飞行安全技术影响因素及其作用机制研究*

王永刚，左笑颖

(1.中国民航大学 安全科学与工程学部，天津 300300；2.中国民航大学 经济与管理学院，天津 300300)

0 引言

民航业旨在为人们提供安全、准点、舒适的运输服务，其中安全是飞行的底线要求。影响飞行安全技术水平的因素会导致飞行员判断失误、决策不当或错误操作，进而造成灾难性事故。掌握这些影响因素及其作用机制对提高飞行员技术水平、改善安全绩效、保障安全飞行有重要意义。

最初人们认为飞行安全技术的影响因素主要是操控方面，包括飞行员对飞机姿态的操纵，如飞机偏航、横滚、俯仰以及对飞行状态，如飞行高度、速度、航向等的控制技术[1-3]。对于早期机械传动和控制较多的飞机，飞行员的操纵对安全飞行的影响较为明显。随着先进导航和飞行控制系统的广泛应用，飞行“操作”已由原来的“体力劳动”为主，转变为“脑力劳动”为主。飞行员需要处理大量复杂的信息，飞行员的信息处理能力成为飞行安全技术的重要组成部分[4]，尤其当面对外部的危险天气、高度和障碍物等条件时，信息处理能力对飞行员飞行安全技术有着显著的影响[5]。研究发现，飞行员视觉、听觉的信息处理与飞行技术获取相关[6]，技术水平高的飞行员往往具有较高的视觉空间分数[7]，同时倾向于具有较为典型的空间认知特征[8]，但仅仅获取到正确的信息，没能有效利用这些信息做出正确的判断决策，飞行员仍有可能产生技术错误。在对飞机操作的过程中，多数执行程序错误是飞行员在执行正确的操作时由于个人判断决策原因做出了错误的行为[9]。飞行决策对飞行安全技术的影响引起了研究者的关注，研究发现飞行员在决策过程的个体差异可以用来预测飞行员的飞行安全技术水平[10]。优秀的战斗机飞行员往往具有高度的情景意识，而决策能力是影响情景意识的重要因素[11]，经验丰富的飞行员具有使用直觉决策的特性[12]。目前，飞行安全技术是飞行员操纵能力、信息处理能力和决策能力等的综合体现，因此各因素之间的相互作用也会对飞行安全技术产生影响。现有研究多关注于操纵能力、信息处理能力和决策能力等单方面因素对飞行安全技术的影响，而较少关注感知因素以及各因素间的相互作用对飞行安全技术的影响。飞行员飞行安全技术的发挥依赖于飞行操作过程，本文通过对飞行操作过程进行系统分析，从综合信息感知、信息处理、判断决策和反应行动4个方面分析影响飞行安全技术的因素，并应用结构方程模型探究各因素同飞行安全技术的关系，为航空公司在选拔以及培训飞行员时提供依据，进而提高飞行员的飞行技术水平。

1 理论分析及假设提出

飞行安全技术是飞行操作过程的结果，利用飞行信息做出正确决策并操纵飞机是飞行操作过程的关键。根据人的信息加工模型，研究者构造出由感觉、知觉、执行3阶段构成的飞行操作过程[13]；而关注于飞行员内外部差错影响因素的信息加工模型，则侧重于注意、记忆、情景意识等因素在飞行操作中的作用[14]。以人机交互系统为重点的研究则强调了飞行员通过操纵动作对飞行姿态与动力进行控制的驾驶操纵过程[15]。结合飞行员信息加工过程以及飞机驾驶操纵过程发现飞行操作过程由信息感知、信息处理、判断决策和反应行动4个阶段构成。

在信息感知阶段，飞行员需要对飞行环境中各组成部分的属性、状况以及动态特性进行感知。精准地觉察到飞机内部仪表参数的改变、温度压力的升减，以及飞机外部航路天气的变化、地理位置的改变是飞行员实现对飞机安全操纵的第一步。由于个体差异，不同的飞行员对各种飞行信息的感受性不同，即便是同一飞行员，由于所处的时间或空间不同也会引起感受性的变化。飞行中，视景信息、显示信息、图文信息的获取依赖于飞行员良好的视觉，警报信息、通讯信息的获取依赖于飞行员良好的听觉，速度信息、位置信息的获取依赖于飞行员良好的平衡觉，震动信息和运动信息的获取依赖于飞行员良好的震动觉和运动觉。因此，视觉、听觉、平衡觉、运动觉、震动觉通过影响飞行员的信息感知进而影响飞行安全技术。并提出假设H1：信息感知相关因素对飞行安全技术有正向影响。

在信息处理阶段，飞行信息传递到大脑后短暂停留供决策使用，由于飞行环境是动态变化的，来自飞行环境中各成分的信息不断地传入飞行员的大脑，这需要飞行员具有良好的记忆力，尤其是对一些飞行冲突信息的瞬时记忆。对于停留在飞行员大脑中的飞行信息，大脑会根据飞行员的需求动机，对这些信息进行分析。首先是对所掌握的飞行信息进行理解与领会，随着航空理论知识、飞行经验的积累以及飞行前的准备，飞行员在头脑中存储了一系列以典型形象和操作模式形式存在的，以量化标准为补充的标准信息作为分析依据。飞行员的长时记忆系统将停留在大脑中的现实飞行信息同记忆系统中储存的标准飞行信息进行匹配，根据现实飞行信息与标准信息的吻合程度，对现实信息进行理解领会，进而剔除错误的飞行信息并将有价值的信息送入工作记忆系统。信息被理解和筛选后，飞行员需要再次根据已有的飞行经验和理论知识对这些信息产生的作用进行分析并建立联系，继而供决策时使用。在高速飞行中，飞行环境转换快但信息量却极大，由于各类飞行信息的重要程度和存储时间不同，飞行员需要合理的进行注意力的分配与转移，才能准确而全面地对飞行信息进行分析。因此，理论知识、飞行经验、注意、瞬间记忆通过影响飞行员的信息感知进而影响飞行安全技术。并提出假设H2：信息处理相关因素对飞行安全技术有正向影响。

在判断决策阶段，飞行员首先通过处理后的飞行信息判断所处的飞行处境并发现飞行中存在的问题。空间定向能力能够帮助飞行员对飞行状态、飞机位置以及自身与飞行环境的空间关系进行判断，从而使飞机与环境保持在一个相对平衡的状态。对自身处境有所了解以后，飞行员需要针对当前形势进行分析判断，找出所遇到的问题以及可预想的情况，尤其是可能会遇到的一些危险状况需要飞行员具有一定的风险感知能力。当飞行员对当前形势存在的问题以及未来可能发生的危险有一定了解后，需要设想一系列的飞行操纵方案来解决或避免问题以及应对可能发生的危险。有效的飞行决策不仅来源于飞行员对飞行状况的准确判断，还需要飞行员富有创造性和逻辑性。通过发散性思维制定出一系列决策方案，飞行员需要对所有的可选方案进行分析，评估他们接近安全飞行目的的程度和风险的大小，为决策做好准备，这需要飞行员具有较强的计算能力和逻辑推理能力，最后飞行员在众多的可选方案中选择最佳的方案，定下决心并导向行动。因此，风险感知、空间定向、快速运算、逻辑推理通过影响飞行员的判断决策进而影响飞行安全技术。并提出假设H3：判断决策相关因素对飞行安全技术有正向影响[16]。

在反应行动阶段，飞行员的反应行动是改变飞机姿态和状态实现安全飞行的最后一步。对于单一装置的操纵动作来说，飞行员实施的方向、幅度、速度和力度不同，会使得飞机偏离的程度不同。因此，飞行员在驾驶飞机时，需要根据具体的飞行状况以及飞行的目的对飞行操纵装置施于一定的动作方向、速度、幅度与力度，准确的实施操纵动作，才能安全地对飞机进行控制。在飞机的实际驾驶过程中，单独操纵一个飞行装置的情况比较少，飞行状态的改变或保持往往需要飞行员同时控制驾驶杆、方向舵、油门等多个装置，由于各个操纵动作会相互影响，飞行员需要以较为协调的动作来实现对多飞行装置的控制，从而提高飞行操纵的整体安全质量。无论是对单一装置的操纵动作还是对多装置的配合动作，飞行员都需要把握正确的操纵时机，操纵时机是使操纵动作有效发挥的前提[17]。因此，动作准确性、动作协调性、动作及时性通过影响飞行员的反应行动进而影响飞行安全技术。并提出假设H4：反应行动相关因素对飞行安全技术有正向影响。

通过对飞行操作过程中信息感知、信息处理、判断决策和反应行动的分析构造出图1所示的飞行操作过程，可以发现任何一个飞行安全技术的发挥都是这4个阶段作用的结果，只是占比不同。同时，与飞行员信息感知、信息处理、判断决策和反应行动相关的因素都会对飞行安全技术产生影响。

图1 飞行操作过程Fig.1 Flight operation process

2 研究设计与数据收集

2.1 研究设计

在对本文中的变量进行测量时，无法直接准确测量也难以用某单个指标来测量，传统的统计分析方法用指标的均值作为变量的观测值误差较大，而结构方程模型通过应用多个指标对变量进行测量容许误差存在。同时，本文中的各变量之间存在相互影响，传统的回归分析或路径分析中，对每一个变量逐一计算忽略了其他变量的存在及其他变量对该变量的影响，而结构方程模型能够同时考虑变量与测量指标之间的关系和变量与变量之间的关系。因此，本文应用结构方程模型的方法定量分析飞行安全技术影响因素及其作用机制。

根据上文相关因素的分析结果，编制影响因素的问卷调查表以收集数据。其中调查问卷采用Likert7 点量表进行评测，将问卷的答案分为7个等级，其中数字越大表示越同意题项的描述。在问卷测量题项中，信息感知相关因素包括视觉(X1)、听觉(X2)、平衡觉(X3)、运动觉(X4)、震动觉(X5)，信息处理相关因素包括理论知识(X6)、飞行经验(X7)、注意(X8)、记忆(X9)，判断决策相关因素包括风险感知(X10)、空间定向(X11)、快速运算(X12)、逻辑推理(X13)，反应行动相关因素包括动作准确性(X14)、动作协调性(X15)、动作及时性(X16)。飞行安全技术水平可以根据不同飞行阶段飞行任务的执行情况来评价[18]，因此可以通过测量飞行员在整个飞行阶段的技术表现来综合反映飞行安全技术[19]。本文结合机组标准操作程序选取滑行技术(X17)、起飞技术(X18)、爬升技术(X17)、巡航技术(X19)、下降技术(X20)、进近着陆技术(X21)来测量飞行安全技术(Y)。

2.2 数据收集

本次问卷调查的对象为飞行教员、机长和副驾驶。为确保模型验证的准确性，选取3个航空公司驾驶不同机型的250名飞行员进行问卷调查，回收整理得到有效问卷225份，样本信息的基本情况见表1。

表1 样本信息描述Table 1 Description of sample information

3 实证分析结果与讨论

3.1 信度和效度检验

为确保量表能够有效用于研究假设，应用验证性因子分析进行评估。由于信息感知相关因素、信息处理相关因素、判断决策相关因素和反应行动相关因素之间存在相关关系，对这4个变量进行斜交验证性因子分析。而飞行安全技术与4类因素独立，因此对飞行安全技术做单变量验证性因子分析。

运用Amos 23.0和SPSS 21.0软件，对信息感知相关因素、信息处理相关因素、判断决策相关因素、反应行动相关因素、飞行安全技术的测量模型进行评估。在信度检验方面，各因子载荷量在0.734～0.837之间，大于0.7的标准；信度系数在0.539～0.701之间，大于0.5的标准；说明潜变量能够较好的解释测量变量，指标信度良好。同时，Cronbachα系数都大于0.7，组合信度(Construct Reliability，CR值)都大于0.6，说明内部一致性信度较好。在效度检验方面，平均方差抽取量(Average Variance Extracted，AVE值)都大于0.5，说明效度良好。具体的信度和效度情况见表2。

3.2 模型拟合度检验

应用Amos23.0软件对模型进行检验，并根据运行后的修正指标对模型进行修正，得出修正后飞行安全技术影响因素及其作用模型的整体适配度参数见表3。可以发现，绝对适配度指数RMESA值，增值适配度指数NFI值、IFI值、CFI值，简约适配度指数PNFI值、PGFI值、CMIN/DF值均已经达到标准适配度水平，说明模型能够更有效地反应测量数据间的关系。

3.3 结果与讨论

根据假设H1，H2，H3，H4以及Amos23.0软件所提供的修正指标，最终确定出飞行安全技术影响因素及其作用机制模型如图2所示。信息感知相关因素、信息处理相关因素、判断决策相关因素、反应行动相关因素之间的相关系数为0.91，0.88，0.70，1.02，0.72，0.69，影响飞行安全技术的4类因素之间存在明显的相互作用。因此，4类因素对飞行安全技术的影响受到各因素之间相互作用的影响。

信息感知相关因素对飞行安全技术的标准化路径为0.124，说明与信息感知相关因素对飞行安全技术有正向影响，假设H1成立。视觉、听觉、平衡觉、运动觉、震动觉通过作用于飞行员的信息感知能力进而影响飞行安全技术，其因子载荷分别为0.805，0.776，0.818，0.806，0.791，因此，平衡觉对信息感知相关因素影响最大。

信息处理相关因素对飞行安全技术的标准化路径为0.304，说明与信息处理相关因素对飞行安全技术有正向影响，假设H2成立。理论知识、飞行经验、注意、记忆通过作用于飞行员的信息处理能力进而影响飞行安全技术，其因子载荷分别为0.778，0.837，0.787，0.758，因此，飞行经验对信息处理相关因素的影响最大。

判断决策相关因素对飞行安全技术的标准化路径为0.435，说明与判断决策相关因素对飞行安全技术有正向影响，假设H3成立。风险感知、空间定向、快速运算、逻辑推理通过作用于飞行员的判断决策能力进而影响飞行安全技术，其因子载荷分别为0.777，0.825，0.761，0.762，因此，空间定向对判断决策相关因素的影响最大。

表2 信效度量Table 2 Reliability and validity scale

表3 模型整体适配度检验参数Table 3 Table of parameters for model global fitness test

图2 飞行安全技术影响因素及其作用机制模型Fig.2 Model of the factors affecting flight safety technology and its action

反应行动相关因素对飞行安全技术的标准化路径为0.209，说明与反应行动相关因素对飞行安全技术有正向影响，假设H4成立。动作准确性、动作协调性、动作及时性通过作用于飞行员反应行动能力进而影响飞行安全技术，其因子载荷分别为0.735，0.760，0.734，因此，动作协调性对反应行动的影响最大。

通过比较信息感知相关因素、信息处理相关因素、判断决策相关因素、反应行动相关因素对飞行安全技术的标准化路径可以看出，判断决策相关因素对飞行安全技术影响最大，其次是信息处理相关因素、反应行动相关因素，信息感知相关因素对飞行安全技术的影响最小。为进一步确定各子因素对飞行安全技术的影响，计算各子因素对飞行安全技术的间接效应，并对其进行归一化，得出各子因素对飞行安全技术的权重。由表4可知空间定向、风险感知、快速运算、逻辑推理因素对飞行安全技术的间接影响较大，听觉、震动觉、视觉、运动觉因素对飞行安全技术的间接影响较小。

表4 子因素对飞行安全技术的影响作用Table 4 The influence of sub-factors on flight safety technology

4 结论

1)飞行员飞行安全技术受判断决策相关因素、信息处理相关因素、反应行动相关因素、信息感知相关因素的影响，影响程度依次递减，并且4种因素之间存在明显的相关关系。

2)各因素对飞行安全技术有如下作用机制：平衡觉、运动觉、视觉、震动觉、听觉通过作用于飞行员的信息感知进而影响飞行安全技术且影响程度依次递减；飞行经验、注意、理论知识、记忆通过作用于飞行员的信息处理进而影响飞行安全技术且影响程度依次递减；空间定向、风险感知、逻辑推理、快速运算通过作用于飞行员的判断决策进而影响飞行员的飞行安全技术且影响程度依次递减；动作协调性、动作准确性、动作及时性通过作用于飞行员的反应行动进而影响飞行安全技术且影响程度依次递减。