民航飞行员情景意识影响因素研究

罗凤娥，李 娜

(中国民用航空飞行学院 空中交通管理学院，四川 广汉 618300)

安全是航空公司生产经营考虑的第一要素。近年来，随着航班业务量的急剧增加，空中流量日益繁忙，航空安全问题仍然是一大隐患。2020年9月20日上午，山东青岛九天国际飞行学院有限公司一架塞斯纳172训练飞机在滨州空域飞行训练时坠落，机上有教练员、学员3人，全部抢救无效死亡。2020年5月22日，巴航PK-8303的A320飞机第一次起落架无法放出而复飞，随后双发失效，最终机毁人亡。每一件航空安全事故的发生都与驾驶舱资源管理(CRM)不充分有着一定关联。所谓驾驶舱资源管理，即机组资源管理，指通过有效利用所有可以利用的资源(包括硬件、软件、环境以及人),以便达到安全、高效以及舒适飞行的过程[1]。在飞行过程中，CRM要求驾驶舱内的人力、设备和操作资源进行有效的协作、分工和配合[2]。而情景意识是CRM理论中尤为重要一环。

情景意识(situation awareness, SA)最早出现在航空心理学领域，用于描述飞行员对作战飞行操作的理解[3]，指在动态环境下，获取、评估、整理信息并且预计飞行中可能发生的事故，在必要的时候采取一定措施的能力[4]。对各类人因事件的研究表明，几乎都与飞行员的情景意识密不可分，事故发生前后飞行员情景意识的缺失或者丢失即丧失对事故的认知和反应，最终导致了严重的后果。因此，为确保更安全有效提高民航飞行员的驾驶安全，各航空公司应重视驾驶舱资源管理，着重提高民航飞行员情景意识，分析民航飞行员情景意识的重要影响因素，为公司提供针对性的训练。

1 研究背景

情景意识是飞行员驾驶舱资源管理的关键一步,对保障民航安全起关键作用。目前为止，前人学者对情景意识有多重解释并提出多种相关理论模型用于实际分析[5]。Endsley[6]将情景意识理解为对重要的意义进行理解并且对后续的状态进行预测的过程，并将其分为感知、理解、预测3个阶段，可操作性更强，直观可靠。有学者认为情景意识是指将注意力分配到感兴趣区域上的结果，这些区域最高层次可以是任务目标，最低可以是特定变量的特定时刻，其间可以包括组织、功能和流程。Smith和Hancock[7]从人机系统角度出发，将情景意识定义为适应性的、外部导向的意识，即“人机系统中能够不断的产生系统完成绩效所需要的瞬时知识与行为的不变量”，认为个体的知识与环境状态之间的差异是指导情景意识评价行为与环境中获取所需信息的来源。

虽然不同学者对情景意识的解释各有不同，但就其本质而言都是关于人的因素的影响。现结合Endsley提出的情景意识模型从微观角度出发，就影响飞行员情景意识的重要因素展开研究。

2 民航飞行员情景意识相关影响因素

2.1 飞行员情景意识流程

飞行动态过程中，飞行员首先从环境中接收各类客观和主观的信息，人、机、环境的交互信息，即保护对象、操作媒介、外界资源之间的相互联系。当其接收到外界的各类信息，触发其感知、理解和预测的态势能力，个体或者组织全面、快速、准确地感知过去、现在、未来的安全威胁因素，理解其表面或内在的具体信息，预测各类信息的发展趋势，或减弱或加重或保持等。飞行员通过态势感知，结合知识经验做出“如何做”的决策，并在短时间内执行决策的动作行为。其中，动作行为包括人工操作或者自动飞行。在整个流程中，信息的实时反馈贯穿其中，从而形成了情景意识的流程及相关影响因素图[8-11]，如图1所示。

图1 飞行员情景意识流程及相关影响因素图

2.2 飞行员情景意识相关影响因素分析

飞行员的整个决策流程为从环境输入信息起，运用自身感知态势，包括感知、理解、预测信息含义，从而输出决策，最后采取动作或者进行反馈。根据其流程图分析其相关影响因素，主要包括：

1)年龄。思维模式与年龄息息相关。

2)飞行经历。环境的输入主要包括客观外在的因素，飞行员在接收环境信息时，其接受信息程度跟其年龄、飞行经历有关。

3)沟通交流。就个体而言，飞行员飞行中需要与管制、签派沟通交流航班、天气、燃油等重要信息，此类信息是做出决策的依据，就团队而言，机长与副驾驶的配合交流的重要性不言而喻。

4)工作负荷管理。飞行员的执勤期在各类规章手册中具有明确的规定，尽管如此，其工作负荷还可能来自家庭等外界的压力。

5)团队协作。面对危机，需要所有机组人员在短时间内做出协作反应，包括标准程序的执行、乘客安抚等各方面。

6)检查单。根据墨菲定律——如果有两种或两种以上的方式去做某件事情，而其中一种选择方式将导致灾难，则必定会有人做出这种选择。

7)问题处置与决策。此能力决定了飞行员能否对前面的人机环信息做出应对。

8)自动飞行。自动飞行中飞行员的情景意识对飞机的自动化驾驶具有较高的依赖性，此时，飞行员的情景意识较低。

9)知识储备与理解。知识学习是贯穿整个飞行生涯的影响因素。

10)识别威胁和差错。从众多的潜在的因素中识别出最严重的威胁或差错是对飞行员能力的一个重要考验。

11)人工操作。人工操作中飞行员情景意识的丢失概率比自动驾驶要高。

12)程序应用。即标准操作程序(standard operating procedure，SOP)的执行，事故的发生极有可能是未执行SOP程序。

2.3 数据采集

通过专家意见与建议，量化设计飞行员情景意识影响因素的评分赋值标准，如表1所示。调查过程中，邀请各民用航空包括中国国际航空、湖南红土航空、上海航空、中国南方航空等共计40余名飞行员依据评分标准针对上文飞行员情景意识相关影响因素如年龄、飞行经历、沟通交流、团队协作、工作负荷管理、检查单、问题处置与决策、人工操作、知识储备与理解、识别威胁和差错、自动飞行、程序应用等打分与自评。回收数据全部有效，并对数据完成了统计和处理[12]。

表1 飞行员情景意识影响因素赋值标准

3 基于逐步回归分析的情景意识主要影响因素的模型

3.1 逐步回归线性分析模型

步骤1:建立Y对每个xj(j=1,2,…,p)的一元线性回归方程，并对xj进行显著性检验，从所有显著变量|Tj|>t1-a/2(n-2)中选出最显著的自变量xk,进入步骤2。

2)显著性检验——t检验法：检验Y与x之间有无线性关系,Y=β0+βx1+ε。

检验假设H0:β1=0;H1:β1≠0。

步骤2:

2)检验显著性。

检验假设H0:β0=β1=β2。

3)在显著性方程中对xj进行显著性检验，计算Tj，选出最显著自变量xj所在的回归方程，再利用“只出不进”法剔除掉所有不显著变量后进入步骤3。

步骤3：对引入的自变量逐一重复步骤2中的②，直到既无法剔除已入选的自变量，也无法再入选新的自变量为止。

逐步回归的基本思想和步骤如图2所示。

图2 逐步回归的基本思想和步骤

3.2 共线性检验

为了防止模型中的变量之间由于存在精确相关关系或高度相关关系而使模型估计失真或难以估计准确，因此需要对各变量首先进行共线性检验。

VIF=1/(1-Ri2)

(1)

式中：Ri为自变量xi对其余自变量作回归分析的负相关系数。方差膨胀系数VIF越大，说明自变量之间存在共线性的可能性越大。一般来讲，如果方差膨胀因子超过10，则回归模型存在严重的多重共线性。根据Hair(1995)的共线性诊断标准，当自变量的容忍度大于0.1，方差膨胀系数小于10的范围是可以接受的，表明自变量之间没有共线性问题存在[13]。

4 结果

采用MATLAB软件进行数据的共线性处理，得到结果见表2。其中“年龄”的VIF为1.276，“飞行经历”的VIF为1.710，“沟通交流”的VIF为2.497，“工作负荷管理”的VIF为4.218，“团队协作”的VIF为2.154，“检查单”的VIF为2.712，“问题处置与决策”的VIF为4.400，“自动飞行”的VIF为3.206，“知识储备与理解”的VIF为3.426，“识别威胁与差错”的VIF为5.201，“人工操作”的VIF为3.599，“程序应用”的VIF为3.124。由结果可见，所有VIF值均在10以内，说明模型拟合较好，各因素之间不存在共线性问题。

表2 飞行员情景意识影响因素共线性诊断

经过逐步回归，最终余下飞行经历(x2)、工作负荷管理(x4)、问题处置与决策(x7)、人工操作(x11)一共4项在模型中，R2为0.656，意味着飞行经历(x2)、工作负荷管理(x4)、问题处置与决策(x7)、人工操作(x11)可以解释情景意识丢失的65.6%变化原因。而且模型通过F检验(F=17.609，P=0.000<0.05)，说明模型有效，如表3所示。模型公式为

表3 民航飞行员情景意识影响因素逐步分析结果

y=1.396-0.422x2+0.409x4-0.212x7+0.276x11

(2)

另外，针对模型各因变量的多重共线性进行研究发现，模型中VIF值全部均小于5，意味着因变量之间不存在共线性问题；并且D-W值在数字2附近，因而说明模型不存在自相关性，样本数据之间并没有关联关系，模型较好。

综合以上得出，飞行员情景意识丢失概率与工作经历x2和问题处置与决策能力x4呈显著负相关，与工作负荷管理能力x7和人工操作能力呈显著正相关。

5 结论

通过调查结果表明，飞行员情景意识重要影响因素为飞行经历、工作负荷管理、问题处置与决策、人工操作。为更好地提高飞行员情景意识能力，减少其丢失概率，提高安全系数，从根本上提高生产经营的经济效益，各航空公司可以针对以下方面采取有效措施：

1)丰富飞行经历，法规明确规定飞行员要经历初始改装，差异训练、转机型训练、定期复训等各类训练，也是飞行经历里最重要的一部分，这些为飞行员安全平稳地操纵飞机提供了基础的保障[1]。

2)科学管理工作负荷，航空公司及员工应科学认识压力，做好飞行员的压力管理，从生理、情绪、行为、精神等多方面关注其压力反应，并有针对性地采取措施，如改善飞行员饮食结构、锻炼身体、培养爱好和兴趣、维护良好的人际管理等。

3)提升人工操作技能，理论与实操并行，发挥好教员的带头作用，做好传帮带工作。

4)提高问题处置与决策能力，尤其是突发应急事件，萨利机长在双发失效的情况下，沉着冷静地作出了水面迫降的决定，从而挽救了全航班人的性命[14-15]，可以说重视情景意识，就是敬畏规章、敬畏职责、敬畏生命。