民航西南空管局管制运行品质评测系统的开发

【摘要】 为了适应民航快速发展的要求，非常有必要建立起一套工具或辅助工具，为空中交通运行管理和流量管理提供辅助决策的信息，针对管制运行品质和运行风险进行实时监控和告警。同时，也应建立管制运行基础数据仓库，在该数据仓库的基础上，实现数据挖掘、分析统计、评估，并为进一步的空域评估、空域规划等工作提供全面的数据支持。本系统定位于信息管理系统，作为生产（辅助）系统（如空管自动化系统、管制信息综合显示平台等）的扩展和补充，为管制运行单位各级管理者提供服务。通过系统的建设，主要达到以下三个方面的预期目标：一是实现对管制运行品质的综合评价，二是实现管制运行管理的功能升级，三是实现管制运行品质优化策略的辅助决策。软件通过对管制员陆空通话的实时监控，获得管制员工作负荷水平的数据，为进一步的流量管理、空管评估、空管规划提供数据支持和决策依据。通过对历史航迹的统计分析，可以实现流量配置、管制调配方法的优化、为进一步的流量管理、空域航路航线优化提供直接的数据支持。系统以软件的形式实现，采用高可用的，模块化的、可扩展的架构，能够允许系统通过简单配置满足特殊用户和地点的要求。在设计和开发系统的过程中，要选择统一的体系和架构，这样能大大提升整个系统的实用性与开放性，该系统具有开放的构架系统、模块化设计、高收缩性、易添加和修改的外部接口、面对对象的设计、可移植性、易于维护和快速移动安装、易于整合的特点。 

第一章绪论

1.1研究背景及其意义

空中交通管制是空中交通管理工作的重中之重，对保障民航运输安全中起到了至关重要的作用。在管制运行管理中，为了对管制工作进行有效的管理与控制，管理者要随时对整个管制的运行状况了然于胸。一直以来，中国民航对管制运行状况实施监控的主要方式还局限于举行会议、现场检查、听取报告，或是定期对月报、周报进行查阅等比较传统且呆板的模式。近年来，随着先进空中交通管制系统的飞速发展，以及管制流量的不断激增，依靠这些传统方式已经很难实现对管制运行状况的有效监控。

在我国，改革开放以前，由于航班量很小，可以认为不存在运行品质的问题。90年代以后，伴随经济社会的发展，空中交通流量也随之高速增长。进入本世纪后，增长率每年都超过或接近两位数。但是空管保障设施设备和管制技术的发展明显滞后于经济社会对民航的需求。加之空域受限多、空域结构设计不合理，使得空中交通异常拥挤，航班延误已成为社会热点问题，空中交通管制运行的品质直接影响到旅客出行。近年来，国家把解决航班延误问题上升到就是解决民生问题的高度上，可见空管运行品质已经引起了各方面的广泛重视。

1.2主要研究内容和论文结构

本文对管制运行品质评估系统的理论基础、实现的途径和使用的方法进行了阐述。具体内容安排如下：

第二章阐述主要安全理论基础，以及所用到的相关技术。

第三章对管制员工作负荷评估的分类和评估的方法做了阐述。

第四章设计并实现了工作负荷量化数据的收集软件，为第四章的工作负荷模型提供了数据来源。

第五章建立了管制员工作负荷模型，对管制员工作负荷采用线性回归分析法进行拟合，对于既定空域，推导出计算管制员工作负荷的工作，并通过实例加以说明，并得出了管制员工作负荷与扇区是否相邻无任何线性关系的结论。

第六章对管制运行品质评估系统及其主要组件作了较为详细的描述。

第七章总结了已完成的工作，展望了管制运行品质评测的未来发展态势。

第二章理论基础

2.1安全风险管理的主要理论

安全风险管理是支持安全管理和有助于其他间接相关的组织程序的一项核心活动。安全风险管理，主要内容包括对具有危险后果的安全风险进行评估，以及将该安全风险降低至可以接受的水平。安全风险管理的目的是：为均衡地在所有评定的安全风险和那些可控和可缓解的安全风险之间配置资源提供基础。也就是说，安全风险管理有助于解决“生产和保护两难”问题。因此，安全管理程序中的重中之重就是安全风险管理。

安全风险有以下五项基本内容：

1、安全风险管理

2、安全风险概率

3、安全风险的严重性

4、安全风险的可容忍度

5、安全风险的控制缓解

空管工作，安全是底线，也是生命线，做到万无一失是我们的目标。老观念的安全管理在事故发生后来追究责任、处理当事人，有时候甚至出现各打五十大板的情况，事实证明，这样的安全管理真是愧对了“管理”二字，只是把权力当成了处理事情的尚方宝剑。但是，随着空域日渐拥挤，空中流量日益增大，加之设备日渐老化，还有各种施工带来的挖断电缆、光缆等事故，甚至地震、洪水等自然灾害，对空管运行都是极大的风险。因此，找准风险源，深入进行隐患排查，对已经找到的各种风险源进行研判、控制，才能真正有效地控制不安全事件的发生，只有这样才能真正说找到了安全管理的有效途径，也才是把“管理”二字落到实处。新型的安全管理体系是以风险管理为核心，将事故的预防转向了源头控制，通过广泛开展风险源辨识、风险评估、风险控制及循环、反馈改进，主动消除或控制空管运行中人员、设备、环境、程序等各个管理环节和运行过程的不安全状态，实现对整个运行过程中危险点、危险源的可控。同时对整个过程进行监督管理，对运行情况进行评估、分析，改进，，整个闭环的控制使得超前控制危险因素得以真正执行和落实，实现了空管系统的本质安全。

2.2管制运行品质的研究

在本系统中，管制运行品质的定义指管制服务的水准、质量；指标体系主要包括管制席位工作负荷指标、管制运行安全性指标、管制运行效率指标等三类指标。系统以管制运行数据仓库（包括引接和储存飞行计划数据、话音通信数据、实时的雷达数据等）为平台，通过对深挖海量运行数据中蕴藏的信息，对实时的管制运行提出建议，对将来更高安全裕度的运行模式提供决策信息。同时，也符合质量管理体系“建立持续改进的机制，坚持不懈的推进持续改进”的要求。显而易见，管制员的工作负荷是随着其管制职责范围内的飞机数量增加而增加的，并且还不是简单的线性关系。在我国北京、上海、广州三地形成的连线三角区域内的管制工作量时常超出普通管制员所能承受的水平，在西南地区，成都、昆明、重庆的增长率也超过或接近两位数。在民航安全管理中“人的因素”研究的范畴中，对管制员工作负荷的研究从来都是重要课题。如果能准确判断出管制员的工作负荷，并以此为依据合理安排扇区航班流量、科学地进行排班，就能使管制员工作负荷相对航班密度而言始终处在相对合理的范围，这对保证空中和地面安全具有重大的意义。

2.2.1管制员工作负荷的定义

管制运行品质最重要的内涵就是管制员工作负荷。直到世纪初我们才意识到运行品质的重要性和它与管制员工作负荷之间的关系。我们可以从管制员的工作职责为出发点来了解其概念。管制员的工作职责主要有：

1、对驾驶员提供必要的飞行阶段需要的情报，如气象情报、航行通告等；

2、对航空器飞行的各个阶段提供必要的管制指挥；

3、对航空器在飞行中的安全间隔起到指挥和监控的作用；

4、与驾驶员共同对飞行的安全负责。

本文在综合分析了多种对工作负荷的定义后，采用以下描述：管制员工作负荷是管制员缓解由于对飞行的指挥和监控而产生的精神和身体压力的周期，工作负荷的大小就是由这个周期的长短决定的。

第三章对管制员工作负荷的评估......13

3.1工作负荷的客观影响因素.....13

3.2工作负荷的分类.....14

第四章工作负荷量化数据收集软件......21

4.1物理平台....21

4.2软件环境..........21

4.3技术路线..........21

第五章管制员工作负荷的量化模型.....31

5.1算法步骤.......31

5.2逻辑结构......31

第六章民航西南空管局管制运行品质评测系统

6.1系统概述

6.1.1工作负荷研究与品质评测的关系

有了前文第四章和第五章的基础，能够对管制员和管制席位的工作负荷进行测量和评估，有了这些测量的数据，就能对其进行分析，在这些数据中挖掘出对空中交通管理工作有用的数据。

民航的运行品质通俗来讲就是整个系统运行有序，系统的各个专业工作压力在可控范围内，对外表现为航班正常，客货运输各方满意度较高。提升运行品质的前提是准确、清晰、客观地判断和掌握运行品质的情况。为改善对空管运行的监控状况，提升安全裕度，提高服务水平，对管制运行品质等方面引起重视，充分利用先进技术与设备，确保管制运行工作能够有序进行，与此同时还要构建完善成熟的综合性统计指标体系，通过建立一套评测系统，利用可采集的实时运行数据，对管制运行品质各类统计指标进行评测，定量分析管制运行服务水平和质量的变化，把握从量变到质变的内在规律，以此客观反映管制运行品质的相对状况，实现管制运行管理的全面升级。

而这其中直接影响空中飞行安全和正常的就是管制员工作负荷的大小。超负荷和轻负荷都将影响管制员的工作效率，因此工作负荷评估的主要目的，是在一定的时间内，使人的信息处理能力既不能超负荷工作，也不能长时间轻负荷工作。超负荷工作会降低对意外情况的反应能力，轻负荷工作容易降低管制员的警惕性。

因此，本系统中最重要的模块就是管制工作负荷的测量和实时监控，有了这个前提，才可能对管制运行的品质进行评测，以及后期对运行效率进行综合统计和分析。在本章6.1.3.1中介绍管制负荷实时监测子系统的作用。

第七章贡献与展望

7.1论文的主要贡献

本文设计并建立了管制员陆空通话话音模型，并以此作为管制运行品质评测的主要内容。在结合了空域结构的基础上建立的管制员工作负荷评估方式更符合特定管制区域的情况，同时对管制员工作负荷进行了量化分析，给出更为合理的管制扇区的划分和设置策略。

论文的主要贡献包括：

1、设计并实现了管制员工作负荷量化软件，将原始的人工采集的方式升级为自动采集方式，使大量数据的采集与处理分析成为现实。

2、从理论上建立了管制员工作负荷量化模型，考虑了实际空域的地理特定，流量分布情况和实际管制工作情形对建模的影响。

3、统计了常用的管制用语所耗费的时间，在对管制指令详细分析的基础上，利用建立了管制员工作负荷评估模型对指定扇区进行管制员工作负荷的推算。

4、管制员工作负荷和空域结构之间的关系。大量文献都已经指出，管制员工作负荷和空域内航空器数量之间有密切的关系。但是空域结构与管制员工作负荷之间具体有什么关系，却没有明确给出。本文通过最小二乘法进行回归分析，得出了相邻扇区的工作负荷没有线性关系，为管制员的实际工作提供了良好的辅助决策工具。

参考文献（略）