鞠 星， 牛海波， 張賀然， 晁倩倩

(中國自然資源航空物探遙感中心, 北京 100083)

隨著地質(zhì)調(diào)查事業(yè)的飛速發(fā)展,航空物探遙感作業(yè)更為廣泛地應(yīng)用到了地質(zhì)調(diào)查事業(yè)當(dāng)中。隨著航空器飛行規(guī)則的變化和設(shè)備精密程度的不斷提高,航空物探遙感空勤人員的工作內(nèi)容主要集中在設(shè)備維護(hù)和設(shè)備操作兩個方面,因此導(dǎo)致航空物探遙感空勤人員的疲勞現(xiàn)象也越來越不易顯現(xiàn)。通過對航空物探遙感飛行作業(yè)的統(tǒng)計(jì)顯示,由于天氣狀況、空域管制等問題,近五年來每年度內(nèi)可以供航空物探遙感飛行的天數(shù)較五年前的數(shù)據(jù)相比下降了近10%。在這種狀態(tài)下,近年的航空物探遙感飛行過程中仍然出現(xiàn)了機(jī)載儀器掉落等安全事件現(xiàn)象,這些都與航空物探遙感空勤人員未達(dá)到較好的工作狀態(tài)有著重要關(guān)系。

有效地控制并緩解航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)的核心是對航空物探遙感空勤人員的疲勞狀況以及疲勞程度進(jìn)行有效的綜合評價。通過走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn),在執(zhí)行航空物探遙感飛行任務(wù)的單個周期中,影響航空物探遙感空勤人員疲勞的因素有很多,主要涉及人員的心理因素、生理因素、作業(yè)環(huán)境因素等。目前在中國針對航空物探遙感空勤人員的疲勞的控制因素并沒有明確的規(guī)定和相關(guān)的作業(yè)控制條款,因此對上述影響其因素進(jìn)行量化的科學(xué)分析是亟需進(jìn)行的。為此，首先對航空物探遙感空勤人員疲勞的影響因素進(jìn)行具體分析,設(shè)計(jì)出航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)綜合評價指標(biāo)體系；然后基于權(quán)重計(jì)算方法中的熵權(quán)法進(jìn)行計(jì)算,得出各指標(biāo)的權(quán)重?cái)?shù)據(jù)并根據(jù)數(shù)據(jù)排列出關(guān)鍵因素級別等次；最后根據(jù)航空物探遙感空勤人員的主要疲勞因素,通過相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行專業(yè)分析,找到影響因素成因,為下一步如何構(gòu)建預(yù)防和避免疲勞體系打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)體系的建立

1.1 中外研究

目前中國對于空勤人員的研究重點(diǎn)是在軍事領(lǐng)域空軍飛行作業(yè)的空勤人員,研究內(nèi)容主要集中在對于空勤人員疲勞因素的致因和恢復(fù)上。對于導(dǎo)致空勤人員疲勞的研究結(jié)果主要體現(xiàn)為:空勤人員的機(jī)體長期、反復(fù)地受到多種不良因素的影響,會引起一系列心理、生理方面的反應(yīng),對空勤人員的健康和飛行效能造成不同程度的危害和影響[1-2]。出現(xiàn)以疲勞為主要癥狀,并伴隨有生理、心理、免疫 、生化等一系列不同程度的癥狀改變,其特點(diǎn)多呈一種長期持續(xù)疲勞,同時伴有肌肉關(guān)節(jié)疼痛 、失眠及各種精神癥狀等非特異性臨床表現(xiàn)的一組慢性疲勞綜合癥(CFS)的癥候群[3-4]。

歐美國家針對空勤人員的疲勞因素研究較為系統(tǒng),認(rèn)為造成空勤人員疲勞的原因與其具體的從業(yè)性質(zhì)、頻次、任務(wù)質(zhì)量有密不可分的關(guān)系,導(dǎo)致的疲勞因素也各不相同。因此在制定各種疲勞對策時,必須謹(jǐn)慎區(qū)別空勤人員的個體差異。例如對睡眠缺失、睡眠中斷和時區(qū)轉(zhuǎn)換的反應(yīng)各不相同。認(rèn)為研究的重點(diǎn)應(yīng)是確定個體在睡眠調(diào)節(jié)機(jī)制、晝夜節(jié)律、恢復(fù)性睡眠和疲勞對策反應(yīng)方面的差異[5-6]。進(jìn)而研究各種個體因素(生理周期、心理需求、睡眠需求等)對疲勞易感性的影響,以及應(yīng)對措施的有效性,將有助于完善空勤人員的疲勞管理[7]。

1.2 調(diào)查方法

圖1 建立航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)體系設(shè)計(jì)思路Fig.1 Establish the design idea of evaluation index system of aero geophysical survey & remote center flight crew

根據(jù)圖1,在確定能夠?qū)е潞娇瘴锾竭b感空勤人員的疲勞因素后,對中國12名3 a以上從事航空物探和國土資源遙感勘查技術(shù)應(yīng)用、研究、開發(fā)一體化的專業(yè)技術(shù)機(jī)構(gòu)的空勤人員進(jìn)行實(shí)地訪談。每名被訪談?wù)叩脑L談內(nèi)容均針對從業(yè)過程中的疲勞風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行訪談內(nèi)容設(shè)計(jì),訪談時間均在20 min以上。通過對受訪談?wù)叩脑L談資料進(jìn)行整合,提取訪談過程中表述的關(guān)鍵詞,排除反向表述內(nèi)容,確定出現(xiàn)頻度在擬定疲勞因素中頻次較高的因素,最終建立疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)體系。

根據(jù)圖1走訪調(diào)查出的結(jié)果所確定的疲勞因素,設(shè)計(jì)“航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)體系調(diào)查問卷”,通過對多位從事航空物探遙感作業(yè)空勤人員的履歷篩選,確定10名調(diào)查對象,并向10名有10 a以上航空物探遙感空勤作業(yè)經(jīng)驗(yàn)和飛行特情處理經(jīng)驗(yàn)(經(jīng)歷至少一二次特情處理)的專家發(fā)放問卷,要求現(xiàn)場完成問卷調(diào)查,對設(shè)定的各因素進(jìn)行依次打分,其中10名專家提交的打分?jǐn)?shù)據(jù)均為有效數(shù)據(jù)。

1.3 安全事故案例

近十年來,能夠查閱到的中國從事航空物探遙感飛行作業(yè)的重大事故有2起,較大特情事故有2起。本研究選取典型的事故和特情案例,針對造成空勤人員疲勞影響因素進(jìn)行分析。

2008年6月15日,在內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市空域執(zhí)行自治區(qū)航空物探綜合調(diào)查項(xiàng)目任務(wù)的一架Y-12(B-3841)飛機(jī)于下午16時10分后與地面失聯(lián),飛機(jī)在赤峰市巴林左旗碧流合鎮(zhèn)的一座小山墜毀,機(jī)上3名駕駛員遇難,航空物探空勤人員石某經(jīng)搶救后幸存。通過對于石某的口述材料分析,正是嚴(yán)格的遵守了空中作業(yè)空勤安全管理要求和個人強(qiáng)大的心理素質(zhì),才能夠在墜機(jī)事故中得以幸存[8]。事故中航空物探空勤人員雖然幸存,但使得此后執(zhí)行航空作業(yè)的航空物探遙感空勤人員極易產(chǎn)生較大的心理負(fù)擔(dān),尤其在飛行過程中遇到顛簸較大的情況極易產(chǎn)生恐慌,進(jìn)而造成極易產(chǎn)生疲勞的現(xiàn)象。

2017年12月28日,在新疆維吾爾自治區(qū)哈密市空域執(zhí)行航空物探測量項(xiàng)目任務(wù)的一架Y-12(B-3750)飛機(jī)于下午14時45分出現(xiàn)突發(fā)性大幅共振,左側(cè)機(jī)翼安裝的航空物探探桿脫落(探桿未找到,未造成地面損失),飛機(jī)于15時45分安全著陸哈密機(jī)場?；诖舜翁厍?使得航空物探遙感從業(yè)人員在飛行前對于機(jī)載設(shè)備的檢查、安裝工作都倍加謹(jǐn)慎,在飛行過程中對于設(shè)備安全保障和操作壓力劇增,進(jìn)而造成極易產(chǎn)生疲勞的現(xiàn)象。

1.4 疲勞的影響因素

在中外對于航空物探遙感空勤人員的研究較少,由于其涉及了地面和飛行器內(nèi)兩個方面,而飛行器內(nèi)作業(yè)又不涉及飛行器駕駛工作,因此對于航空物探遙感空勤人員的管理多是參照機(jī)務(wù)維修人員進(jìn)行的。然而根據(jù)文獻(xiàn)研究顯示:機(jī)務(wù)維修人員疲勞最主要的兩個因素是睡眠缺失和晝夜生物節(jié)律擾亂[9-10]。如此邏輯類推,在結(jié)合上文所描述的航空物探遙感空勤人員的工作規(guī)律現(xiàn)狀,機(jī)務(wù)維修人員的疲勞因素已經(jīng)無法與航空物探遙感空勤人員相匹配。因此本研究通過上文的2個案例分析和對執(zhí)行航空物探遙感飛行作業(yè)野外工作組的走訪調(diào)查,得出了三個造成航空物探遙感空勤人員疲勞的主要因素。

心理方面,由于航空物探遙感空勤人員通常長期在野外執(zhí)行飛行任務(wù),結(jié)合現(xiàn)有飛行條件,漫長而焦急的等待、沒有家人的陪伴、危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境都使得航空物探遙感空勤人員面臨著疲勞的風(fēng)險(xiǎn)。因此懂得合理的提升情趣、適當(dāng)?shù)淖孕行睦硎鑼?dǎo)對心理方面的影響是非常必要的。

工作環(huán)境方面,隨著航空物探遙感工作內(nèi)容和技術(shù)的發(fā)展趨勢導(dǎo)致,飛行區(qū)域越來越多的集中于艱苦地區(qū),飛行高度越來越低。這就導(dǎo)致航空物探遙感空勤人員需要高頻次的面臨極端工作條件。在飛行器內(nèi)面臨巨大的飛行噪聲、嚴(yán)重的氣流顛簸都會使航空物探遙感空勤人員產(chǎn)生疲勞感。經(jīng)過實(shí)地觀察統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),在每日執(zhí)行1架次以上任務(wù)時,航空物探遙感空勤人員對再次登機(jī)前對外掛機(jī)載設(shè)備的檢查程度大多遠(yuǎn)低于首次飛行,這些都直接關(guān)系到飛行前安全檢查的質(zhì)量。

工作負(fù)荷方面,由于飛行的頻次在降低導(dǎo)致必須保證每次飛行都能夠高效地完成,其次隨著機(jī)載航空物探遙感儀器的精密化對于操作的要求也逐漸變高,就會形成操作上的時間壓力。由于每次作業(yè)的人數(shù)限制,航空物探遙感空勤人員長期在工作中處于效率壓力就會很容易在作業(yè)過程中產(chǎn)生時間壓力。因此航空物探遙感空勤人員在疲勞狀態(tài)下工作將直接影響儀器的準(zhǔn)確操作和數(shù)據(jù)獲得質(zhì)量。

1.5 建立疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)體系

通過走訪調(diào)查多個執(zhí)行航空物探、航空遙感飛行任務(wù)的野外工作組,收集到了大量航空物探遙感空勤人員疲勞影響因素的相關(guān)信息,通過對收集信息的整合,形成了22個能夠?qū)е潞娇瘴锾竭b感空勤人員的疲勞因素。根據(jù)結(jié)果在22個疲勞因素中除去了7個影響較小的疲勞因素,根據(jù)建立評價體系原則建立了一個航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價體系(圖2)。

圖2 航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)體系Fig.2 Evaluation index system of aero geophysical survey & remote center flight crew

2 確定指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法

目前在學(xué)術(shù)界計(jì)算求解指標(biāo)權(quán)重時,通常采用的是主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法。常用的主觀賦權(quán)法主要有Delphi法、層次分析法(AHP)[11]、權(quán)的最小平方法等。客觀賦權(quán)法主要是基于決策矩陣信息的方法來確定指標(biāo)權(quán)重,如主成分分析法[12]、熵權(quán)法和多目標(biāo)規(guī)劃法[13]等。

根據(jù)2016年中國民航大學(xué)民航安全科學(xué)研究所民航局重大專項(xiàng)項(xiàng)目中,孫瑞山教授通過進(jìn)行大量權(quán)重計(jì)算方法比對后,所研究出的最佳計(jì)算疲勞影響因素權(quán)重計(jì)算的研究方法為采用權(quán)的最小平方法和熵權(quán)法將主觀權(quán)重和客觀權(quán)重相結(jié)合,從而得到指標(biāo)的組合權(quán)重。這種將主、客觀賦權(quán)法相結(jié)合的算法,既能針對主、客觀賦權(quán)法的優(yōu)缺點(diǎn),兼顧決策者對指標(biāo)的偏好,又能減少賦權(quán)的主觀隨意性,從而使對指標(biāo)的賦權(quán)達(dá)到主觀與客觀的統(tǒng)一,進(jìn)而使決策結(jié)果更加真實(shí)、可靠[14]。

研究中得出權(quán)的最小平方法的計(jì)算方法[15-16]為

W=C-1e/eTC-1e

(1)

式(1)中：W為排序向量,并滿足CW+λe=0,其中e=(1,1,…,1)T。

研究中得出熵權(quán)法計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的熵權(quán)為[17]

W=(ωj)1×n

(2)

式(2)中：ωj為第j項(xiàng)評價指標(biāo)。

研究中認(rèn)為兩個算法綜合集成可以反映主觀的決策與判斷,因此對兩個算法進(jìn)行了指標(biāo)組合的權(quán)重計(jì)算,為了盡可能讓權(quán)重指標(biāo)之前形成較大的差異,從而體現(xiàn)出重要性,因此選擇乘法計(jì)算指標(biāo)的組合權(quán)重ωj,公式為

(3)

式(3)中：α為最小平方法得到的指標(biāo)主觀權(quán)重向量,β為熵權(quán)法得到的指標(biāo)客觀權(quán)重向量。

3 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

根據(jù)建立航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)體系研究所建立的疲勞風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系,計(jì)算10名專家的打分?jǐn)?shù)據(jù)。通過上文指標(biāo)組合權(quán)重計(jì)算的方法,得出結(jié)果并通過數(shù)據(jù)比較進(jìn)行排序(表1、表2)。

表1 B層因素的指標(biāo)權(quán)重和排序Table 1 Index weight and order of layer B factors

表2 C層因素的指標(biāo)權(quán)重和排序Table 2 Index weight and order of layer C factors

根據(jù)表1、表2的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以分析得出:

(1)個人因素(B1)的權(quán)重指標(biāo)在B類指標(biāo)中最高,其中心理健康(C2)的權(quán)重是所有單項(xiàng)影響因素中最高的,簡單分析這與目前社會、生活壓力有著密不可分的關(guān)系,但由于心理健康涉及人與社會的方方面面,因此需要結(jié)合航空物探遙感空勤人員的作業(yè)環(huán)境、生活環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)評估才能得出最終結(jié)論。

(2)設(shè)備穩(wěn)定性(C12)的權(quán)重指標(biāo)排在所在組的第一位,在所有單項(xiàng)影響因素排在第二位,這與通過本研究對多個航空物探遙感野外工作組的調(diào)查結(jié)果相符。具體是因?yàn)橛捎谀壳澳甓戎芷趦?nèi)飛行架次明顯減少,許多航空物探、航空遙感設(shè)備受到惡劣的空中飛行綜合條件的影響和儀器自身不穩(wěn)定因素,造成設(shè)備在作業(yè)過程中出現(xiàn)不穩(wěn)定因素,進(jìn)而導(dǎo)致飛行數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保障。因此數(shù)據(jù)中飛行條件(C9)、維修負(fù)荷(C13)、溫濕度(C8)在所有權(quán)重因素中權(quán)重值也在綜合排名的前5位。

(3)由于航空物探遙感空勤人員現(xiàn)在所處的作業(yè)環(huán)境因素,工作時間(C10)、工作負(fù)荷(C11)、工具設(shè)備(C15)、睡眠休息(C6)在所在組和綜合排名的位置都是靠后的,這一點(diǎn)表明在傳統(tǒng)慣性思維中對于航空物探遙感空勤人員休息、工時等影響因素已不再是影響其疲勞的重要因素。

4 主要疲勞影響因素分析

4.1 主要疲勞影響因素的提取

通過權(quán)重分析的疲勞影響因素研究,將15個影響因素的排名前8的影響因素設(shè)定為主要影響因素,按順序排列分別為心理健康(C2)、設(shè)備穩(wěn)定性(C12)、飛行條件(C9)、維修負(fù)荷(C13)、溫濕度(C8)、安全防護(hù)保障(C14)、生理健康(C1)、噪聲(C7)。最為直觀的感受就是當(dāng)前航空物探遙感空勤人員的疲勞影響因素并不是傳統(tǒng)的生理疲勞因素[18],而更多地集中在心理疲勞因素?；跈?quán)重分析結(jié)果對多位地質(zhì)勘探行業(yè)的安全管理專家進(jìn)行走訪,在邏輯推理后發(fā)現(xiàn),航空物探遙感空勤人員的主要疲勞因素重點(diǎn)體現(xiàn)在了心理疲勞上。

4.2 心理分析主要方法

基于權(quán)重分析結(jié)果和對航空物探遙感空勤人員生活環(huán)境模擬表述,通過對多位心理學(xué)專家進(jìn)行走訪,得到了結(jié)論基本大致相同:疲勞影響因素中的心理健康(C2)主要體現(xiàn)為航空物探遙感空勤人員的疲勞負(fù)荷。通過對心理負(fù)荷模型構(gòu)建的研究,本研究發(fā)現(xiàn)揚(yáng)斯所建立的心理負(fù)荷模型(圖3),可以較為直觀地分析出航空物探遙感空勤人員的心理負(fù)荷現(xiàn)狀。

圖3 揚(yáng)斯的心理負(fù)荷模型Fig.3 Youngs’ mental load model

在揚(yáng)斯的心理負(fù)荷研究體系中,作業(yè)者工作負(fù)荷是由輸入負(fù)荷、作業(yè)者努力和作業(yè)績效三個基礎(chǔ)部分組成,三者相互關(guān)聯(lián)。輸入負(fù)荷部分由環(huán)境、設(shè)計(jì)/情景和程序三個環(huán)節(jié)組成,對作業(yè)者努力造成的影響則與輸入負(fù)荷和作業(yè)績效都具有關(guān)聯(lián),公式計(jì)算可以推演為[19]

作業(yè)者努力=f(負(fù)荷,作業(yè)者內(nèi)部狀態(tài),

內(nèi)在績效標(biāo)準(zhǔn))

(4)

式(4)中,作業(yè)者的工作狀態(tài)源自許多影響因素,其中主要包括穩(wěn)定因素和變動因素；作業(yè)績效雖然直接取決于作業(yè)者的努力程度,但其最終形成的核心受到了作業(yè)者內(nèi)部特征或變量的影響[20]。與此同時,揚(yáng)斯還在提出心理負(fù)荷模型的基礎(chǔ)上進(jìn)步深入研究,指出輸入負(fù)荷是一個預(yù)定的因素,而績效和努力水平需在人機(jī)系統(tǒng)評價中加以測定。

4.3 心理負(fù)荷分析

之所以航空物探遙感空勤人員的主要疲勞因素源自心理負(fù)荷,與現(xiàn)階段航空物探遙感空勤人員的生活環(huán)境、工作環(huán)境密不可分。根據(jù)模型的構(gòu)造,將其分為生活環(huán)境、工作環(huán)境進(jìn)行分析。

生活環(huán)境中,航空物探遙感空勤人員處于長期與家人分離狀態(tài),生理問題和家人問題突顯,這就導(dǎo)致模型中穩(wěn)定因素長期的影響著從業(yè)人員內(nèi)部特征；同時,由于飛行條件的各類因素導(dǎo)致執(zhí)行任務(wù)需要漫長的等待,在沒有訓(xùn)練、模擬實(shí)操的環(huán)境下突然進(jìn)行空勤作業(yè),就使得在操作時會對心態(tài)等多方面因素產(chǎn)生影響,因此形成了變動因素。

工作環(huán)境中,基于變動因素的出現(xiàn)與作業(yè)績效的影響相互刺激,在飛行頻率有限需要確保每次飛行都必須具有較好的完成度時,導(dǎo)致作業(yè)績效也會嚴(yán)重影響著內(nèi)部特征；由于現(xiàn)如今對于航空物探遙感技術(shù)質(zhì)量的不斷提高,飛機(jī)飛行高度降低,導(dǎo)致震動、噪聲、溫濕度條件變得異常惡劣,使得環(huán)境、設(shè)計(jì)/情景在空勤人員實(shí)施作業(yè)的過程中嚴(yán)重影響輸入負(fù)荷[21-22]；而由于操作設(shè)備運(yùn)行時有存在不穩(wěn)定性頻度較高的現(xiàn)象[23],導(dǎo)致在程序因素中同樣會出現(xiàn)嚴(yán)重影響輸入負(fù)荷的現(xiàn)象。

通過對航空物探遙感空勤人員生活環(huán)境和工作環(huán)境的分析,可以發(fā)現(xiàn)在穩(wěn)定因素、變動因素、作業(yè)績效、輸入負(fù)荷四個層面對作業(yè)者內(nèi)部特征或變量都會造成影響,因此在揚(yáng)斯的心理負(fù)荷理論中,航空物探遙感空勤人員會形成較強(qiáng)的心理負(fù)荷。

5 結(jié)論

(1)通過權(quán)重分析法得出了航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)體系各指標(biāo)的權(quán)重,為下一步編制影響航空物探遙感空勤人員疲勞因素控制措施提供了依據(jù)基礎(chǔ)。

(2)所得出的航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)與傳統(tǒng)觀念中的疲勞影響因素有明顯不同,心理健康、設(shè)備穩(wěn)定性、飛行條件等幾個重要因素是目前航空物探遙感空勤人員主要的疲勞影響因素。

(3)通過心理學(xué)中揚(yáng)斯的心理負(fù)荷理論對航空物探遙感空勤人員主要影響因素分析,穩(wěn)定因素、變動因素、作業(yè)績效、輸入負(fù)荷四個層面對作業(yè)者內(nèi)部特征或變量都會造成影響,形成心理負(fù)荷。因此得出心理因素成為航空物探遙感空勤人員主要疲勞影響的原因。

(4)得出的航空物探遙感空勤人員疲勞風(fēng)險(xiǎn)評價指標(biāo)權(quán)重,可以作為與航空物探遙感空勤人員作業(yè)模式相似領(lǐng)域的影響疲勞因素研究的量化指標(biāo),從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)營單位對空勤人員安全生產(chǎn)工作進(jìn)行科學(xué)管理與評價。