劉永欣，王含柏

（1.中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津 300300；2.民航中南空管局，廣州 510405）

雷達(dá)管制班組協(xié)作模型

劉永欣1，王含柏2

（1.中國民航大學(xué)空中交通管理學(xué)院，天津 300300；2.民航中南空管局，廣州 510405）

空中交通管制班組成員間的協(xié)調(diào)與配合是保證空管安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，利用交互認(rèn)知模型（MBM）構(gòu)建雷達(dá)管制行為中的班組協(xié)作模型，并在雷達(dá)管制模擬機(jī)上對模型進(jìn)行驗(yàn)證，分析了雷達(dá)管制班組協(xié)作中交互認(rèn)知模型、情景意識保持策略及人際溝通方法之間的關(guān)系，為進(jìn)一步研究非常規(guī)情況下的班組協(xié)作模型，以及評估空管系統(tǒng)及管制班組工作績效提供依據(jù)。

空中交通管制；雷達(dá)管制；交互認(rèn)知模型；班組情景意識

空中交通管制是一項(xiàng)需要團(tuán)隊(duì)協(xié)作的工作，良好的管制班組協(xié)作可以極大減輕管制員的工作壓力，且有效防止人為差錯。因此，以當(dāng)前普遍采用的雷達(dá)管制方式為對象，建立班組協(xié)作認(rèn)知模型，將有利于進(jìn)一步研究班組間的行為本質(zhì)，從而為提升班組工作績效提供科學(xué)的理論技術(shù)支持。

在人工智能和認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域中，一些已成體系的知識，如Minsky[1]等人提出的架構(gòu)、代碼或圖示等概念，已廣為人知并得以應(yīng)用。實(shí)踐表明，在空管領(lǐng)域每位管制員的認(rèn)知過程都可用“例行程序”的概念來描述，但這是一個建立在“專家知識”基礎(chǔ)上所形成的心理模式[2]。每項(xiàng)例行程序中包含了對每個具體空中交通場景的描述。對于管制員個體，其認(rèn)知模型是將當(dāng)前空中交通態(tài)勢與例行程序進(jìn)行匹配，進(jìn)而選擇并應(yīng)用相應(yīng)的程序解決問題的過程。

因?yàn)閱T工需要協(xié)作來完成任務(wù)，因此班組表現(xiàn)在核工業(yè)已成為學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)。在核工業(yè)內(nèi)的班組表現(xiàn)研究包含了各式的課題,如人的可靠性對班組組織的影響[3]，通信特性和數(shù)量[4]，人機(jī)界面設(shè)計(jì)和人員等級對班組績效的影響[5]等。這些研究為理解空中交通管制班組績效提供了非常有用的資料。

在航空領(lǐng)域，個人的情景意識已經(jīng)被延伸到班組情景意識（TSA）中。Wellens和Stout[6]已經(jīng)提出了班組情景意識的定義,試圖對班組情景意識進(jìn)行評估。這些情景意識在班組成員中共同享有并且影響了每個班組成員。如Endsley和Jones[7]解釋了班組情景意識包含了每個成員的情景意識和共享的情景意識。但是尚缺乏對于“共享情景意識的概念”和“班組成員如何通過溝通建立班組情景意識”的具體闡釋。因此本文嘗試建立一個基于動態(tài)共享班組情景意識的認(rèn)知模型，研究管制班組的協(xié)調(diào)協(xié)作活動。

1 交互認(rèn)知模型MBM

1.1 MBM模型概念

班組情景意識的認(rèn)知過程可以用交互認(rèn)知模型（mutual belief model，MBM）進(jìn)行描述，因此MBM模型是本文所研究認(rèn)知模型的基礎(chǔ)。Tuomela和Miller[8]介紹了“交互認(rèn)知”的概念。這種利用個體的認(rèn)知狀態(tài)以及相應(yīng)的往復(fù)思想所產(chǎn)生的協(xié)作機(jī)制可以闡明團(tuán)隊(duì)成員共享彼此認(rèn)知的本質(zhì)含義。

Kanno[9]在班組認(rèn)知過程上應(yīng)用了上述理念，提出了交互認(rèn)知模型（MBM）用來表示班組協(xié)作機(jī)制。圖1顯示了班組中2名成員往復(fù)認(rèn)知的過程。理論上，交互認(rèn)知的往復(fù)結(jié)構(gòu)是無限延伸的，但是這里顯示的3層已足以表明現(xiàn)實(shí)管制班組的協(xié)作情況。

圖1 交互認(rèn)知模型Fig.1 Mutual belief model（MBM）

1.2 MBM模型的內(nèi)在聯(lián)系

在MBM模型中，認(rèn)知的實(shí)體是通過同層內(nèi)或不同層之間的幾種交流方式得到的，并以此來維持班組內(nèi)部的協(xié)作。這些交流方式分為4類：語言交流，思維模擬（干預(yù)），補(bǔ)充（推測）和證實(shí)（一致性檢驗(yàn)）。

除了上述4種交流方式之外，以往所從事的MBM模型研究中，提出了下列4種班組情景意識保持的策略：補(bǔ)充個人自身的認(rèn)知過程、補(bǔ)充個人自身的思維模擬、證實(shí)并調(diào)整以保持情景意識一致性以及支持其他成員的思維模擬。

2 雷達(dá)管制班組協(xié)作模型

按照離散認(rèn)知過程，由認(rèn)知主導(dǎo)的管制決策取決于已經(jīng)獲得的班組情景意識。雷達(dá)管制班組協(xié)作模型如圖2所示。

圖2 雷達(dá)管制班組協(xié)作模型Fig.2 Radar control team cooperation model

首先，管制班組中的每名成員獨(dú)立從飛行計(jì)劃、雷達(dá)顯示器以及陸空通話中獲得個人的情景意識。其次，在建立個人情景意識的基礎(chǔ)上，對同伴的意識（交互認(rèn)知模型第2層）以及同伴與他人的交互意識（交互認(rèn)知模型第3層）將會得到進(jìn)一步發(fā)展。此即為發(fā)展班組情景意識交互認(rèn)知的過程。

為了獲得班組情景意識，班組成員首先會嘗試進(jìn)行人際溝通和自我溝通：思維模擬、補(bǔ)充或證實(shí)。這些溝通可以用來發(fā)現(xiàn)和修復(fù)班組情景意識的不一致和不充分的部分。雷達(dá)管制員需要實(shí)時(shí)監(jiān)控雷達(dá)顯示器并與飛行員之間進(jìn)行通話，與此同時(shí)協(xié)調(diào)管制員進(jìn)行與其他扇區(qū)的協(xié)調(diào)工作，以及處理飛行進(jìn)程單，并且關(guān)注雷達(dá)管制員的行為、通話，與雷達(dá)管制員保持一致的情景意識。對情景意識的缺失是由思維模擬或假設(shè)補(bǔ)充引起的，僅憑自我溝通而獲取的班組情景意識是十分有限的，因此人際溝通和自我溝通對獲取班組情景意識缺一不可。

如果自我溝通無法發(fā)展成合理而又充分的班組情景意識，就需要選擇告知，詢問與回答以及觀察促使人與人之間的交流?！案嬷笔钦Z言交流的標(biāo)準(zhǔn)方式，但是如果管制員工作壓力大或者信息相對不重要時(shí)，告知的內(nèi)容可能不會清晰明確。管制員可以從同伴的行為推測其想法而無需語言交流，前提是這個行為是可見的。通常，觀察是低負(fù)荷的工作，結(jié)果并不像語言交流那樣的清晰易懂。當(dāng)管制員想要明確證實(shí)班組情景意識的一致性時(shí)，詢問與回答是合理的交流方法，特別是當(dāng)兩人意見有沖突時(shí)，詢問與回答是解決沖突最直接的方法。

3 雷達(dá)管制班組協(xié)作實(shí)驗(yàn)與分析

3.1 模擬管制環(huán)境

本實(shí)驗(yàn)所使用的空域是模擬的“東方區(qū)域”01號扇區(qū)，如圖3所示。它具有雷達(dá)管制的代表性，完全可以反映出一般情況下的雷達(dá)管制運(yùn)行情況。

圖3 “東方區(qū)域”01號扇區(qū)航路結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Airspace of 01 sector

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

在實(shí)驗(yàn)中，首先通過雷達(dá)模擬機(jī)真實(shí)再現(xiàn)管制班組的工作過程，記錄雷達(dá)管制員與飛行員、雷達(dá)管制員與協(xié)調(diào)管制員之間及協(xié)調(diào)管制員與其他相鄰管制單位協(xié)調(diào)管制員之間的通話,以及全部的飛行數(shù)據(jù)。

其次,挑選出典型的班組成員協(xié)作案例，根據(jù)上述MBM模型分級結(jié)構(gòu)之間的相互作用，以及班組情景意識保持策略，對案例中的通話記錄和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)管制員的指令將已經(jīng)獲得的通話和行為記錄分解成基本單元，確定各個單元與專家知識之間的聯(lián)系。然后依據(jù)離散認(rèn)知的概念推斷出管制班組協(xié)作的認(rèn)知過程。實(shí)驗(yàn)分析的重點(diǎn)為MBM模型中溝通的建立和班組情景意識保持策略的類別,以及MBM模型、班組情景意識保持策略和溝通方式的相關(guān)性。

3.3 實(shí)驗(yàn)過程與分析

選取一個典型案例。A、B兩架進(jìn)場飛機(jī)分別從K11和K12兩個交接點(diǎn)進(jìn)入扇區(qū)，它們要求以20 km的間隔、5 400 m的移交高度移交給東方進(jìn)近，經(jīng)測算，兩機(jī)幾乎同時(shí)到達(dá)交接點(diǎn)ALF。另有離場飛機(jī)C將由進(jìn)近雷達(dá)管制員自移交點(diǎn)ALF移交給區(qū)域雷達(dá)管制員，規(guī)定的移交高度為5 100 m。此外，在A、B之后又相繼有兩機(jī)進(jìn)場，飛機(jī)以20 km的間隔由ALF點(diǎn)移交給進(jìn)近。

雷達(dá)管制員要對A、B兩機(jī)進(jìn)行排序，按照間隔要求移交給進(jìn)近，其次，接管C機(jī)后，其繼續(xù)上升高度時(shí)與后續(xù)進(jìn)場飛機(jī)之間的沖突，因此要考慮解決方案。協(xié)調(diào)管制員要按照雷達(dá)管制員的排序意圖，就A、B兩機(jī)與進(jìn)近管制員提前協(xié)調(diào)，同時(shí)協(xié)助雷達(dá)管制員考慮C機(jī)與其他飛機(jī)之間沖突的解決方案。2名管制員間的協(xié)作過程可在MBM模型基礎(chǔ)上用圖4來表示。

圖4 雷達(dá)管制員與協(xié)調(diào)管制員的協(xié)作流程Fig.4 Cooperation process between radar controller and assistant controller

協(xié)調(diào)管制員根據(jù)自己所具備的情景意識，用思維模擬的方法揣測到雷達(dá)管制員對A、B飛機(jī)排序的意圖，隨后采用詢問的方式對自己的情景意識進(jìn)行補(bǔ)充和校正，詢問的內(nèi)容為“A、B飛機(jī)哪個先移交？”。雷達(dá)管制員聽到詢問，明確協(xié)調(diào)管制員已經(jīng)意識到了雷達(dá)管制員的思維活動，此過程與交互認(rèn)知模型中的第3層相對應(yīng)。協(xié)調(diào)管制員監(jiān)聽到雷達(dá)管制員對A飛機(jī)的減速指令，對管制預(yù)案加以證實(shí)。

雷達(dá)管制員持續(xù)對飛行動態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并發(fā)出相應(yīng)指令保證飛機(jī)之間的安全間隔和順暢運(yùn)行，協(xié)調(diào)管制員根據(jù)雷達(dá)管制員的行為和陸空通話進(jìn)行思維模擬，跟隨雷達(dá)管制員的認(rèn)知變化過程，保持情景意識的一致性。

雷達(dá)管制員意識到了C飛機(jī)如按預(yù)定移交高度5 100 m移交，將造成被后續(xù)進(jìn)場飛機(jī)壓制高度的問題，并將此告知協(xié)調(diào)管制員，以求對情景意識的證實(shí)。協(xié)調(diào)管制員意識到此問題，根據(jù)已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，向雷達(dá)管制員提出建議，與進(jìn)近協(xié)調(diào)，提前接管C飛機(jī)。雷達(dá)管制員對協(xié)調(diào)管制員提出的解決方案表示同意，并考慮提前上升到的高度。此時(shí)，2名管制員獲得了班組情景意識的一致性。

從以上案例分析中，可以看出2名管制員在形成班組情景意識前具體的交互和溝通策略，這些策略與交互認(rèn)知模型中的描述是一致的。

3.4 班組交互中的人際溝通

交互認(rèn)知模型中人際溝通只定義了語言交流，但從整個過程來看，管制員經(jīng)常通過觀察同伴的行為來獲取信息。因此，根據(jù)信息的提供和獲取行為，人際溝通可以分成“告知”、“詢問與回答”和“觀察”3類，他們與交互認(rèn)知模型中的語言交流是對應(yīng)的。

圖5顯示了MBM模型/班組情景意識保持策略與3種人際溝通方法之間的關(guān)系?？梢钥闯?，觀察同伴的行為通常會引發(fā)思維模擬去推測同伴的想法。對于證實(shí)和保持班組情景意識的一致性而言，“告知”是用于證實(shí)并調(diào)整情景意識一致性中使用最為常用的方法，同時(shí)也是支持同伴思維模擬的主要手段?！霸儐柵c回答”較其他溝通方法而言使用較少，但它對班組情景意識保持的每個策略都有影響?！霸儐枴笔菫榱溯o助個人的感知、思維模擬等認(rèn)知過程，同時(shí)也用來證實(shí)班組情景意識的一致性或支持同伴的思維模擬，相應(yīng)的，聽者也能從詢問者的問題中推斷出他的意圖。

圖5 交互認(rèn)知模型/班組情景意識保持策略/ 3種人際溝通方法之間的關(guān)系Fig.5 Relationship between MBM team situation awareness and communication methods

4 結(jié)語

利用MBM模型解釋了雷達(dá)管制中班組協(xié)作的過程，并建立了雷達(dá)管制班組協(xié)作模型，通過雷達(dá)模擬機(jī)實(shí)驗(yàn)記錄并分析了班組協(xié)作過程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了基于MBM模型建立的管制班組協(xié)作模型是可行的。從而可對進(jìn)一步提高班組整體績效水平提供理論依據(jù)，以及為開展空管系統(tǒng)評估打下理論基礎(chǔ)。

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（責(zé)任編輯：黃 月）

Model of radar control team cooperation

LIU Yong-xin1，WANG Han-bo2
（1.College of Air Traffic Management，CAUC，Tianjin 300300，China；2.Middle South Regional Air Traffic Management Sub-Bureau，CAAC，Guangzhou 510405，China）

The cooperation and coordination of air traffic controller teams are a vital part for ensuring the safe operation of air traffic control.Using mutual belief model（MBM），the cooperation model of radar control is developed.The validity of the model is verified by radar control simulator.The MBM in the cooperation of radar controller teams and the relationships between the strategy of maintaining situation awareness and communication approaches are analyzed，which will promote the further research of team cooperation model in abnormal situations.Besides,the outcomes also provide evidence of the assessment of air traffic control system and the performance of controller teams.

air traffic control；radar control；mutual belief model；team situation awareness

V355

：A

：1674-5590（2014）04-0005-04

2013-05-15；

：2013-08-25

：中國民航大學(xué)科研基金項(xiàng)目(2010kyE06)

劉永欣（1978—），男，天津人，講師，碩士，研究方向?yàn)榭罩薪煌ü芾?