[5]。英國針對雷達管制員工作負荷提出的“DORATASK”工作評估[6]就是客觀測量的一種。在國內，韓松臣等較早利用 DORATASK思想對管制員操作負荷耗時來表征工作負荷[7-8]。萬莉莉[9]和SHAKOURI M[10]等在DORATASK和MBB方法基礎上對管制員工作分類并建立主觀、客觀工作負荷模型，將測量結果用數據表達。在崗位操作中，傳統的DORATASK方法存在建模不統一、模糊粗糙、受主觀影響沒有考慮“雙崗制”的特點，從而導致不對稱的工作負荷越來越嚴重。

本文采用改進的 DORATASK方法對管制指揮席和協調席進行工作負荷評估，這樣能更好地分析雙崗制的工作模式，對今后的雙崗制人員安排和扇區合理規劃提供理論基礎。

1 DORATASK方法與雙崗制結合

1.1 DORATASK方法分類

DORATASK方法對管制員工作分成了三類，一類為可觀測的工作，可以直接測量，例如無線電與電話通信、填寫進程單和電話協調等。 另一類為不可觀測的工作，不能靠人直接記錄，例如管制員思考和監控雷達屏幕等[11]。第三類是過渡時間，就是當管制員結束上一個管制任務到開始下一個管制任務之間的大腦恢復時間。雖然這是一個有些抽象的概念但對于管制員的工作來說是極其重要的一部分。

1.2 雙崗制職責

隨著民航事業的不斷發展，一個管制席位有兩名管制員負責是現在空管部門普遍實行的一種工作方式。 實施“雙崗制”的要求在1997年被中國民航空管局提出，意思是在每個扇區內至少要兩名管制員負責該扇區的管制工作。一名管制員負責直接對航空器指揮，發布管制指令，對所管轄的航空器的安全飛行負責，即管制指揮席；另一名管制員負責本管制區和鄰近空管單位溝通管制信息和相關協調工作，同時負責對管制指揮的監督檢查，即管制協調席[12]。

2 基于改進DORATASK方法的工作負荷模型

2.1 管制員工作任務分類

基于“雙崗制”的工作要求，一個扇區內不得少于兩名正式管制員，一個負責發出指令，另一個負責協調相鄰單位和監督發出的指令，所以見表1，兩名管制員的具體工作按照類別進行細化區分。

表1 工作任務分類

2.2 模型的建立

根據表可以建立如下模型，指揮席工作負荷為式(1)

WL1=

i=1,2,…,6

(1)

式(1)中WL11為管制員對飛行員發送指令和收聽飛行員回復的指令；WL12為對雷達屏幕的操作；WL13為指揮席與協調席之間的溝通；WL14為對雷達屏幕的掃視；WL15為對發布管制指令的思考；WL16為恢復時間。由于大部分終端區包括北京終端區都使用了電子進程單所以這里對進程單的書寫、修改、掃視等操作都忽落不計。

WL2=

i=1,2,…,7

(2)

式(2)為協調席工作負荷，其中WL21為開展和鄰近管制扇區的管制移交和協調工作，開展與主管席的協調(包括通航和軍航的協調)；WL22為對雷達屏幕的操作；WL23為監聽管制員對飛機員發送的指令和飛行員回復的指令；WL24為指揮席與協調席之間的溝通；WL25為雷達屏幕掃視；WL26為對管制指令的思考；WL27為恢復時間。

這里的Δt為一小時，換算成秒是3 600 s。

2.3 模型參數設定

2.3.1 指揮席工作負荷參數確定

指揮席的可見負荷中最重要的部分是管制員向飛行員發送指令并聽取飛行員的答復。目前，所有管制單位都有記錄設備，可以直接記錄地面和空中通話的內容和時間[13]。對雷達屏幕的操作包括切換、拖動雷達標牌等。這里的時間可以通過人工觀察指揮一架飛機的鍵盤和鼠標操作時間，取平均值插入公式中得到。對進程單的填寫、修改等操作我們忽落不計。指揮席與協調席之間的溝通可以現場計數，即觀察指揮一架飛機的溝通次數乘以時間取平均值。

指揮席不可見的工作負荷由對雷達屏幕的掃視、進程單掃視和對發布管制指令的思考三部分組成。 這些數據都難以對其進行精確測量和統計，鑒于在一線進近管制實習的機會，在一段時間內向多位的管制員進行了交流并詢問后得到數據，最終根據經驗將管制員對雷達屏幕的掃視次數定在該時段內飛機數量的2倍，每次掃視平均時間2秒。對管制指令的思考時間設定為，每發布一次指令前思考1秒。對進程單的掃視的次數是飛機數量的2倍，每次掃視時間為2秒。

腦力恢復時間被包含于語音記錄設備統計的陸空通話總時間內，所以這里就不用再單獨計算。

2.3.2 協調席工作負荷參數設定

協調席可見的工作負荷，由于監聽管制員發送的指令和飛行員回復的指令是協調席非常重要的一項工作，所以可以用陸空通話的總時間作為監聽時間。 其余幾項工作與指揮席的統計方法類似，這里就不進行重復。

協調席不可見的工作負荷，通過統計某時間段內的飛機數量乘以2就是協調席管制員對雷達屏幕的掃視次數，每次掃視的時間為2秒。管制指令的思考時間，在每個時間段內定義為每條指令1秒乘以該時間段內的指令數。

腦力恢復時間的計算與上述指揮席用一樣的方式。

3 模型驗證與分析

3.1 數據的采集與計算

本文選取北京新終端區作為實例進行結合，在2019年10月10日零時北京新終端管制區正式生效，管轄的空域面積擴大到3.45萬平方公里，面積為之前的2倍[14]。區內40條進場航線與97條離場航線通過18個進出港點銜接主干航路航線，而且扇區也有之前的六個功能扇區更新為九個物理扇區，管制席位也隨之增加。我們在九個扇區中隨機選取其中的西二扇區作為本文數據來源，以一小時為一個單位時間段，總共選取早七點到晚七點12個單位時間段，分別統計每個小時內的航班架次和工作負荷等，數據采集包括現場觀測的數據和語音記錄儀記錄的數據，同時發現電子進程單已經在北京新終端區運用，所以指揮席對進程單書寫、修改等操作可以忽落不計。

為了減少評估數據的工作量，在對指揮一架航空器的各參數采樣時可以選取三個時間段的平均值來作為任意時間段內的參數，如表2。

表2 參數確定

針對北京終端區西二扇區的管制席和協調席工作負荷就可以根據以下簡化的式(3)、(4)模型來測量。

WL1=

(3)

WL2=

(4)

該進近管制區西二扇區在上午7時至下午7時指揮席和協調席管制員的工作量計算，見表3。

表3 工作負荷統計

3.2 航班架次與工作負荷的相關性分析

利用MATLAB分別進行一元線性回歸分析，驗證指揮席和協調席的工作負荷與飛機數量正相關。首先，分別代入數據得到散點圖1、2，從圖中可以看出，兩個變量是線性相關的，之后為了更好的檢驗模型的有效性和敏感性進行殘差分析得到殘差圖3、4。最后，分別得到了協調席、指揮席的工作負荷與飛機數量的回歸方程，具體如下。

y1=26.9376+1.5967x

y2=9.7484+1.4965x

圖1 協調工作負荷散點圖

圖2 指揮工作負荷散點圖

圖3 協調工作負荷殘差圖

圖4 指揮工作負荷殘差圖

在MATLAB的輸出結果中還有一項S用于檢驗回歸模型的統計量,如表4，其意義如下：如果變量的線性相關性很貼合，則R2的值約等于1，說明模型有效；如果滿足F1-α(1，n-2)

表4 輸出結果

根據圖示測量結果和表中的數據，可以看出，指揮席工作負荷與飛機數量、協調席工作負荷與飛機數量呈現正向的變化，且擬合程度較為明顯，測量結果隨航班架次的變化反映了模型的可行性和準確性。

4 結論

1)基于雙崗制的管制員工作負荷計算方法能夠很好地應用于管制席位工作量計算。

2)使用改進的預測模型分別對指揮席管制員和協調席管制員工作量進行計算，更好的反映出飛機數量與管制員工作負荷有正相關性，最后用MATLAB進行驗證，比起傳統DORATASK預測模型更加實用和精確。

另外，在以后的研究中可以考慮運用文中對雙崗制管制員負荷的評估來作為人員配備的一個依據，同時，在研究中發現運用DORATASK思想建模對管制員工作量評估的靈敏性有待提高，這都是值得我們未來發掘的地方。