扇区流量分配方式对管制员情景意识的影响探究

摘 要：随着市场经济的不断发展和人民生活水平的显著提高，越来越多的人选择乘坐飞机出行，我国航空需求量大大增加，其航空安全问题也备受关注。据不完全统计，现阶段，航空不安全事件的发生与大部分空中交通管制员的情境意识下降有关，所以空中交通管制员的情境意识对预防航空不安全事件具有重要影响。该文主要选择了10名管制学员作为被试，在雷达管制模拟机上进行区域管制模拟实验，利用Tobii X2-60眼动仪记录他们的眼动行为数据。通过分析注视点百分比、注视时间百分比、注视点的平均注视时间、平均瞳孔尺寸和平均扫视幅度5个眼动指标，探究扇区流量分配方式对管制员的情景意识的影响。

关键词：管制员 扇区管制 眼动 情景意识

中图分类号：V35 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0254-03

管制员的情景意识是指管制员在特定的时段和特定的情景中对影响飞行活动和空管安全的各种因素、各种条件的准确知觉，以及对未来情况的正确预期。管制员在发现问题、分析问题和解决问题这一连续过程中，能否及时有序的发现问题是解决问题的基础和前提，而警觉水平的高低将直接影响到发现问题的早晚和映慢，情景意识的程度决定了警觉水平的程度[1]。保持情景意识被认为是管制员在执行管制决策时最为核心的认知任务之一，如果管制员在管制过程中失去了当前的情境意识，就相当于失去了当前所有的交通形势信息，而这些实时交通形势图是做出正确管制决策重要依据，因此时刻保持当前的情境意识对于管制员至关重要。

1 研究背景

管制员监视航扇区内航空器的过程如下。

航空器在这个扇区飞行的时候，管制员会监视雷达屏幕，记住航空器的航班号、机型等信息，确保它按照飞行计划中的航线飞行。此时，雷达屏幕上航空器数量的多少，飞行方向等会直接影响管制员的情景意识及其工作压力。

如图1、2所示，同一扇区，飞机数量相等，但在 1 和 2 两种交通态势下，管制员工作过程中的情景意识及其工作压力截然不同：

在图 1 所示状态下，所有飞机均从同一个或两个入口进入扇区，在管制过程中，管制员只需监视前后飞机的间隔，防止发生碰撞即可；即使是两个方向进入扇区，也只需注意交叉口冲突即可。

在图2 所示状态下，扇区内所有飞机均按各自航向飞行，交通无序且杂乱，潜在冲突点较多，管制员需要对所有飞机对的间隔予以监控调配，由此而导致的管制指挥任务难度系数非常大[2]。

2 实验设计

为了探究扇区流量分配方式对管制员情景意识及工作压力的影响，选择了10名管制学员作为被试，在雷达管制模拟机上进行区域管制模拟实验，利用Tobii X2-60眼动仪记录他们的眼动行为数据。

2.1 实验过程

选取10名管制学员（男性，年龄21～25岁，视力或矫正视力正常，均已学习过模拟管制课程，有一定的管制经验）作为被试（编号A—H），在实验前，所有被试在模拟环境下进行10min的操作训练，以熟悉实验流程。实验步骤如下：

（1）设置管制任务为7架航空器，入口方向为下方（图3），实验时间为10min；

（2）被试坐于眼动仪屏幕前，调整位置，使其离眼动仪60cm，眼动仪捕捉到被试瞳孔后开始定标；

（3）点击“Accept”，开始眼动追踪实验项目并开始管制任务，被试根据自己的知识、经验对界面中的航空器进行管制；

（4）设置管制任务为7架航空器，入口方向为上/下方（图4），实验时间为15min，重复（2）、（3）。

（5）设置管制任务为7架航空器，入口方向为上/下/右方（图5），实验时间为20min，重复（2）、（3）。

（6）设置管制任务为7架航空器，入口方向为上/下/左/右方（图6），实验时间为25min，重复（2）、（3）。

执行管制任务时，管制员在扇区入口和航路上应该有不同的眼动扫视模式和注意力分配策略，为了反映这种差异，把视觉信息源划分为两个兴趣区域（AOI，Area of Interest）：扇区入口兴趣区域和航路兴趣区域。

Tobii X2-60眼动仪可以对眼动数据自动采集和记录，经过进一步处理，得到了注视点百分比、注视时间百分比、注视点的平均注视时间、平均瞳孔尺寸和平均扫视幅度5个指标[3]。

实验过程如图3、图4、图5、图6。

原始眼动数据如表2.1（截取30μs数据）：

2.2 数据分析

（1） 在航空器数量相同的情况下，扇区入口方向的增加会影响管制员的注意力分配值。入口增加管制员分配给入口的注视时间百分比相对平均，两注视点之间扫视间隔减小，扫视幅度增大。

（2）随着入口的增加，注视时间增加。被试者在观察入口时可能同时进行了信息辨别、信息输入，信息处理与决策预测几个认知过程，所以较长的注视时间表明了较大的认知负荷状态及情景意识的下降[4]。

（3） 实验发现，在入口增加的情况下，平均瞳孔尺寸明显比入口少的时候大。研究人员认为瞳孔尺寸大小是测量被试者工作负荷变化的敏感指标高低，当被试者努力去看一个目标时，瞳孔尺寸会增大。因此，入口增多会增加管制员的工作负荷，降低情景意识。

3 结语

眼动行为在一定程度上可以反映人们对事物的心理认知活动，尤其是对管制员而言，决策需要的信息输入几乎全部来自视觉，视觉注视状态的分布情况可以很好地表征管制员工作负荷及情景意识情况，眼动追踪技术的发展为客观地分析管制员工作负荷及情景意识提供了方法与支持。该文基于探究管制过程中扇区流量分配方式对管制员情景意识的影响，将眼动仪引入其中，先介绍了情景意识在管制过程中的重要性，接着设计了眼动实验，进而进行特征眼动数据分析，得出了扇区流量分配方式对管制员情景意识的影响。

参考文献

[1]程兵战.管制员的情景意识对管制员认知活动的影响[J].科技风，2010（22）：79.

[2]刘计民，梁叶.管制员情景意识模型研究[J].中国民用航空，2013（12）：106-108.

[3]柳忠起，袁修干，刘伟，等.基于模拟飞行任务下的眼动指标分析[J].中国安全科学学报，2006，16（2）：47-51.

[4]郭北苑，方卫宁.基于眼动仪的疲劳检测方法[J].航天医学与医学工程，2004，17（4）：256-260.

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