基于性能导航运行的管制工作负荷分析

基于性能导航运行的管制工作负荷分析

摘要

由于区域导航程序点对点直飞操作时间稍长，但远距离引导精度更高，通话量更少，管制员

思考和判断时间更短。而且区域导航程序较高的导航精度能够确保航空器保持精确航迹，雷

达显示屏上雷达航迹更加清晰、规律，能够有效减轻管制员扫视强度，缓解视觉疲劳。管制

员只需要干预航空器的速度和高度，可以把更多精力用到对间隔的准确调配上，有助于加速

飞行流量，节省管制间隔，同时也减轻了工作负荷，避免频率拥挤。而且区域导航技术以飞

行员沿程序自主飞行为主、管制员监控为辅，可以有效减少陆空通话数量以及指令复诵错误。关键词：基于性能导航管制运行负荷分析

引言

随着全球航空业的飞速发展，空中交通流量急剧增加，基于传统运行方式的航路结构难

以满足航班量增加的要求，航路和终端区空中交通拥堵的现象时有发生，影响了飞行安全，

降低了运行效益。为此，国际民航组织提出了基于性能的导航的概念，在这个概念的影响下，全球航空运输发生了巨大变化，产生了全球统一标准的大地坐标系 WGS-84 坐标系，进行了

空域再设计，调整了适航批准的方式，以研讨会的形式对相关人员进行培训，产生了很好的

效益。研究管制员工作负荷对于空域容量、空域利用率以及空域的安全等有重要意义。

一 PBN 的概念及主要因素

PBN是指在相应的导航基础设施条件下，航空器在指定的空域内或者沿航路、仪表飞行

程序飞行时，对系统精确性、完好性、可用性、连续性以及功能等方面的性能要求，PBN的

引入体现了导航方式从基于设备的导航到基于性能导航的转变。由于 PBN 产生于 RNAV 和RNP 的基础之上，因此，RNAV 和 RNP 的所有技术标准都包括在 PBN 中，包括了飞行的所有

阶段。针对 RNP 的不足，PBN 还加强了对协同概念的描述，提供了完整和详细的导航标准，

并描绘了未来 PBN 标准及导航应用发展的全球框架，使PBN 系统使用的方式更明确，RNAV

和 RNP 是 PBN 中最关键的要素。

PBN 与通信（C）导航（N）监视（S）和空中交通管理系统（ATM）协同工作，共同构建了

空域的概念，PBN 运行的三个基础要素是：导航应用；导航标准；导航设施。导航标准是在

已确定的空域范围内对飞机和飞行机组提出的一系列要求，它定义了实施 PBN 所需要的性能

及具体功能要求，同时也确定了导航源和设备的选择方式。PBN 包含两类基本导航标准：区

域导航（RNAV）和所需导航性能（RNP）。国家一般将导航标准作为其适航和运行批准的基础。导航标准包括 PBN 系统在精确性、完整性、可用性和连续性方面要求，PBN 导航标准包

括 RNP 标准和 RNAV标准，RNP 标准包括完备的 RAIM 要求，RNAV 标准不包括此内容，目前，RNAV 和RNP 标准的精度要求只是在横向和纵向两个维度上，不包括纵向的飞行技术容差（FTE)。RNP 标准用 RNP-X 来表示，如 RNP-1；RNAV 标准表示为 RNAV-X，如 RNAV-1，其中，X 代表以海里为单位的横向导航精度，要求飞机至少 95％的飞行时间内能在规定的空域、航

路或飞行程序范围内飞行。

二国内管制员工作负荷评估发展概况

国内在管制员的工作负荷及空域规划方面的研究开展相对较晚。工作负荷方面的研究，

主要是在人为因素方面的研究涉及对于管制员工作负荷，进行有关探讨。韩松臣等针对广州

管制区，对于管制员工作负荷进行定量统计，采用国际上较为成熟的主观容量评估方法DORATASK 方法，进行扇区容量评估实验；邢诒吉采用修改的 MBB 方法，评估扇区内管制员

管制一架飞机的工作负荷，用总的滞留时间除以单架航空器的管制负荷来得到扇区的容量。

万莉莉采用对管制员工作内容进行分类的方法，评估每个扇区内管制员的工作负荷，用最繁

忙时段的管制员工作负荷值所对应的航空器数量得到扇区的容量。

三管制员工作负荷的影响因素

管制员在管制航空器时，管制过程会受到管制区内各种各样的内在和外在因素的影响，

从而导致管制员工作负荷发生相应地变化。

3.1影响管制员工作负荷的因素分析

影响管制员工作负荷的因素总体上讲，有以下两方面：源因素：空域环境。包括空域中

的空中交通情况和管制扇区的特点。正是空中交通的复杂性和扇区的复杂性决定了管制工作

的复杂性。相关因素：使用设备的性能。如：机载设备和雷达设备的可靠性，自动化系统设

计的科学性。管制员的工作状况。如：年龄、管制能力和管制经验等。管制员的个人能力，

如预测、分析、理解、决策、应变、协调、自控、表达能力等，都会影响管制员工作负荷。

管制手段。雷达管制是主动管制，在雷达管制中航空器的航行诸元几乎都可应用于飞行调配，同时雷达管制的最低间隔标准也大幅缩减了程序管制中管制干预所需时间以及调配改航量，

调配效率大为提高。

在设备性能和管制员工作状况确定的情况下，可以将管制员工作负荷的影响因素进一步

细化：上升、下降的航空器的数量。航空器的类型和飞行规则的复杂程度。交叉飞行的航空

器数量，航空器间的各种角度关系，航路间的交叉点数，交叉处进行各种协调的数目。需要

的行动准则文件和必须执行的程序。(军航飞机的数量。与相邻管制单位的协调。天气，特别

是雷雨天气影响的范围对空中交通管制的操作上的影响。限制区、危险区、禁区的数量和分布，最小超障高和相关飞行活动以及MOA的限制等。如：银川进近管制区雷达间隔标准为6公里。雷达和信号的覆盖能力。频率阻塞的次数等等。

3.2管制过程分析

分析管制员的管制工作，除了填写进程单、监控雷达和操作计算机，绝大多数时间用于

空地通信。通信是当今空中交通管制的主要手段，因此，在量化管制员工作负荷时，通信将

是工作负荷的主要来源。

从前面提出的管制员工作负荷的定义中，可以看出管制员的工作负荷是用一段工作时间

内实际消耗的时间来表示它的大小。管制员的管制工作主要是通过观察雷达屏幕和填写进程

单监控管制空域内的航空器的飞行动态，利用无线电对讲机向飞行员发布指令并掌握飞机的

状况和确认飞行员复述指令的正确性，以及与相临管制单位的协调等。这样，只要对管制员

通话时间进行统计，就可大致确定管制员的工作负荷。

四管制工作负荷分类

前面我们己经分析阐述过，通过对若干管制扇区进行数据采集，观察和记录扇区内繁忙

时段资深管制员的管制指令内容、思考时间以及花费时间，可以确定管制工作的影响因素和

影响程度。从管制指令内容来分析，最恰当的分类方法应该是要从管制指令在航空器飞行的

哪种状态下发出，想要达到的管制目的是什么这两个方面进行。通过这样的分类方法将管制

员管制的各种方式都可以包括进去，每一条指令又可以很容易的归类到属于哪个类别，简化

了管制员工作负荷评估的方法。根据以上分析，可以将管制负荷大致上分为三类：监视管制负荷：在非冲突和不需要协调管制的情况下，管制员检查扇区内的每架航空器

的飞行轨迹和飞行情况并对其做出管制提示的工作量；

冲突管制负荷：管制员解决扇区内飞行冲突的各种行为的工作量；

协调管制负荷：当航空器穿越扇区边界时，管制员和飞行员、管制员与管制员之间的信

息交换过程中管制员承受的工作量。

五 PBN程序在减轻管制员工作负荷方面的优势

通过实例验证，可以分析知道区域导航技术有效减少陆空通话数量以及指令复诵，管制

员思考和判断时间更短。而且区域导航程序较高的导航精度能够确保航空器保持精确航迹，

雷达显示屏上雷达航迹更加清晰、规律，能够有效减轻管制员扫视强度，缓解视觉疲劳。管

制员只需要干预航空器的速度和高度，避免频率拥挤，可以把更多精力用到对间隔的准确调

配上，从而减轻了工作负荷。

参考文献

[1] 中国民用航空局空中交通管理局.RNP/RNAV 飞行程序设计[R].2005

[2] 张军.现代空中交通管理[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005

[3] D.K.Schmidt, A queuing Analysis Of the Air Traffic Controller’s Workload, IEEE Transaction On Systems, Man, And Cybernetics, 1978,Vol.SMC-8, No.3:492-498.