疲劳状态下陆空通话语音特征变化研究

为预防空中交通管制不安全事件,利用陆空通话语音数据结合精神运动能力检测(PVT方法,研究管制员的疲劳预警机制。首先,通过处理管制模拟机训练过程中陆空通话的音频文件,截取有效的管制指令信息,提取重新定义的语速、音调等特征;然后,采用PVT方法测试管制员在每次训练前后的反应能力,对比各个语音特征和PVT测试结果;最后,采用箱型图统计观察各时间段语音特征的变化趋势,并通过k-means++算法分析疲劳状态下绝对和相对语音特征区间,观察管制员工作中疲劳的变化过程,提出安全红线。研究表明:所提出的方法可以通过语音特征有效监控管制员的工作状态,为人员疲劳进行预警,从而实现管制不安全事件的预防,提高安全管理水平。     

不同流量等级下管制员特情反应时的相关性分析

为探究不同流量等级下管制员特情反应时间与疲劳状态、岗龄之间的关系及相互影响,利用Mangold-10生理多导仪采集一线管制单位管制员管制过程中的脑电信号,附以管制教员评测分数、特情反应时等数据,通过Matlab编程计算脑电波形的平均功率谱,进而构建了疲劳指数,数量化地表征当前管制员的疲劳程度。通过SPSS 20. 0软件分析拟合出管制员疲劳指数与反应时、岗龄的关系模型。结果表明,管制员反应时与疲劳指数呈现高度线性关系。管制员岗龄与反应时呈现三次函数关系,12 a岗龄为临界值。研究结果可为管制单位调度繁忙扇区人员及合理排班提供参考。     

语音反应时特性的管制员疲劳风险分析

为了解管制员的疲劳状况,找出缓解疲劳的方法,对陆空通话音频文件进行处理,截取管制员回复机组的语音反应时,并结合NASA-TLX量表的自评值,验证语音反应时与疲劳度之间的关系,分析管制员的疲劳状况。结果表明,管制员的语音反应时与疲劳程度之间有一定的相关关系,当管制员的语音反应时较短时,其疲劳程度值也较小;管制员在不同时间段的警觉性不一样,9:30—11:30的警觉性较高,而13:30—15:30和23:30之后的警觉性较低。管制员在正常情况下,其反应时呈正态分布;当管制员处于疲劳状态时,其反应时稳定性降低,甚至不再服从正态分布。     

基于脑电数据的管制架次对管制员疲劳影响研究

为量化研究管制区域内飞机架次的时空变化对管制员疲劳的影响,设计相应测试方案进行试验研究。有针对性地选取20名在职管制员分别在大、小夜班的班前和班后进行试验,采集完成不同流量等级下雷达模拟机任务过程中的管制员的脑电(EEG)信号数据,从数据中提取疲劳指标值,运用SPSS20.0软件统计分析指标值,根据管制员的岗龄将其分成2组进行比较,线性拟合班前班后的管制员疲劳指标值。结果表明:岗龄≥10年的管制员疲劳指标值及其波动性明显低于岗龄<10年的管制员;班前管制员疲劳指标值随管制架次的增加中后期呈下降趋势;班后管制员的疲劳指标值随管制架次的增加而增长,随时间呈3次曲线变化。     

基于眼动数据的管制员注意力特征评价

为提高管制员培训的针对性和有效性,提升管制过程的安全性,提出使用注意力稳定性、注意力分配与转移和注意力广度3个指标,作为注意力特征的评价指标;设计并开展管制过程模拟管制试验,采集分析36名成熟管制员的眼动数据;提出选取兴趣区访问次数方差(VVC)、马尔可夫转移概率(MTP)和特情反应时间(RT)3个参数,将其作为刻画注意力特征3个评价指标对应的量化参数值,再使用K-Means聚类分析法对管制员的注意力特征进行分类,得到管制员注意力特征的评价值的结果分类区间,并对比评价结果与教员打分结果。结果表明：根据注意力特征,将管制员分成4类,一类为最优,四类为最差。优秀管制员具有注意力稳定性好、注意力分配合理、注意广度大和对特情敏感的特点,其量化参数值包括：VVC为13.48～95.46,MTP为0.03～0.22,RT为3～31 s。     

基于k-means聚类的管制员注意品质特征研究

为保障飞行安全,基于作业测验原理,设计20 min连续划消试验,探究管制员注意品质类型及其特征,并进行聚类分析。选取作业错误率、反应时均值、反应时方差作为注意广度、注意稳定性、注意转换与分配的测量参数,运用k-means聚类法将管制员注意品质分类,并描述其特征,对比分析管制员与管制学员的差异。结果表明:181名管制(学)员根据注意品质可分为4类;优秀管制员具有注意广度大、注意稳定性强、注意分配合理、注意转换速度快等特点;管制学员注意品质与管制员有明显差异。     

基于脑电的管制员认知行为与疲劳的关系研究

为量化研究疲劳对空中交通管制员认知行为的影响,选取32名在职管制员在疲劳累计最大的时刻12:00和00:00进行试验,采集其完成大流量且有特情发生的雷达模拟机任务过程中的脑电(EEG)信号,提取管制员疲劳指标,并记录试验中管制员对特情的反应时长作为表征管制员认知行为的指标;运用SPSS20.0软件统计分析数据。结果表明:管制员在00:00的疲劳指标值显著高于12:00,在夜间疲劳状态下继续工作会使疲劳指标值陡然增大,存在很大的疲劳隐患;管制员对特情的反应时长与试验前其初态的疲劳指标值有线性关系;检测班前初态疲劳指标值,可作为疲劳风险管控的一个有效方法。     

管制员疲劳状态下认知能力差异分析

为监测不同岗位管制员执勤过程中的疲劳状态,利用精神运动能力检测结合空间知觉感知测试仪设计试验方案,研究不同岗位管制员疲劳状态下的认知能力差异.结合试验获取的数据,运用K-means方法将管制员工作状态划分为清醒和疲劳.选取疲劳数据,通过KW检验理论计算并分析不同岗位间管制员疲劳状态下认知能力差异.结果表明:进近与区域管制员疲劳状态下警觉性差异度为75.495,即进近与区域管制员疲劳状态下管制员警觉性存在显著差异;进近与塔台管制员疲劳状态下注意力稳定性差异度为7.881,不存在显著差异.     

大流量管制情境下雷达管制员眼动特征分析

为提高大流量管制运行的安全水平,研究雷达管制员的眼动特征变化规律,整合雷达管制模拟机和眼动仪,构建试验系统。选取具有实际工作经验的进近雷达管制员作为被试,将某管制空域内的航班数量分为小、中和大流量3种模拟管制情境。获取不同情境下被试的眼动特征数据,结合被试的不同技能水平,统计分析其在3种情境下的眼动特征数据。结果发现:随着流量的增大,注视、眼跳、瞳孔3类眼动数据发生显著变化,且注视、眼跳的部分指标在不同技能水平的被试间也存在显著差异。不同技能水平的管制员的信息搜索策略存在差异,且均随管制流量的变化发生改变。     

眼动指标检测管制疲劳的性能研究

为了挖掘更多检测管制疲劳的眼动指标,利用模拟塔台管制软件和眼动仪搭建试验平台,采集被试的眼动数据和主观疲劳的程度值,通过其疲劳前后眼动指标差异的显著性、与疲劳的相关性、以及受试者的工作特征曲线(ROC)分析,探讨了各眼动指标检测管制疲劳的性能。结果表明:疲劳前后被试的扫视速度、注视点和平均注视时长差异显著,扫视幅度无显著差异;扫视幅度与疲劳无相关性,平均注视时长与疲劳呈弱相关,扫视速度和注视点数与疲劳均呈中等以上的显著相关;利用注视点、扫视速度二元分类识别疲劳的效果为接近较好水平,是有潜力的管制疲劳检测指标,可为管制员疲劳检测和预警提供试验支撑。     

基于面部特征识别的管制员疲劳监测方法研究

为进一步控制疲劳诱发的空管人为差错,提出一套基于面部特征识别的空中交通管制员疲劳实时监测方法。应用眼动仪和视频记录系统开展36 h睡眠剥夺试验,确定PERCLOS值、平均闭眼时长、哈欠频率3个疲劳判定指标的判定阈值,并给出综合疲劳程度的融合算法。应用机器视觉的理论和方法,开发功能完整的管制员疲劳状态实时监测告警原型系统。结果表明,通过对面部特征的识别和状态融合能够实现对管制员疲劳状态的实时监测。建议在此基础上进一步开发可实用的疲劳监测系统。     

基于相依网络模型的扇区航空器分流方法研究

当某个扇区因突发状况而对航空器的管控力度不足时,需要对扇区内的航空器进行分流.依据空中航空器的冲突关系、管制员的移交关系及管制员对航空器的指挥关系构建管制-飞行状态相依网络模型.通过此模型,在综合考虑分流后管制员的负荷及对所有航空器管控难度的前提下设计优化目标,并采用粒子群算法求解找出最佳分流方案.该方案能够使分流后管制员负荷分布更加均匀,有效减少管制员因负荷过大而出现人为差错的安全风险;降低整体的管制难度,提高管制系统的可靠性和稳定性.     

进近管制员监听错误的影响因素分析

监听/复诵环节是管制员和航空器驾驶员陆空通话中确保信息准确传递的重要组成部分。基于监听错误对航空安全的重要性,首先利用雷达管制运行仿真试验平台获取5 351句进近管制模拟机陆空通话数据,采用文字记录分析法处理语音数据,从通话特征、空中交通情况和管制员个体特征3大方面,利用Logistic模型分析影响管制员监听错误的因素。结果表明:进离港航空器越多,管制员的监听错误越多;空中交通复杂度对监听错误有显著负向影响,即空中交通越复杂,管制员的监听错误越少;管制员工作单位不同,其监听错误也有显著差异。     

管制员人为差错影响因素及指标权重分析

根据SHELL模型,将影响管制员人为差错的因素从内部因素和外部因素进行分析,内部因素包括管制员生理因素、心理因素、管制员业务技能三个部分;外部因素包括管制员与管制员班组之间、管制员与管制设备之间、管制员与管制程序等软件之间。通过分析和专家咨询,建立了影响管制员人为差错的影响因素指标体系,在模糊层次分析法的基础之上引入0.1-0.9标度法的三角模糊数,通过对各影响因素进行对比分析,得出了影响管制员人为差错的三级指标的重要度排序,排在前八位的因素依次为酒精及药物影响、形势意识、班组人员性格搭配、班组人员能力搭配、疲劳、人机界面、外界压力、情绪状态。为管制员培训和管理层进行安全检查提供了基础理论依据。     

民航空中交通管制员危险感知差异研究

为探究不同经验的民航空中交通管制员危险感知能力差异性及其与管制安全行为的关系,采用场景分类法和问卷调查法进行试验,研究不同经验下管制员危险感知能力。根据情景难度、扇区内航空器数量、气象等条件将管制情境划分为4种场景,利用数据挖掘中的关联规则Apriori算法对比分析4组数据,寻找不同管制情境对管制员危险感知影响差异性。研究结果表明:危险感知能力与管制经验相关联;二级管制员感知危险数量最多,只有二级管制员能将管制指令时间作为危险感知的标准,三级和助理管制员做不到这点;影响管制员危险感知能力的关键因素是指令时间、安全间隔、航路拥挤与气象条件。     

基于支持向量机的管制疲劳检测模型研究

管制疲劳是影响民航安全的重大隐患,准确检测疲劳状态是进行疲劳预警、降低疲劳风险的关键。提出应用支持向量机模型融合多生理参数和眼动指标进行管制疲劳检测,通过MP150多导生理记录仪与眼动仪,采集模拟管制试验中正常与剥夺睡眠状态下被试的试验数据,同时记录其Karolinska疲劳等级和操作绩效。结果表明,RR间期、LF/HF、快慢波比值、PERCLOS和扫视速度均与管制疲劳呈较强相关,利用支持向量机融合五项指标构建管制疲劳检测模型,对于五级疲劳度的识别准确率为78. 1%,判断正常组与剥夺睡眠组的准确率为94. 2%。     

进近管制员工作进程分类及工作负荷研究

空中交通管制员是管制工作的核心,其工作负荷直接决定该管制空域的飞行容量,而管制员的工作负荷包括可观察的客观负荷和认知理解的主观负荷两类。借鉴国外的MBB,DORA原理,将雷达管制的实施细分为18个工作进程,并通过调查、统计,确定每一工作进程的难度系数;通过多角度摄像方式对成都进近管制室雷达管制席位的工作进行长时间的拍摄,参照划分的工作进程对采集的数据进行深入的统计、分析,采用MMBB方法计算出指挥单架飞机的操作时间和思考时间;确定得出管制单架飞机的工作负荷,以及该空域的容量。     

采煤机滚筒参数优化及其对摇臂安全使用性能影响

为降低采煤机滚筒工作时的截割比能耗和载荷波动,以提高采煤机安全使用性能,优化设计采煤机滚筒直径、叶片螺旋升角以及滚筒截深等参数。通过建立优化目标函数和约束条件,以改进的遗传算法为优化问题的求解算法,对采煤机滚筒参数进行多目标优化;使用有限元软件和疲劳寿命分析模块分析优化前后采煤机摇臂的应力分布和疲劳寿命循环次数,分析优化前后滚筒工作载荷对采煤机摇臂安全使用性能的影响。研究表明:优化后的采煤机滚筒比能耗值指标平均降低45. 6%,载荷波动系数指标平均降低1. 3%;优化后的摇臂壳体应力极值相比优化前的极值降低12. 34%,滚筒参数优化后,滚筒载荷波动被降低,从而使摇臂壳体应力同步降低,低于设计的安全许用应力;臂壳体各薄弱点的疲劳寿命循环次数满足采煤机设计的使用寿命要求;滚筒参数优化改善了采煤机摇臂的安全使用性能。     

基于毕达哥拉斯模糊和改进TOPSIS的管制员人为风险评估

为降低由管制员导致的不安全事件比例,客观准确地评估管制员人为风险,确保风险决策的可靠性和有效性.首先,基于HFACS构建了管制员人为风险评估指标体系.其次,利用毕达哥拉斯模糊集将专家评估语言转换为定量信息,运用改进TOPSIS表征各指标之间的相对重要关系,综合评价指标确定风险排序结果,构建了基于毕达哥拉斯模糊和改进TOPSIS的管制员人为风险评估模型.最后,利用所构建的模型对某地区空管局管制员人为风险进行评估,结果表明,管制员身体状态不佳疲劳工作、管制员与飞行员沟通时用语不规范、大流量或冲突等情况下管制员处置能力差等10个指标风险较高,提出了针对性风险应对建议.     

基于马尔科夫蒙特卡罗的管制员警觉概率预测

为分析管制员在工作期间的警觉性变化规律,构建了一种基于马尔科夫蒙特卡罗(MCMC)的警觉性概率预测方法。首先,通过模拟管制员工作环境,利用PVT(Psychomotor Vigilance Test,PVT)获取管制员不同时间段的警觉性值;其次,根据试验数据的结构特点,采用Logistic函数构建警觉性概率预测模型;然后,基于MCMC方法的理论基础,对比M-H抽样与NUTS抽样的结果,选取更适合该模型的抽样方法进行参数估计以获取模型中参数的最优值;最后,通过模型估算特定时刻管制员处于警觉状态的概率,以反映其警觉性状态。结果表明,采用NUTS抽样算法的模型效果更好,管制员警觉与非警觉状态转变的最可能出现时间分别在03:45、06:40、09:05、13:50和15:50。