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有人无人驾驶航空器融合运行管制性能影响特征分析

张兴俭 郑文慧 孟令航 赵嶷飞 刘铭远

张兴俭, 郑文慧, 孟令航, 赵嶷飞, 刘铭远. 有人无人驾驶航空器融合运行管制性能影响特征分析[J]. 交通信息与安全, 2026, 44(1): 139-148. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.012
引用本文: 张兴俭, 郑文慧, 孟令航, 赵嶷飞, 刘铭远. 有人无人驾驶航空器融合运行管制性能影响特征分析[J]. 交通信息与安全, 2026, 44(1): 139-148. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.012
ZHANG Xingjian, ZHENG Wenhui, MENG Linghang, ZHAO Yifei, LIU Mingyuan. An Analysis of the Impact Characteristics of Manned and Unmanned Aircraft Integrated Operation on Air Traffic Control Performance[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2026, 44(1): 139-148. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.012
Citation: ZHANG Xingjian, ZHENG Wenhui, MENG Linghang, ZHAO Yifei, LIU Mingyuan. An Analysis of the Impact Characteristics of Manned and Unmanned Aircraft Integrated Operation on Air Traffic Control Performance[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2026, 44(1): 139-148. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.012

有人无人驾驶航空器融合运行管制性能影响特征分析

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2026.01.012
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2022YFB4300904

中央高校基本科研业务费专项资金 3122024027

详细信息
    通讯作者:

    张兴俭(1986—),博士,副教授. 研究方向:空中交通安全、航空安全等. E-mail:xj-zhang@cauc.edu.cn

  • 中图分类号: V279; X949

An Analysis of the Impact Characteristics of Manned and Unmanned Aircraft Integrated Operation on Air Traffic Control Performance

  • 摘要: 随着大型无人驾驶航空器的快速发展,其进入管制空域与有人机融合运行已成为重要发展趋势,且要求无人机主动适应现有管制运行模式,但融合运行可能对管制员管制性能产生何种影响尚不明确,进而制约了相关运行策略的设计。为探究融合运行对管制员管制性能的影响机制,以终端管制区为对象,设计了传统与融合运行2种场景,招募20名管制员开展管制模拟实验,并从交通态势特征、管制员心理、管制表现、管制结果等方面出发,选取空中交通复杂度、心理负荷、情绪、指令数量、完成率、效率和管制成绩7项管制性能指标,运用配对样本t检验对比分析了各指标差异。结果显示:融合运行模式下,多项管制性能显著下降,与传统运行相比,空中交通平均复杂度和最大复杂度分别升高93.81%和32.93%;心理负荷和消极情绪水平分别增长13.78%和20.83%;航向、高度、速度指令数量分别下降6.72%,16.26%和30.79%;完成率、效率和管制成绩分别下降14.47%,8.03%和64.61%。从认知信息处理过程角度看,这些影响呈现出循环迭代、相互作用的综合特征。总体而言,融合运行的影响主要体现在3个方面:①航空器交互关系趋于复杂且具有累积效应,增加了管制指挥难度;②管制员认知与心理负荷加重,消极情绪上升,易引发注意力分配不均、决策延迟等问题;③无人机通信延迟、避让规则等特性易干扰管制运行节奏,从而导致管制性能下降。

     

  • 图  1  终端区结构图

    Figure  1.  Terminal area structure diagram

    图  2  栅格化示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of rasterization

    图  3  复杂度度量示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of the complexity metric

    图  4  平均复杂度分布

    Figure  4.  Average complexity distribution

    图  5  最大复杂度分布

    Figure  5.  Maximum complexity distribution

    图  6  心理负荷得分分布

    Figure  6.  Distribution of mental workload scores

    图  7  情绪得分分布

    Figure  7.  Distribution of emotional scores

    图  8  指令数量分布

    Figure  8.  Number of instructions distribution

    图  9  各项指令占比

    Figure  9.  Percentage distribution of various instructions

    图  10  完成率和航迹效率分布

    Figure  10.  Completion rate and trajectory efficiency distribution

    图  11  管制成绩扣分分布

    Figure  11.  Distribution of demerit points for control scores

    图  12  管制员差错行为影响因素

    Figure  12.  Impact factors of controller error behavior

    图  13  复杂度增长率

    Figure  13.  Complexity growth rate

    图  14  融合运行对管制员认知信息处理过程的影响机制

    Figure  14.  Impact mechanism of integrated operation on controllers'cognitive information processing

    表  1  指标名称及获取途径

    Table  1.   Indicator name and access

    评估内容 指标编号及名称 指标获取方法
      管制过程交通特征 1空中交通复杂度   基于航迹数据及复杂度模型计算
      管制员心理特征 2心理负荷 NASA-TLX量表主观打分
    3情绪 PANAS量表主观打分
    管制指令特征 4航行速度、高度、航向指令数量 指挥过程记录与数据统计
    5任务完成率 基于航迹数据计算
    管制结果特征 6航迹效率   基于航迹数据及效率模型计算
    7管制成绩 管制效果专家评估打分
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    表  2  传统运行与融合运行复杂度配对样本t检验结果

    Table  2.   Results of paired sample t-test for complexity of conventional and integration operations

    实验时间/min 平均复杂度 最大复杂度 实验时间/min 平均复杂度 最大复杂度
    t p t p t p t p
    1 -21.985 0.000*** -4.251 0.000*** 19 -4.913 0.000*** -2.469 0.024*
    2 -11.961 0.000*** -3.555 0.002** 20 -2.689 0.015* -1.970 0.064
    3 -9.076 0.000*** -5.771 0.000*** 21 -2.919 0.009** -3.972 0.001**
    4 -7.565 0.000*** -0.853 0.405 22 -2.803 0.012* -2.703 0.015*
    5 0.876 0.393 -0.347 0.733 23 -5.822 0.000*** -4.582 0.000***
    6 -4.449 0.000*** -2.558 0.020* 24 -5.046 0.000*** -3.925 0.001**
    7 -6.844 0.000*** -3.096 0.006** 25 -5.016 0.000*** -5.137 0.000***
    8 -10.182 0.000*** -1.350 0.194 26 -5.924 0.000*** -4.998 0.000***
    9 -8.545 0.000*** -1.079 0.295 27 -7.640 0.000*** -4.883 0.000***
    10 -3.347 0.004** -1.164 0.260 28 -7.562 0.000*** -4.415 0.000***
    11 -1.367 0.188 -2.032 0.057 29 -7.679 0.000*** -3.591 0.002**
    12 -2.149 0.046* -1.740 0.099 30 -8.431 0.000*** -4.954 0.000***
    13 -0.408 0.688 0.246 0.809 31 -8.697 0.000*** -4.854 0.000***
    14 -7.570 0.000*** -2.488 0.023* 32 -8.215 0.000*** -2.969 0.008**
    15 -7.500 0.000*** -2.676 0.015* 33 -7.739 0.000*** -4.581 0.000***
    16 -9.579 0.000*** -2.666 0.016* 34 -8.370 0.000*** -6.946 0.000***
    17 -5.741 0.000*** -1.730 0.101 35 -9.055 0.000*** -7.052 0.000***
    18 -4.530 0.000*** -1.054 0.306
    注:***代表p < 0.001;** 代表p < 0.01;*代表p < 0.05。
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2025-07-07
  • 网络出版日期:  2026-08-28

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