空中交通管制员疲劳及工作负荷与失误的关系

袁乐平

（中国民航大学飞行技术学院，天津 300300）

研究表明，约90%的工伤事故由人的失误造成[1]，航空领域的人失误事故比例与此相同[2]。因此，研究人失误及其诱发因素是发现事故致因机理、防范事故的重要途径。国内外学者针对人失误开展了广泛研究，对于人失误的原因、分类以及人的可靠性分析逐步形成了相对完整的体系[3-4]。

在导致人失误的诸多因素中，疲劳和工作负荷是极为重要的原因。Hopkin[5]认为疲劳不会直接影响人的作业绩效，但作业人员长时间疲劳会带来负面影响，降低作业绩效。Yeow等[6]进一步研究证实，在制造业中作业人员疲劳与人失误存在相关关系，严重的疲劳带来更高的失误率。针对空中交通管制员疲劳和差错研究的成果较为鲜见。美国航空医学研究所对3 222份管制员差错报告分析的结果表明，管制员轮班疲劳与差错密切相关，80%的差错发生在白天（08:00～19:00）。但由于差错发生时的飞行量等诸多影响因素不清晰，并不能得出疲劳直接导致管制员差错的结论[7]。

廖建桥[8]认为，在一定范围的脑力负荷下，作业绩效并不随脑力负荷的改变而改变，突破“阈值”后，随脑力负荷的增加，作业绩效降低，在任务中更易造成人失误。史秀志等[9]利用层次分析法对Pedersen模型进行了基础性的量化分析，发现过负荷是引起人失误的首要原因。针对管制员的工作负荷，当前研究更多地集中于工作负荷的测量。Langan等[10]观察了8位军方管制员在40 h内的作业情况，发现失误率随负荷增加而增加，但失误率同时还受到作业自由度的影响。Jones等[11]分析了美国航空安全自愿报告系统中的143份情景意识差错报告，信息处理失败类差错占总数的76.3%，其中工作负荷为首要原因，占27.9%。

前述研究或是针对人失误及其诱发因素的理论分析，缺乏面向空管行业的特殊性考量；或是从不安全事件数据分析人失误与相关诱因的关联性，受限于数据的片面性，难以获得准确结论。以下将在模拟管制环境下，将管制员疲劳、工作负荷与失误一并纳入考量，分析不同疲劳和工作负荷状态下人失误的规律。

1 实验设计

1.1 样本选取

选取19名中国民航大学交通运输专业4年级学生参加实验。被试全部为男性，身体状况良好且熟练掌握模拟机操作，实验前24 h及实验过程中，未服用药物或酒精、咖啡、茶等刺激性饮品。由5名教龄大于3年的教员担任实验记录员，负责识别和记录被试的差错，要求其不提醒、不干扰被试。

1.2 实验任务

为了更好地分析疲劳和高负荷状态下管制员发生失误的情况，设计了4种实验情形为正常状态、疲劳状态、高负荷状态和疲劳高负荷状态，其中：正常状态为对照组，其余为实验组，如表1所示。

表1 实验情形Tab.1 Experimental scenarios

疲劳状态主要通过控制实验时段和睡眠觉醒时间来实现，要求被试实验前夜睡眠不超过6 h，实验前觉醒时间大于18 h。高负荷状态主要通过控制航班流量和任务复杂度来实现，依据以往教学经验，正常负荷状态设计航班流量12架次，而高负荷实验情形下航班流量达到20架次，并关闭地面雷达功能、关闭1个滑行道口，以增加任务复杂度。

将被试随机分为5组，每组配备1名记录员。每名被试均参加4个状态的实验，次序随机确定，以消除顺序效应带来的实验误差，任意2次实验之间至少间隔2天，以消除记忆效应误差。

按照实际运行和教学惯例，将被试的失误分为过程型失误和结果型失误，过程型失误指实验过程中某一时刻所表现出的错误，包括语音指令差错（即发布指令时说错，如叫错呼号、说错指令内容等）和进程单使用差错（如进程单摆放差错、记录错误等）。结果型失误指实验中由于各种原因导致在某一时刻出现飞行冲突、航班遗漏、航班复飞、跑道占用或滑行冲突等不良后果。

1.3 实验步骤

1）实验开始前告知被试本次实验的目的，熟悉实验环境和程序，告知饮食和休息等注意事项；

2）实验中，被试在管制席进行指挥和操作，记录员同时利用摄像机和录音笔进行监控和记录；

3）按表1进行不同强度模拟机练习，其间管制区域内航班数量逐步增加后平稳减小，最多达到20架次；

4）记录员进行数据统计，实验后如有必要则对照录音、录像进行核实。

1.4 实验设备

实验在塔台管制模拟环境（TH-TW2.0）下开展，如图1所示。

图1 实验环境Fig.1 Experiment scene

1.5 数据处理

实验结束后，记录员核实数据，确保数据有效性。同时进行离群值检验，对大于3σ的数据调取录音、录像进行确认。使用SPSS19.0软件包对统计结果进行2因素（疲劳、负荷）2水平（正常负荷水平、高负荷水平）的方差分析，若不同水平下呈现出显著差异，再将差错数分配到每个架次上进行分析。

2 结果及讨论

2.1 过程型失误分析

统计4种实验情形的过程型失误，如表2所示。

表2 不同疲劳和负荷水平下的过程型失误差异（M±SD）Tab.2 Procedure-type errors under different levels of fatigue and workload(M±SD)

由表2可知，疲劳状态、高负荷状态、疲劳高负荷状态下的过程型失误及其具体指标相比正常状态（对照组）均呈现出增长趋势，其中，语音指令差错多于进程单使用差错。方差分析表明，工作负荷为主效应（F=35.961，P＜0.001），其次为疲劳（F=5.308，P ＜ 0.05），工作负荷与疲劳之间没有显著的交互效应（P＞0.05）。为进一步研究航班量对管制员人失误的影响，将被试失误数量分配到每个架次，再将正常状态和高负荷状态进行方差分析，结果表明两状态下的人失误数量有显著差异（F=4.893，P＜0.05）。

2.2 结果型失误分析

对结果型失误进行统计分析，结果如表3所示。

表3 不同疲劳和负荷水平下的结果型失误差异（M±SD）Tab.3 Result-type errors under different levels of fatigue and workload(M±SD)

结果型失误表现出与过程型失误相似的结果，疲劳状态、高负荷状态、疲劳高负荷状态下的结果型失误相比正常状态（对照组）呈现出增长趋势。方差分析表明：工作负荷为主效应（F=28.963，P ＜ 0.001），其次为疲劳（F=7.241，P＜0.01），工作负荷与疲劳之间没有交互效应（P＞0.05）。同样将被试失误数量分配到每个架次，结果表明高负荷状态下的失误与正常状态存在显著差异（F=4.816，P＜0.05）。

2.3 讨论

通过实验发现过程型失误多于结果型失误，在过程型失误中，又以语音指令差错为多数。目前空中交通管制以语音作为主要的信息传递方式，因此语音指令差错占据较大比例符合实际情况。结果型失误在数量上与过程型失误有较大差异，主要是因为大量过程型失误由被试自行发现并纠正、或未演化为结果型失误。Langan等的实验也得出了类似结论。

过程型失误与结果型失误的方差分析结果一致，即过大的工作负荷是造成人失误的主要因素（这与前文提及的研究结论相吻合）；而疲劳对于失误的发生有显著影响，这个发现明确了在管制作业情形下，管制员疲劳的负面效应，提供了疲劳与人失误关系的证据。

从分析结果看，疲劳与工作负荷之间不存在显著的交互效应，这表明在可控的疲劳状态下，被试在不同工作负荷水平下并未由于疲劳造成更糟的工作绩效。而相关文献也认为工作负荷与疲劳对于作业绩效没有组合效应[12]。分析其原因，高负荷可能增加作业人员疲劳，但不会立即显现在作业绩效上。

从单架次航班被试失误次数来看，过程型失误与结果型失误在高负荷状态和正常状态下都存在显著差异（F=4.893,P＜0.05和 F=4.816.P＜0.05），这说明失误次数不仅随航班架次增加而增多，还有额外的增量，表明在较大工作负荷下管制员犯错的几率增加。因此，过大或过小的负荷水平对于作业绩效都是不利的，有必要进一步研究管制员工作负荷水平的合理区间，为控制管制员作业负荷提供依据。

3 结语

1）在疲劳和紧张状态下管制员失误数量增加，工作负荷是影响作业效率的主效应，其次是疲劳，二者之间不存在显著的交互效应。

2）飞行量增加，则相对于航班架次的管制员失误平均数增加，表明大飞行流量下管制员犯错的几率增加。

3）为寻求管制员的最优作业绩效，应合理控制管制员的工作负荷与疲劳水平。今后拟在引入成熟管制员和加大样本量的基础上，进一步确定管制员的合理疲劳及工作负荷水平区间。