隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，航空運輸需求日益增長，空中交通流量不斷增加。信息技術(shù)和自動化技術(shù)等在空中交通管理(簡稱“空管”)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，不僅提高了系統(tǒng)的容量，同時也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。作為系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，管制員的行為對于航空運輸安全、高效運行起著至關(guān)重要的作用。在“人-機-環(huán)-管”組成的系統(tǒng)中，管制員通過多種渠道獲取相關(guān)信息并迅速做出決策，指揮航班安全順暢地運行。以往研究主要集中在管制員的工作負(fù)荷和認(rèn)知行為上，而側(cè)重管制員的信息獲取行為的研究很少。管制員在管制過程中主要通過眼睛獲取各種信息，通過語音通信指揮航班在空中或機場運行。因此，研究管制員的眼動行為和語音通信行為對航空運輸安全和效率具有重要的意義。
本書研究管制員眼動行為和語音通信行為，識別管制員信息獲取和輸出的模式，揭示管制員眼動行為與空域行為之間的關(guān)系。通過對管制員與飛行員通信行為的時空特性分析，揭示管制員指揮行為的動力學(xué)機制。
在管制員信息獲取行為方面，通過設(shè)計不同的管制模擬實驗，對管制員眼動行為的內(nèi)在規(guī)律進行研究，發(fā)現(xiàn)管制經(jīng)驗對管制員眼動行為模式具有重要影響，以及管制員的眼動行為與扇區(qū)交通行為之間存在一定的關(guān)系；對管制員信息輸出行為進行研究，發(fā)現(xiàn)管制員語音通信行為的時間特征同樣具有重尾特征；通過提出將通信時間序列轉(zhuǎn)換為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的方法，研究管制員語音通信行為的空間特征，發(fā)現(xiàn)通信行為中存在“鏈狀”和“環(huán)狀”的通信行為模體；發(fā)現(xiàn)管制員通信行為的波動特征可以用泰勒法則進行刻畫。此外，通過分析實證數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)人類在面臨壓力時處理任務(wù)的行為機制與正常狀態(tài)下的行為機制不盡相同。
本書在優(yōu)化航空運輸系統(tǒng)運行、復(fù)雜系統(tǒng)建模和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)等方面具有重要應(yīng)用價值，并且對于深入理解人類行為、擴展人類動力學(xué)研究領(lǐng)域具有重要的理論意義。
本書得到了國家自然科學(xué)基金項目的資助(項目批準(zhǔn)號：U1833126，61773203，61304190)。
第1章 空中交通管理和空中交通管制員行為 1
1.1 空中交通管理系統(tǒng)的重新劃分 1
1.1.1 靜態(tài)子系統(tǒng) 2
1.1.2 動態(tài)子系統(tǒng) 5
1.1.3 人為子系統(tǒng) 5
1.1.4 空中交通管理系統(tǒng)的主要特征 7
1.2 空中交通管制員的角色 7
1.2.1 管制任務(wù) 8
1.2.2 管制員作為一個管制黑盒 9
1.2.3 語音通信 11
1.2.4 通過語音通信的信息擴散 12
1.3 管制員行為研究綜述 13
1.3.1 任務(wù)需求：空域行為 14
1.3.2 內(nèi)部行為：策略管理 14
1.3.3 外部行為：語音通信和性能表現(xiàn) 16
1.3.4 局限性 17
1.4 本章小結(jié) 17
第2章 眼動行為研究相關(guān)基礎(chǔ) 18
2.1 引 言 18
2.2 眼動行為基本類型 18
2.3 眼動行為表征參數(shù) 19
2.3.1 注視行為參數(shù) 19
2.3.2 掃視行為參數(shù) 19
2.3.3 眨眼行為參數(shù) 20
2.4 眼動數(shù)據(jù)區(qū)分算法 20
2.5 航空運輸領(lǐng)域眼動行為相關(guān)研究 22
2.5.1 飛行領(lǐng)域中眼動行為的研究 22
2.5.2 空管領(lǐng)域中眼動行為的研究 23
2.5.3 研究現(xiàn)狀評述 24
2.6 本章小結(jié) 25
第3章 管制專家與新手眼動行為對比 26
3.1 引 言 26
3.2 實驗設(shè)計 26
3.3 結(jié)果分析 29
3.3.1 不同場景下管制員的注視行為分析 29
3.3.2 不同場景下管制員的掃視行為分析 35
3.3.3 管制員眼動行為差異的顯著性分析 41
3.4 本章小結(jié) 44
第4章 管制員眼動行為與工作負(fù)荷的關(guān)系 45
4.1 引 言 45
4.2 實驗設(shè)計 45
4.3 管制員工作負(fù)荷概述 47
4.3.1 管制員工作負(fù)荷定義 47
4.3.2 管制員工作負(fù)荷測量方法 47
4.4 結(jié)果分析 48
4.4.1 不同場景下管制員的工作負(fù)荷 48
4.4.2 場景復(fù)雜性對管制員眼動行為的影響 50
4.4.3 任務(wù)時間對管制員眼動行為的影響 53
4.4.4 管制員眼動行為和工作負(fù)荷的研究結(jié)果 57
4.5 本章小結(jié) 58
第5章 管制員眼動行為與注意力的關(guān)系 59
5.1 引 言 59
5.2 管制員注意力實驗設(shè)計 59
5.2.1 實驗環(huán)境及過程 59
5.2.2 采集儀器 60
5.2.3 實驗采集樣本 61
5.2.4 實驗流程 61
5.2.5 實驗設(shè)備的調(diào)整 61
5.3 數(shù)據(jù)處理方法 62
5.3.1 眼動指標(biāo)區(qū)分算法 62
5.3.2 生理指標(biāo)預(yù)處理 62
5.4 眼動與生理系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性 63
5.5 注意力分配的變化特性 65
5.5.1 眼動及生理指標(biāo)特征 65
5.5.2 顯著性分析 67
5.5.3 多重分形去趨勢波分析 68
5.6 注意力分配的分布特性分析 77
5.6.1 管制場景區(qū)域劃分方法 77
5.6.2 基于K Means聚類的管制區(qū)域劃分 77
5.6.3 眼動行為參數(shù)選取 79
5.6.4 興趣區(qū)內(nèi)視覺特性分析 79
5.7 本章小結(jié) 82
第6章 航空器速度對管制員注意力分配的影響 83
6.1 注意力分配的變化特性 83
6.1.1 眼動及生理指標(biāo)特征 83
6.1.2 顯著性分析 85
6.1.3 多重分形去趨勢波分析 86
6.2 注意力分配的分布特性分析 90
6.2.1 興趣區(qū)內(nèi)視覺特性分析 90
6.2.2 注視熵分析 91
6.3 本章小結(jié) 92
第7章 管制員通信行為的時間特征 93
7.1 引 言 93
7.2 人類行為動力學(xué)研究 93
7.2.1 人類行為動力學(xué)：實證研究 93
7.2.2 人類行為動力學(xué)：模型 94
7.2.3 與管制員行為的對比 95
7.3 管制員通信行為定義 96
7.4 管制員通信行為數(shù)據(jù) 97
7.5 空域行為和管制員通信行為之間的關(guān)聯(lián) 99
7.5.1 通信行為指標(biāo) 99
7.5.2 動態(tài)密度(DD) 99
7.5.3 基于動力學(xué)系統(tǒng)的交通復(fù)雜性 100
7.5.4 關(guān)聯(lián)結(jié)果 100
7.5.5 CNt和TNt之間的相關(guān)性 101
7.5.6 通信、DD和C DSM 之間的相關(guān)性 102
7.6 管制員通信行為的時間特征分析 104
7.6.1 管制員通信行為的周期模式 104
7.6.2 去趨勢波動分析法 105
7.6.3 通信時間間隔分布 106
7.7 管制員通信時間行為特征的心理學(xué)解釋 111
7.8 本章小結(jié) 112
第8章 管制員通信行為的空間特征 113
8.1 引 言 113
8.2 基于抽象結(jié)構(gòu)的管制策略 113
8.3 人類出行行為的一般模式 114
8.4 通信行為空間特征的研究方法 114
8.4.1 將時間序列映射到網(wǎng)絡(luò)的方法 114
8.4.2 網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù) 117
8.5 管制員通信行為數(shù)據(jù) 119
8.6 管制員通信行為的空間特征 121
8.6.1 時間聚合網(wǎng)絡(luò) 121
8.6.2 含時網(wǎng)絡(luò) 124
8.7 本章小結(jié) '3127
第9章 管制員通信行為的波動特征 128
9.1 引 言 128
9.2 波動標(biāo)度 128
9.2.1 時間尺度上的波動標(biāo)度 128
9.2.2 系綜尺度上的波動標(biāo)度 129
9.3 數(shù) 據(jù) 129
9.4 實證結(jié)果 129
9.4.1 時間尺度上的波動標(biāo)度 130
9.4.2 系綜尺度上的波動標(biāo)度 131
9.5 管制員通信行為波動標(biāo)度的解釋 134
9.6 本章小結(jié) 135
第10章 結(jié)論和觀點 136
10.1 管制員行為動力學(xué)研究的意義 136
10.1.1 對于基于模型的空管系統(tǒng)仿真的意義 136
10.1.2 對于認(rèn)知行為研究的意義 136
10.1.3 對于系統(tǒng)設(shè)計的意義 137
10.2 未來可能的研究方向 137
10.2.1 對人類活動的理解 137
10.2.2 復(fù)雜系統(tǒng)的建模 138
參考文獻 139
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