飞行员的空间能力与其安全绩效的关系研究_王永刚
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H1： 飞行员的空间视觉化能力与其安全绩效正 相关。
空间定向能力包括对视觉刺激模式的元素排列 的理解，以及在呈现的空间构形中能够在方向改变 时保持正确判断的能力。空间定向障碍易造成飞行 错觉，诸如倾斜错觉、俯仰错觉、方位错觉、以及倒飞 错觉等［10］，是 破 坏 飞 行 安 全 的 可 能 因 素。 因 此，提
QAＲ 译码数据按时间序列记录了所有航线飞 行员自入职以来在全部飞行实践中发生的所有安全 等级事件。这些事件是航空公司衡量飞行员安全绩 效的主 要 指 标。 安 全 等 级 事 件 分 为 低 （ low ） 、中 （ medium） 、高（ high） ，其中 high 事件可能造成的后 果最严重。笔者选择了 10 位民航局特聘专家，通过 打分为等级事件赋权值，将飞行员每年安全等级事 件的数量换算为 0 ～ 10 分（ 得分越高安全绩效水平 越高） 以表征其安全绩效水平。
hierarchical linear model
0引言
空间能力是飞行员心理选拔测试项目之一。在 飞行实践中，飞行员不仅要根据仪器显示数据和自 我判断飞机的空间状态，而且还要把当前的飞行状 态清晰地 表 象 出 来，并 与 规 定 的 飞 行 状 态 进 行 比
较［1］，使直接感知与符号认知统一起来［2］。如果不
能正确判断空间位置，飞行员可能会在操纵中发生 人为失误，破坏飞行安全［3］。飞行员应该具备良好
的空间能力，从而节省心理能量用于其他作业，降低 心理工作负荷和失误的危险性［4］。
有学者［5］利 用 统 计 手 段 对 优 秀 飞 行 员 的 认 知
* 文章编号： 1003 － 3033（ 2015） 08 － 0141 － 05； DOI： 10． 16265 / j． cnki． issn1003 － 3033． 2015． 08． 023 收稿日期： 2015 － 05 － 25； 修稿日期： 2015 － 06 － 28
H4： 飞行员的空间能力与其安全绩效提高的速 率正相关。
2 数据来源和研究方法
2． 1 数据来源
根据样本量要求，以 206 名飞行员为研究样本， 将其选拔时期的空间能力作为自变量，其入职 0 ～ 4 a内的安全绩效作为因变量。数据来源于我国某 航空公司及下属 14 家分公司的飞行员心理选拔笔 试档案以及 QAＲ 数据。
中图分类号： X949
文献标志码： A
资助项目： 2015 年民航科技项目计划（ 20150202） 。
【摘 要】 为研究飞行员安全绩效的变化趋势以及飞行员的空间能力与其安全绩效的关系，运用
多层线性模型方法对飞机快速存取记录器（ QAＲ） 数据和飞行员心理选拔笔试数据进行分析。研究
结果表明： 飞行员入职 0 ～ 4 a 内的安全绩效水平呈现显著下降的趋势，且个体差异明显； 空间能力
中的空间关系能力对飞行员的安全绩效下降速率有显著的负向影响，但空间视觉化能力与空间定向
能力的影响不显著。空间关系能力对飞行员入职 0 ～ 1 a 内安全绩效水平的预测效应显著，两者呈
正相关，而空间视觉化能力与空间定向能力的预测效应不显著。
【关键词】 安全管理； 飞行员； 空间能力； 安全绩效； 多层线性模型
2． 2 研究方法
所使用的安全绩效数据为纵向追踪数据，传统 统计技术在处理纵向研究数据时主要采用重复测量 的方差分析或多元回归分析。然而，这 2 种统计手 段都以方差齐性和随机误差独立性为前提，这些假 设很难得到保证，采用传统统计技术可能导致不合 理的、甚至 是 错 误 的 结 论［14］。 另 外，纵 向 研 究 需 要 对同一观测对象做多次追踪观测，很容易出现样本 的流失［15］。传统的统 计 手 段 是 删 除 存 在 缺 失 值 的 观测对象或对其缺失值进行拟合，并且要求所有被 观测对象在相同的时间间隔接受观测，这给纵向研 究增加了额外限制［16］。此外，传统统计手段的功能 主要是比较各次观测结果间差异的显著性或前期观 测结果对后期观测结果的预测程度［17］，存在一定的 局限性。
该航空公司飞行员心理选拔笔试选用的是针对 国内飞行员研发的、具有良好信度和效度的认知能
第8 期
王永刚等： 飞行员的空间能力与其安全绩效的关系研究
·143·
力测试量表［13］，该 测 试 包 含 加 减 法 变 换 运 算、按 字 母规律检出数目、分割图形、判别方向、人体罗盘旋 转 5 部分题项。其中，分割图形表征被试者的空间 视觉能力，判别方向表征被试者的空间定向能力，人 体罗盘旋转表征 被 试 者 的 空 间 关 系 能 力［13］。 笔 者 用上述 3 项的得分 0 ～ 5 分（ 得分越高该项能力越 强） 表征相应的空间能力。
出假设： H2： 飞行员的空间定向能力与其安全绩 效 正
相关。 空间关系能力是解决简单旋转问题的能力，以
及区分目标反射面的能力，即想象一个物体经过空 间旋转会如何显 现 的 能 力［11］。 该 项 能 力 可 以 表 征 空间信息加工速度和加工难度，个体的反应倾向存 在较大的差异。在飞行实践中，旋转是不可避免的 问题，飞行员心理旋转能力不足时，有可能造成人为 失误。因此，提出假设：
Study on relationship between pilots＇ spatial cognition and their safety performance
WANG Yong-gang LI Miao （ School of Safety Science and Engineering，Civil Aviation University of China，Tianjin 300300，China）
·142·
中国安全科学学报 China Safety Science Journal
第25 卷 2015 年
特征进行了分析。结果表明，优秀飞行员的空间能 力高于一般飞行员。其中，安全绩效是评定飞行员 优秀与否的指标之一，但研究并未针对空间能力与 飞行员安全绩效的关系展开分析。还有学者［2 － 4］从 理论上分析了飞行员的空间能力与其飞行中出现人 为差错的关系，认为空间能力低的飞行员产生人为 失误的概率更高。可见，飞行员的空间能力影响其 安全绩效水平的相关研究尚处于理论假设阶段，未 得到实践数据的分析验证，而空间能力对其安全绩 效水平的发展趋势是否有影响，也未见报道。
H3： 飞行员的空间关系能力与其安全绩 效 正 相关。
空间能力依赖于空间信息，是认知推理的一种 形式。认知心理学研究表明［8］，人们在反映三维空 间时形成了一个内部的视觉表象空间体系，按照这 个体系的空间坐标来调节自己在环境中的活动，确 定所知觉的物体空间方位，以及在心理上对物体的 空间关系进行操作。表象一直被看成是知觉的模糊 变式，而图形 旋 转 心 理 操 作 试 验 表 明［11］，由 于 图 形 的转动，2 个图形的方向差别增大，反应时间也相应 地增加。即人们在知觉这 2 个图形时，不仅要觉察 出它们的结构相同，而且还要对它们的转动方向作 进一步的信息加工。在这种情况下，心理上的操作 不只是一个觉察过程，还包括比较、判断、推理和再 认等一系列加工过程［12］。因此，表象不仅仅是知觉 的模糊变式，而是一个认知的过程，也就是说空间能 力可以表征判断、推理、短时记忆等能力。飞行员接 受安全培训、提 高 安 全 绩 效 的 过 程，是 对 信 息 的 接 受、加工的认知过程，会受判断、推理等能力的影响。 飞行员的空 间 能 力 越 高，接 受、加 工 信 息 的 能 力 越 强，从而安全绩效提高得越快。因此，提出假设：
而多层线性模型不需要以方差齐性和随机误差 独立性为前提假设，具有更加广泛的适用性，更适合 于纵向研究［14］。另外，多层线性模型允许缺失值的 存在，在建立第 1 层回归模型时能够最大程度地利 用现有样本的信息［15］，不但允许不同时间间隔的测 量，还允许不同观测对象采用不同的观测时间表，这 一特性使研究者 有 了 更 大 的 便 利 和 灵 活 性［16］。 此 外，多层线性模型允许研究者在不同数据层面上提 出不同假设［17］，例 如，是 否 存 在 着 显 著 的 增 长 或 下 降趋势、不同类型个体的变化速率是否一致、哪些因 素可以预测不同类型个体在变化速率上的差异、不 同类型个体在变化速率上的差异是否得到了足够的 解释等等，能够验证文中在不同层面上的假设。
因此，笔者将通过充分挖掘分析飞机快速存取 记录器（ quick access recorder，QAＲ） 数据和飞行员 心理选拔笔试数据，利用多层线性模型的方法对飞 行员的空间能力与其安全绩效之间的关系展开纵向 研究，以期为民航飞行员的选拔、培训和制定相关标 准提供依据。
1 相关研究工作和研究假设
关于空间 能 力 的 内 涵，学 者 的 认 识 各 有 不 同。 Harwood 等［6］认为，空间能力是对图形的心理操作， 或是获得并易于运用空间想象的能力，或是加工视 觉形状关系的能力。而 Keil［7］认为，空间能力是使 个体能够在空间定位物体，重新安排物体、识别形状 的能力，或是对空间物体内部表征的编码、转换、合 成和识记的能力，以及认知与其他物体和空间位置 的关系，或 是 推 出 视 觉 景 象 的 能 力。而 大 部 分 学 者［8 － 12］认为，空间能力包括准确知觉外界、对知觉 到的客体进行改造和修正，并重建视觉经验的能力， 具体表现为空间视觉化能力、空间定向能力、空间关 系能力。
wenku.baidu.com第25 卷 第8 期 2 015 年8 月
中国安全科学学报 China Safety Science Journal
Vol ． 2 5 No ． 8 Aug ． 2 0 1 5
飞行员的空间能力与其安全绩效的关系研究*
王永刚 教授 李 苗
（ 中国民航大学 安全科学与工程学院，天津 300300）
学科分类与代码： 6206010（ 安全管理工程）
Abstract： Data from both aircraft Quick Access Ｒecorder（ QAＲ） and literary test of pilots＇ psychological selection were analyzed by using of the approach of hierarchical linear model，in order to find the changing trends of pilots＇ safety performance and explore the effects of pilots＇ spatial cognition on their safety performance． Ｒesults showed that pilots＇ safety performance has dropped significantly in the first four years after taking up the job，that the downtrend shows a prominent individual difference and spatial relation ability has a significantly negative effect on the downtrend of pilots＇ safety performance，but spatial visualization ability and spatial orientation ability had no significant effect，and that spatial relation ability has a significantly positive effect on pilots＇ safety performance in one year，but spatial visualization ability and spatial orientation ability had no significant effect． Key words： safety management； pilot； spatial cognition； safety performance；
空间视觉 化 能 力 是 指 表 象 性 地 控 制、旋 转、折 叠、反转二维或三维度图画的能力，它是个体空间能 力差异最稳定的特性之一。飞行员在飞行过程中需 要精准地接收仪表信息以判断飞机状态，这一建立 空间表象 的 过 程 依 赖 于 空 间 视 觉 化 能 力［9］。 当 该 项能力不足时，飞行员失误的可能性大大增加。因 此，提出假设：
空间定向能力包括对视觉刺激模式的元素排列 的理解，以及在呈现的空间构形中能够在方向改变 时保持正确判断的能力。空间定向障碍易造成飞行 错觉，诸如倾斜错觉、俯仰错觉、方位错觉、以及倒飞 错觉等［10］，是 破 坏 飞 行 安 全 的 可 能 因 素。 因 此，提
QAＲ 译码数据按时间序列记录了所有航线飞 行员自入职以来在全部飞行实践中发生的所有安全 等级事件。这些事件是航空公司衡量飞行员安全绩 效的主 要 指 标。 安 全 等 级 事 件 分 为 低 （ low ） 、中 （ medium） 、高（ high） ，其中 high 事件可能造成的后 果最严重。笔者选择了 10 位民航局特聘专家，通过 打分为等级事件赋权值，将飞行员每年安全等级事 件的数量换算为 0 ～ 10 分（ 得分越高安全绩效水平 越高） 以表征其安全绩效水平。
hierarchical linear model
0引言
空间能力是飞行员心理选拔测试项目之一。在 飞行实践中，飞行员不仅要根据仪器显示数据和自 我判断飞机的空间状态，而且还要把当前的飞行状 态清晰地 表 象 出 来，并 与 规 定 的 飞 行 状 态 进 行 比
较［1］，使直接感知与符号认知统一起来［2］。如果不
能正确判断空间位置，飞行员可能会在操纵中发生 人为失误，破坏飞行安全［3］。飞行员应该具备良好
的空间能力，从而节省心理能量用于其他作业，降低 心理工作负荷和失误的危险性［4］。
有学者［5］利 用 统 计 手 段 对 优 秀 飞 行 员 的 认 知
* 文章编号： 1003 － 3033（ 2015） 08 － 0141 － 05； DOI： 10． 16265 / j． cnki． issn1003 － 3033． 2015． 08． 023 收稿日期： 2015 － 05 － 25； 修稿日期： 2015 － 06 － 28
H4： 飞行员的空间能力与其安全绩效提高的速 率正相关。
2 数据来源和研究方法
2． 1 数据来源
根据样本量要求，以 206 名飞行员为研究样本， 将其选拔时期的空间能力作为自变量，其入职 0 ～ 4 a内的安全绩效作为因变量。数据来源于我国某 航空公司及下属 14 家分公司的飞行员心理选拔笔 试档案以及 QAＲ 数据。
中图分类号： X949
文献标志码： A
资助项目： 2015 年民航科技项目计划（ 20150202） 。
【摘 要】 为研究飞行员安全绩效的变化趋势以及飞行员的空间能力与其安全绩效的关系，运用
多层线性模型方法对飞机快速存取记录器（ QAＲ） 数据和飞行员心理选拔笔试数据进行分析。研究
结果表明： 飞行员入职 0 ～ 4 a 内的安全绩效水平呈现显著下降的趋势，且个体差异明显； 空间能力
中的空间关系能力对飞行员的安全绩效下降速率有显著的负向影响，但空间视觉化能力与空间定向
能力的影响不显著。空间关系能力对飞行员入职 0 ～ 1 a 内安全绩效水平的预测效应显著，两者呈
正相关，而空间视觉化能力与空间定向能力的预测效应不显著。
【关键词】 安全管理； 飞行员； 空间能力； 安全绩效； 多层线性模型
2． 2 研究方法
所使用的安全绩效数据为纵向追踪数据，传统 统计技术在处理纵向研究数据时主要采用重复测量 的方差分析或多元回归分析。然而，这 2 种统计手 段都以方差齐性和随机误差独立性为前提，这些假 设很难得到保证，采用传统统计技术可能导致不合 理的、甚至 是 错 误 的 结 论［14］。 另 外，纵 向 研 究 需 要 对同一观测对象做多次追踪观测，很容易出现样本 的流失［15］。传统的统 计 手 段 是 删 除 存 在 缺 失 值 的 观测对象或对其缺失值进行拟合，并且要求所有被 观测对象在相同的时间间隔接受观测，这给纵向研 究增加了额外限制［16］。此外，传统统计手段的功能 主要是比较各次观测结果间差异的显著性或前期观 测结果对后期观测结果的预测程度［17］，存在一定的 局限性。
该航空公司飞行员心理选拔笔试选用的是针对 国内飞行员研发的、具有良好信度和效度的认知能
第8 期
王永刚等： 飞行员的空间能力与其安全绩效的关系研究
·143·
力测试量表［13］，该 测 试 包 含 加 减 法 变 换 运 算、按 字 母规律检出数目、分割图形、判别方向、人体罗盘旋 转 5 部分题项。其中，分割图形表征被试者的空间 视觉能力，判别方向表征被试者的空间定向能力，人 体罗盘旋转表征 被 试 者 的 空 间 关 系 能 力［13］。 笔 者 用上述 3 项的得分 0 ～ 5 分（ 得分越高该项能力越 强） 表征相应的空间能力。
出假设： H2： 飞行员的空间定向能力与其安全绩 效 正
相关。 空间关系能力是解决简单旋转问题的能力，以
及区分目标反射面的能力，即想象一个物体经过空 间旋转会如何显 现 的 能 力［11］。 该 项 能 力 可 以 表 征 空间信息加工速度和加工难度，个体的反应倾向存 在较大的差异。在飞行实践中，旋转是不可避免的 问题，飞行员心理旋转能力不足时，有可能造成人为 失误。因此，提出假设：
Study on relationship between pilots＇ spatial cognition and their safety performance
WANG Yong-gang LI Miao （ School of Safety Science and Engineering，Civil Aviation University of China，Tianjin 300300，China）
·142·
中国安全科学学报 China Safety Science Journal
第25 卷 2015 年
特征进行了分析。结果表明，优秀飞行员的空间能 力高于一般飞行员。其中，安全绩效是评定飞行员 优秀与否的指标之一，但研究并未针对空间能力与 飞行员安全绩效的关系展开分析。还有学者［2 － 4］从 理论上分析了飞行员的空间能力与其飞行中出现人 为差错的关系，认为空间能力低的飞行员产生人为 失误的概率更高。可见，飞行员的空间能力影响其 安全绩效水平的相关研究尚处于理论假设阶段，未 得到实践数据的分析验证，而空间能力对其安全绩 效水平的发展趋势是否有影响，也未见报道。
H3： 飞行员的空间关系能力与其安全绩 效 正 相关。
空间能力依赖于空间信息，是认知推理的一种 形式。认知心理学研究表明［8］，人们在反映三维空 间时形成了一个内部的视觉表象空间体系，按照这 个体系的空间坐标来调节自己在环境中的活动，确 定所知觉的物体空间方位，以及在心理上对物体的 空间关系进行操作。表象一直被看成是知觉的模糊 变式，而图形 旋 转 心 理 操 作 试 验 表 明［11］，由 于 图 形 的转动，2 个图形的方向差别增大，反应时间也相应 地增加。即人们在知觉这 2 个图形时，不仅要觉察 出它们的结构相同，而且还要对它们的转动方向作 进一步的信息加工。在这种情况下，心理上的操作 不只是一个觉察过程，还包括比较、判断、推理和再 认等一系列加工过程［12］。因此，表象不仅仅是知觉 的模糊变式，而是一个认知的过程，也就是说空间能 力可以表征判断、推理、短时记忆等能力。飞行员接 受安全培训、提 高 安 全 绩 效 的 过 程，是 对 信 息 的 接 受、加工的认知过程，会受判断、推理等能力的影响。 飞行员的空 间 能 力 越 高，接 受、加 工 信 息 的 能 力 越 强，从而安全绩效提高得越快。因此，提出假设：
而多层线性模型不需要以方差齐性和随机误差 独立性为前提假设，具有更加广泛的适用性，更适合 于纵向研究［14］。另外，多层线性模型允许缺失值的 存在，在建立第 1 层回归模型时能够最大程度地利 用现有样本的信息［15］，不但允许不同时间间隔的测 量，还允许不同观测对象采用不同的观测时间表，这 一特性使研究者 有 了 更 大 的 便 利 和 灵 活 性［16］。 此 外，多层线性模型允许研究者在不同数据层面上提 出不同假设［17］，例 如，是 否 存 在 着 显 著 的 增 长 或 下 降趋势、不同类型个体的变化速率是否一致、哪些因 素可以预测不同类型个体在变化速率上的差异、不 同类型个体在变化速率上的差异是否得到了足够的 解释等等，能够验证文中在不同层面上的假设。
因此，笔者将通过充分挖掘分析飞机快速存取 记录器（ quick access recorder，QAＲ） 数据和飞行员 心理选拔笔试数据，利用多层线性模型的方法对飞 行员的空间能力与其安全绩效之间的关系展开纵向 研究，以期为民航飞行员的选拔、培训和制定相关标 准提供依据。
1 相关研究工作和研究假设
关于空间 能 力 的 内 涵，学 者 的 认 识 各 有 不 同。 Harwood 等［6］认为，空间能力是对图形的心理操作， 或是获得并易于运用空间想象的能力，或是加工视 觉形状关系的能力。而 Keil［7］认为，空间能力是使 个体能够在空间定位物体，重新安排物体、识别形状 的能力，或是对空间物体内部表征的编码、转换、合 成和识记的能力，以及认知与其他物体和空间位置 的关系，或 是 推 出 视 觉 景 象 的 能 力。而 大 部 分 学 者［8 － 12］认为，空间能力包括准确知觉外界、对知觉 到的客体进行改造和修正，并重建视觉经验的能力， 具体表现为空间视觉化能力、空间定向能力、空间关 系能力。
wenku.baidu.com第25 卷 第8 期 2 015 年8 月
中国安全科学学报 China Safety Science Journal
Vol ． 2 5 No ． 8 Aug ． 2 0 1 5
飞行员的空间能力与其安全绩效的关系研究*
王永刚 教授 李 苗
（ 中国民航大学 安全科学与工程学院，天津 300300）
学科分类与代码： 6206010（ 安全管理工程）
Abstract： Data from both aircraft Quick Access Ｒecorder（ QAＲ） and literary test of pilots＇ psychological selection were analyzed by using of the approach of hierarchical linear model，in order to find the changing trends of pilots＇ safety performance and explore the effects of pilots＇ spatial cognition on their safety performance． Ｒesults showed that pilots＇ safety performance has dropped significantly in the first four years after taking up the job，that the downtrend shows a prominent individual difference and spatial relation ability has a significantly negative effect on the downtrend of pilots＇ safety performance，but spatial visualization ability and spatial orientation ability had no significant effect，and that spatial relation ability has a significantly positive effect on pilots＇ safety performance in one year，but spatial visualization ability and spatial orientation ability had no significant effect． Key words： safety management； pilot； spatial cognition； safety performance；
空间视觉 化 能 力 是 指 表 象 性 地 控 制、旋 转、折 叠、反转二维或三维度图画的能力，它是个体空间能 力差异最稳定的特性之一。飞行员在飞行过程中需 要精准地接收仪表信息以判断飞机状态，这一建立 空间表象 的 过 程 依 赖 于 空 间 视 觉 化 能 力［9］。 当 该 项能力不足时，飞行员失误的可能性大大增加。因 此，提出假设：