基于信号检测论的国际豁免航班飞行员注意特征分析_李敬强.pdf

交通信息与安全2022 年6 期第 40卷总 241期收稿日期：2022-04-19*国家自然科学基金民航联合基金项目（U1933122）、中央高校基础科研业务费项目（3122019186）资助 第一作者（通信作者）简介：李敬强（1976），博士，副研究员.研究方向：航空安全与人为因素.E-mail:基于信号检测论的国际豁免航班飞行员注意特征分析*李敬强张希凝胡超周妍汝刘安南（中国民航大学安全科学与工程学院天津 300300）摘要：疫情期间豁免机组成员值勤期、飞行时间限制的实施办法 要求执行豁免航班（即不过夜休息航班）机组人员应对各种信号具有较高的检测能力。飞行员信号检测能力代表机组人员信息加工能力的准确性与决策效率，高效的信息加工及决策效率能有效保障飞行安全。可见，飞行员选择性注意、持续性警觉与阶段性警觉对飞行安全至关重要。基于信号检测原理，设计了评估飞行员对选择性、持续性、阶段性3种刺激信号判别能力（d）与判断标准（）的测试方法。收集了国内飞往北美洲的豁免与不豁免航班中18名飞行员在飞行过程中对上述3种信号的判断结果，确定了辨别能力与判断标准，绘制了受试者工作特征曲线（ROC）。结果表明：在豁免与否2种模式下，飞行员在去程降落后的疲劳自评感受差异最明显（卡罗琳斯卡嗜睡量表差值=2.333，机组人员状态检查表差值=1.222）；飞行员对选择性信号辨别能力（sig=0.337）与判断标准（sig=0.200）无显著性差异；豁免航班飞行员对持续性信号的辨别能力（d=4.149）高于不豁免航班（d=3.137），判断标准（=0.616）低于不豁免航班（=0.629）；豁免航班中飞行员对阶段性信号判断能力（d=3.916）高于不豁免航班（d=2.994），判断标准无显著性差异（sig=0.262）。总体而言，豁免航班飞行员对3种信号辨别能力高于不豁免航班，判断标准与平均反应时无显著差异。豁免航班飞行员信号检测能力不会对安全运行产生负面影响。关键词：航空安全；飞行员；注意特征；信号检测论；ROC曲线；豁免航班；国际航线中图分类号：X924；B841；V7文献标识码：Adoi:10.3963/j.jssn.1674-4861.2022.06.008Attentional Characteristics of Pilots for International Exempting FlightsBased on Signal Detection TheoryLI JingqiangZHANG XiningHU ChaoZHOU YanruLIUAnnan（Safety Science and Engineering College,Civil Aviation University of China,Tianjin 300300,China）Abstract:Exempting flights are those without providing overnight rest to the pilots,which follow the policy:Implementation Measures for Exempting Crew Members from Duty Period and Flight Time Requirements during COVID-19.Pilots of exempting flights should have a high level of ability to detect various signals The signal detection abilityrepresents the accuracy and efficiency of the crews information processing and decision making,which are effec-tive in ensuring flight safety.A high level of selective attention,tonic alertness and phasic alertness of pilots are ofgreat importance for flight safety.Based on the principle of signal detection,a test method is designed to assess pi-lots sensitivity(d)and bias()of the 3 types of signals.The results of 18 pilots in-flight judgement outcomes ofthree types of signals are collected,pilots are all on domestic exempting and non-exempting flights to North Ameri-ca.Three types of signals sensitivity and bias are calculated,receiver operating characteristic curves(ROC)aredrawn.Finally,the following conclusions are conducted.The difference of self-reported fatigue degree between ex-empting and non-exempting flights is most significant after the outbound flight landing(karolinska sleepiness scales difference=2.333,samn perelli scale s difference=1.222).Sensitivity and bias regarding selective signal show720引言鉴于新冠肺炎疫情在全球的持续蔓延与恶化趋势，根据国家防疫政策的总原则，中国民航局允许我国航空公司经营的国际客/货运航班以豁免的方式运行，最大程度地降低飞行人员的感染GOVID-19的风险。所谓豁免航班，是指在原有机组人数的基础上再增加12套机组，并且取消原定在目的地的过夜休息改为直接飞回出发地的航班。该运行模式导致连续飞行时间成倍增加，使得洲际航线总飞行时间介于2430 h之间，长时间飞行且频繁穿越不同时区对飞行安全带来重要挑战。处于值勤任务中的飞行机组人员需要保持最佳的警觉度对飞行仪表的各类信息进行监测。然而，当前洲际豁免运行模式下飞行员疲劳风险与安全执行任务能力方面的研究较少。因此，豁免航班飞行过程中飞行员的警惕性、疲劳程度、对各种信号的检测能力，以及敏感性等特征对飞行安全的影响亟须进一步研究1-3。研究显示个体在长时间警觉任务中错漏事件发生概率更高，并会随着时间的推移而增加4。飞行过程中，飞行员需要对关键事件信号做出正确反应，这意味着保持警觉和专注可能更具有挑战性，需要付出更多的精神努力5。警惕性下降一方面与观察者区分目标与非目标的能力下降（辨别能力下降）有关，同时，也可能因为观察者的判断标准发生了变化。信号检测论（signal detection theory，SDT）是关于人们在不确定的情况下如何做出决定的理论7。信号检测理论的经典心理物理模型将辨别能力（d）和判断标准（）区分开来8。辨别能力（d）是指感知者辨别各种信号的能力。如表1所示9，判断标准（）是指被试者对接收的信息进行判断的标准或策略。该理论改变了传统上人们对感觉阈限的理解，它说明被试判断刺激是否出现不仅取决于信号的强度，还要看作业的性质以及被试对判断后果的认识。在经典的SDT中，被试的刺激识别有4种结果，分别为：击中（correct detection，CD）、正确否定（cor-rect rejection，CR）、漏报（missed detection，MD）、虚报（false alarm，FA）10。表1SDT结果Tab.1The outcomes of SDT分类实际结果10判断结果1击中（CD）虚报（FA）0漏报（MD）正确否定（CR）信号检测论现代理论认为，警惕性下降是由于信息处理资源的损耗导致被试针对信号与噪音的辨别能力的下降，也有可能是由判断标准的变化。有研究发现，持续注意力的降低是由于的变化，而不受d降低的影响，此外，如果对被试提出不同的要求，如对不同情境表现不同的注意，也会受到显著影响11-12。而且，被试进行测试时期望不同（主试提供奖惩），会受到显著影响，进而影响最终决策13。目前，豁免运行航班是新冠疫情背景下采用的特有客/货运输模式。然而该运行类型是否对飞行员的信号检测能力带来影响尚不明确，是否会影响飞行员信息加工的决策标准尚不清晰。本研究基于信号检测论原理比较豁免与否2种运行中飞行员对选择性、持续性与阶段性信号的感知能力，以期为飞行机组人员疲劳风险管理政策的制定提供参考。1测试方案1.1测试对象在国内至北美洲的往返航班（北京/成都洛杉矶/温哥华）中选择豁免航班与不豁免航班，每个航班上至少有1名飞行员参加本次测试。要求参加测试前3 d飞行员保证正常作息。得到18名飞行员的测试结果，2种航班各9名飞行员，其中各有4名机长，5 名副驾驶。所有飞行员年龄均在 2640 周岁，驾驶机型均为787机型，去程航班离港时间处于no significant difference between exempting and non-exempting pilots(sig=0.337,sig=0.200).The sensitivity totonic signal of exempting pilots(d=4.149)is higher than that of non-exempting pilots(d=3.137),and bias of tonicsignal of exempting pilots(=0.616)is lower than that of non-exempting(=0.629).The sensitivity to phasic sig-nal of exempting pilots(d=3.916)is higher than that of non-exempting pilots(d=2.994),while bias has no signifi-cantly different(sig=0.262).Overall,exempting pilots have higher ability to perceive the three signals than non-ex-empting pilots,while their bias and average reaction time show no significant difference between the two flightmodes.The signal detection ability of pilots on exempting flights does not negatively affect flight safety.Keywords:aviation safety;pilots;attentional characteristics;signal detection theory;ROC curve;exemptingflights;international route基于信号检测论的国际豁免航班飞行员注意特征分析李敬强张希凝胡超周妍汝刘安南73交通信息与安全2022 年6 期第 40卷总 241期北京时间23：0001：00之间。1.2测试工具本研究使用的测试工具为持续绩效测试(contin-uous