管制疲劳的眼动指标研究

发布时间：2020-03-29 21:34

【摘要】：近年来管制员在岗疲劳的现象日益凸出,疲劳不仅会削弱管制员正常的工作能力,导致其反应变慢和认知能力下降,更是诱发管制员“错忘漏”,造成民航不安全事件乃至事故的重要因素。如何通过技术手段检测管制疲劳并及时预警是减少管制员疲劳差错,保障空管安全至关重要又急需解决的难题。目前检测管制疲劳的手段主要有主观量表、生理生化指标和眼动追踪技术等。其中眼动追踪技术不仅具有客观、非侵入性等优点,而且比生理生化指标有更好的可应用性,同时在汽车驾驶疲劳领域已经有了较为成功的应用可供参考,是开发管制疲劳实时检测和预警技术值得研究的方向。然而目前国内尚无研究系统全面地对众多眼动指标检测管制疲劳的性能进行考察。鉴于此,本研究招募20名管制学员参与模拟塔台管制实验,采集被试由清醒逐渐进入疲劳状态的眼动数据和主观疲劳程度值。通过疲劳前后眼动指标的差异显著性,与疲劳的相关性以及受试者工作特征曲线(Receiver Operating Characteristic,ROC)分析对各个眼动指标检测管制疲劳的性能进行考察。最后利用支持向量机和BP神经网络算法将可用眼动指标融合起来建立管制疲劳检测模型。本研究得出结论如下:1、眼动指标中的注视点,扫视速度,PERCLOS和CFF四个指标不仅清醒和疲劳时变化差异显著,与疲劳存在强相关性,而且ROC分析检测性能较好,可以作为检测管制疲劳的可用指标。2、利用支持向量机和BP神经网络模型融合注视点,扫视速度,PERCLOS和CFF四个可用指标建立管制疲劳检测模型,对管制疲劳的识别准确率分别为95.68%和91.67%,效果较好。未来可以实现根据管制员当前的眼动参数自动判定其是清醒还是疲劳状态,并为进入疲劳状态的管制员及时提供告警。
【图文】：

统计图,飞机起降,民航机场,统计图

近年来我国民用航空业一直处于中高速发展的势头，空中交通越来越为繁忙，自 2000 年到 2016 年我国民航运输机场飞机起降架次增加了四倍多，年平均增长率在 10%以上（见图 1-1）。然而管制员队伍的成长却远未能与蓬勃发展的民航业相匹配，自 2000 年以来我国管制员的数量年均增长率仅为 2.1%[1]，人员不足，管辖扇区内航空器数量的增长，导致管制员的工作负荷加重[2-4]。再加上轮班制度以及管制工作（见示意图 1-2）本身高强度的工作性质[5]等原因，管制员在岗疲劳的情况多有发生。疲劳会削弱管制员正常的工作能力，导致其反应变慢和认知能力下降[6-9]，是诱发管制员“错忘漏”，造成民航不安全事件乃至事故的重要因素[10-11]。王立华通过分析中国民航 1993-2003 年的 129 起空管不安全事件发现，其中 6.2%的不安全事件与管制员睡觉和过度疲劳有关[12]；美国航空安全自愿报告系统（Aviation Safety Reporting System，ASRS）的数据显示有 21%的不安全事件与疲劳（包括飞行员与管制员）相关[13]；2011年美国发生多起管制员夜班睡岗事件[14]，为此美国联邦航空局（Federal AviationAdministration，，FAA）已在 27 座空管塔台取消单个管制员值夜班制度，代之为双岗制[15]。

示意图,管制员,示意图

此时一架波音 767 客机正在使用该跑道执行降落程序，两架飞机险些相撞[16]；2007 年 9 月，北京区域管制又发生两名管制员因疲劳脱岗 30min 的不安全2008 年 10 月，上海区管某管制员在值班时间因困倦睡着导致飞行冲突[1]；2011 年 3 月 22 日深夜，华盛顿里根国际机场，两架客机在没有管制员引导的情况下自行降落，事后查其原因是执勤的管制员疲劳入睡，没有应答[17]。；2013 年 10 月 18 日，大连空管站区域管制室发生一起夜班管制员在岗位上成三个航班进入大连区域后无法建立通讯联系的不安全事件；2014 年 7 月 8 日，武汉天河机场塔台执勤管制员“睡岗”导致 MU2528 航建立通讯联系，只能在进近管制员的指挥下进行复飞。由上可知，由疲劳所导致的管制员“错忘漏”等人为差错已成为影响民航安要因素。因此，开发能够快速准确地进行管制员疲劳检测的技术手段，对管制员行实时监测，及时发现疲劳征兆并预警，对于减少管制员疲劳差错，保障其工作正常发挥和空管安全运行具有十分重要的价值。
【学位授予单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V355.1

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