楊慶國(guó)

[摘 要]在空中交通仿真中，管制員建模的開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用是不可缺少的。本文介紹了空中交通管制員建模的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，對(duì)空中交通管制員模型的分類進(jìn)行介紹，著重對(duì)其中的認(rèn)知模型和計(jì)算模型進(jìn)行解析，并且對(duì)管制員模型中的認(rèn)知模型進(jìn)行舉例，并結(jié)合實(shí)際進(jìn)行分析。

[關(guān)鍵詞]管制員模型 認(rèn)知模型 計(jì)算模型

中圖分類號(hào)：V355.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）39-0098-01

0 引言

建模與仿真是指構(gòu)造現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)系統(tǒng)的模型和在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真的有關(guān)復(fù)雜活動(dòng)，它主要包括真實(shí)系統(tǒng)、模型和計(jì)算機(jī)等三個(gè)基本部分，同時(shí)考慮三個(gè)基本部分之間的關(guān)系，即建模關(guān)系和仿真關(guān)系[1]。仿真關(guān)系主要關(guān)注的是計(jì)算機(jī)執(zhí)行模型所規(guī)定的指令的真實(shí)性。一個(gè)模型的程序能否真實(shí)地體現(xiàn)模型所具有的內(nèi)涵，稱之為程序的正確性。要驗(yàn)證模型的有效性，需要把模型的行為同真實(shí)系統(tǒng)的行為進(jìn)行比較。這樣，首先要檢驗(yàn)?zāi)Ｐ统绦驅(qū)崿F(xiàn)的正確性，才不會(huì)把程序的問(wèn)題和模型的問(wèn)題混淆起來(lái)。這也要求我們必須懂得仿真過(guò)程，包括仿真機(jī)理和仿真策略。

隨著航空運(yùn)輸業(yè)飛速發(fā)展，空中交通日趨繁忙，空中交通管制的重要性更加突出?？罩薪煌ü苤片F(xiàn)代化的任務(wù)迫在眉捷，空中交通建模仿真的應(yīng)用會(huì)對(duì)航空運(yùn)輸業(yè)得發(fā)展做出突出的貢獻(xiàn)。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

從仿真系統(tǒng)的角度來(lái)看，國(guó)外近幾年來(lái)許多公司開(kāi)發(fā)出了較為成熟的包含空中交通進(jìn)程仿真的空中交通仿真軟件。具有代表性的空管模擬仿真平臺(tái)有美國(guó)研制的X-ATASim系列和ISENA-Interactive Simulator for EN-route and Approach。兩者都能較為清楚地對(duì)管制員模型有一定的研究。

在國(guó)內(nèi)，從仿真系統(tǒng)角度來(lái)看，1993年四川大學(xué)與中國(guó)民航飛行學(xué)院合作研制成功DRS系列雷達(dá)管制模擬機(jī)，1998年廈門(mén)航務(wù)管理站研制了ATC-2000雷達(dá)管制模擬機(jī)，這兩個(gè)系統(tǒng)主要用于進(jìn)近飛行和區(qū)域飛行仿真與訓(xùn)練。然而，這些仿真系統(tǒng)都只注重于大范圍內(nèi)的空中交通仿真而沒(méi)有在小范圍地對(duì)管制員模型進(jìn)行深刻的研究，因此，在國(guó)內(nèi)，管制員模型的建立與研究還應(yīng)當(dāng)更有進(jìn)一步的提高。

2 空中交通管制員建模

2.1 管制員建模的分類

現(xiàn)有的應(yīng)用于交通仿真的空中交通管制員模型將人模型總分為宏觀模型或微觀模型[2]。本章介紹空中交通管制員模型的分類以及對(duì)認(rèn)知模型進(jìn)行剖析。

2.2 管制員的認(rèn)知模型

認(rèn)知型人表現(xiàn)模型明確的涵蓋低級(jí)別的認(rèn)知進(jìn)程，包括注意力資源的分配、人記憶使用情況、情景意識(shí)、決策、感知和運(yùn)動(dòng)能力。五個(gè)典型的ATC應(yīng)用的認(rèn)知模型[3]介紹如下。

（1）ATC認(rèn)知模型（CM-ATC，The Cognitive Model for ATC）概述了基本的認(rèn)知結(jié)構(gòu)組成部分和高級(jí)別的ATC認(rèn)知進(jìn)程中的正式模型。

（2）ATC進(jìn)程預(yù)測(cè)模型（ATC-PPM，The ATC Projection Process Model）是一種高級(jí)別的管制員認(rèn)知進(jìn)程和與環(huán)境交互的正式模型[4]。

（3）機(jī)器集成設(shè)計(jì)和分析系統(tǒng)（MIDAS， Machine Integrated Design and Analysis System）是一種通用仿真工具，為各種虛擬環(huán)境進(jìn)行人為操作的定量和虛擬分析。

（4）程序執(zhí)行架構(gòu)模型（Apex，Architecture for Procedure Execution）是一個(gè)具有近似人的表現(xiàn)的航線空中交通管制員的代理模型。

（5）空中交通管制員表現(xiàn)模型（MOFL， Modellder Fluglotsen Leistungen）是一個(gè)注意力資源模型，設(shè)計(jì)涵蓋航線管制的認(rèn)知活動(dòng)，主要與沖突檢測(cè)和解決（CD&R）任務(wù)有關(guān)。

2.3 管制員的計(jì)算模型

計(jì)算模型應(yīng)用領(lǐng)域知識(shí)，直接對(duì)任務(wù)和業(yè)務(wù)范圍建模，也稱為“任務(wù)分析”模型。計(jì)算型人表現(xiàn)模型能進(jìn)一步細(xì)分成“非限制性觸發(fā)和執(zhí)行模型”和“限制性任務(wù)管理模型”。

2.3.1 觸發(fā)和執(zhí)行模型

該組計(jì)算型人表現(xiàn)模型一經(jīng)觸發(fā)，立即執(zhí)行任務(wù)，無(wú)需考慮當(dāng)前的任務(wù)負(fù)荷，不強(qiáng)加人表現(xiàn)限制在多任務(wù)執(zhí)行中。例如，商業(yè)交通仿真工具總體空域和機(jī)場(chǎng)建模（TAAM，Total Airspace and Airport Modeler）和重組ATC數(shù)學(xué)仿真器（RAMS Plus，Re-organised ATC Mathematical Simulator Plus）。RAMS Plus有一個(gè)加權(quán)任務(wù)分配模型，但其僅僅是作為一個(gè)開(kāi)環(huán)輸出系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行工作量測(cè)量的，因此不會(huì)影響交通仿真本身的時(shí)間線。

2.3.2 任務(wù)管理模型

所有提出的任務(wù)管理型的計(jì)算型人模型都被設(shè)置成周期性的且不間斷的執(zhí)行活動(dòng)。前者的設(shè)計(jì)理念意味著工具不支持并行任務(wù)的執(zhí)行。然而，有實(shí)驗(yàn)證明管制員在語(yǔ)音間隙間定期進(jìn)行監(jiān)控掃描或飛機(jī)交接。后者的理念是僅僅在完成當(dāng)前活動(dòng)后才會(huì)處理（關(guān)鍵）事件。更重要的是，在ATC代理的情況下，高級(jí)別的進(jìn)程周期是不能被打斷的；當(dāng)前進(jìn)程周期中發(fā)生的事件會(huì)在下一周期開(kāi)始時(shí)處理。因此，每個(gè)周期都有一個(gè)最大持續(xù)時(shí)間。這兩種理念可以說(shuō)是現(xiàn)有的“任務(wù)分析”型人表現(xiàn)模型的小缺陷，但是其可能會(huì)成為安全評(píng)估的關(guān)鍵。

3 結(jié)束語(yǔ)

空中交通管制仿真系統(tǒng)是對(duì)真實(shí)的空中交通管制過(guò)程的一個(gè)形象、逼真的模擬，它具有空中交通管制系統(tǒng)提供的幾乎所有的處理空中交通事務(wù)的功能。在空中交通模擬仿真中，管制員模型的研究和應(yīng)用對(duì)以后的空中交通仿真及空管系統(tǒng)的發(fā)展具有重大的意義。本文主要介紹了空中交通管制員模型的概念綜訴，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀以及其中認(rèn)知模型在空中交通管制的應(yīng)用，希望在未來(lái)的空中交通管制中能夠開(kāi)發(fā)與研究管制員模型以及空中交通模擬仿真，讓它能夠能夠應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的民航發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)空中交通管制的現(xiàn)代化、自動(dòng)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 王玲，空中交通管制模擬系統(tǒng)及開(kāi)發(fā)過(guò)程研究，四川大學(xué)，2005.

[2] 趙嶷飛，王健.空中交通流量管理仿真系統(tǒng)方案研究.中國(guó)民航學(xué)院學(xué)報(bào)，2003.

[3] 劉永欣，項(xiàng)恒，空中交通管制員可靠性認(rèn)知模型的應(yīng)用，中國(guó)民航學(xué)院學(xué)報(bào)，2005.

[4] 王琦，面向?qū)ο蟮目罩薪煌ㄟM(jìn)程仿真技術(shù)及其應(yīng)用，中國(guó)民航大學(xué)，2008.endprint