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[摘 要]在空中交通仿真中，管制员建模的开发及其应用是不可缺少的。本文介绍了空中交通管制员建模的国内外现状，对空中交通管制员模型的分类进行介绍，着重对其中的认知模型和计算模型进行解析，并且对管制员模型中的认知模型进行举例，并结合实际进行分析。
[关键词]管制员模型 认知模型 计算模型
中图分类号：V355.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0098-01
0 引言
建模与仿真是指构造现实世界真实系统的模型和在计算机上进行仿真的有关复杂活动，它主要包括真实系统、模型和计算机等三个基本部分，同时考虑三个基本部分之间的关系，即建模关系和仿真关系[1]。仿真关系主要关注的是计算机执行模型所规定的指令的真实性。一个模型的程序能否真实地体现模型所具有的内涵，称之为程序的正确性。要验证模型的有效性，需要把模型的行为同真实系统的行为进行比较。这样，首先要检验模型程序实现的正确性，才不会把程序的问题和模型的问题混淆起来。这也要求我们必须懂得仿真过程，包括仿真机理和仿真策略。
随着航空运输业飞速发展，空中交通日趋繁忙，空中交通管制的重要性更加突出。空中交通管制现代化的任务迫在眉捷，空中交通建模仿真的应用会对航空运输业得发展做出突出的贡献。
1 国内外研究现状
从仿真系统的角度来看，国外近几年来许多公司开发出了较为成熟的包含空中交通进程仿真的空中交通仿真软件。具有代表性的空管模拟仿真平台有美国研制的X-ATASim系列和ISENA-Interactive Simulator for EN-route and Approach。两者都能较为清楚地对管制员模型有一定的研究。
在国内，从仿真系统角度来看，1993年四川大学与中国民航飞行学院合作研制成功DRS系列雷达管制模拟机，1998年厦门航务管理站研制了ATC-2000雷达管制模拟机，这两个系统主要用于进近飞行和区域飞行仿真与训练。然而，这些仿真系统都只注重于大范围内的空中交通仿真而没有在小范围地对管制员模型进行深刻的研究，因此，在国内，管制员模型的建立与研究还应当更有进一步的提高。
2 空中交通管制员建模
2.1 管制員建模的分类
现有的应用于交通仿真的空中交通管制员模型将人模型总分为宏观模型或微观模型[2]。本章介绍空中交通管制员模型的分类以及对认知模型进行剖析。
2.2 管制员的认知模型
认知型人表现模型明确的涵盖低级别的认知进程，包括注意力资源的分配、人记忆使用情况、情景意识、决策、感知和运动能力。五个典型的ATC应用的认知模型[3]介绍如下。
（1）ATC认知模型（CM-ATC，The Cognitive Model for ATC）概述了基本的认知结构组成部分和高级别的ATC认知进程中的正式模型。
（2）ATC进程预测模型（ATC-PPM，The ATC Projection Process Model）是一种高级别的管制员认知进程和与环境交互的正式模型[4]。
（3）机器集成设计和分析系统（MIDAS， Machine Integrated Design and Analysis System）是一种通用仿真工具，为各种虚拟环境进行人为操作的定量和虚拟分析。
（4）程序执行架构模型（Apex，Architecture for Procedure Execution）是一个具有近似人的表现的航线空中交通管制员的代理模型。
（5）空中交通管制员表现模型（MOFL， Modellder Fluglotsen Leistungen）是一个注意力资源模型，设计涵盖航线管制的认知活动，主要与冲突检测和解决（CD&R）任务有关。
2.3 管制员的计算模型
计算模型应用领域知识，直接对任务和业务范围建模，也称为“任务分析”模型。计算型人表现模型能进一步细分成“非限制性触发和执行模型”和“限制性任务管理模型”。
2.3.1 触发和执行模型
该组计算型人表现模型一经触发，立即执行任务，无需考虑当前的任务负荷，不强加人表现限制在多任务执行中。例如，商业交通仿真工具总体空域和机场建模（TAAM，Total Airspace and Airport Modeler）和重组ATC数学仿真器（RAMS Plus，Re-organised ATC Mathematical Simulator Plus）。RAMS Plus有一个加权任务分配模型，但其仅仅是作为一个开环输出系统来进行工作量测量的，因此不会影响交通仿真本身的时间线。
2.3.2 任务管理模型
所有提出的任务管理型的计算型人模型都被设置成周期性的且不间断的执行活动。前者的设计理念意味着工具不支持并行任务的执行。然而，有实验证明管制员在语音间隙间定期进行监控扫描或飞机交接。后者的理念是仅仅在完成当前活动后才会处理（关键）事件。更重要的是，在ATC代理的情况下，高级别的进程周期是不能被打断的；当前进程周期中发生的事件会在下一周期开始时处理。因此，每个周期都有一个最大持续时间。这两种理念可以说是现有的“任务分析”型人表现模型的小缺陷，但是其可能会成为安全评估的关键。
3 结束语
空中交通管制仿真系统是对真实的空中交通管制过程的一个形象、逼真的模拟，它具有空中交通管制系统提供的几乎所有的处理空中交通事务的功能。在空中交通模拟仿真中，管制员模型的研究和应用对以后的空中交通仿真及空管系统的发展具有重大的意义。本文主要介绍了空中交通管制员模型的概念综诉，国内外现状以及其中认知模型在空中交通管制的应用，希望在未来的空中交通管制中能够开发与研究管制员模型以及空中交通模拟仿真，让它能够能够应用于国内外的民航发展，真正实现空中交通管制的现代化、自动化。
参考文献
[1] 王玲，空中交通管制模拟系统及开发过程研究，四川大学，2005.
[2] 赵嶷飞，王健.空中交通流量管理仿真系统方案研究.中国民航学院学报，2003.
[3] 刘永欣，项恒，空中交通管制员可靠性认知模型的应用，中国民航学院学报，2005.
[4] 王琦，面向对象的空中交通进程仿真技术及其应用，中国民航大学，2008.
[关键词]管制员模型 认知模型 计算模型
中图分类号：V355.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0098-01
0 引言
建模与仿真是指构造现实世界真实系统的模型和在计算机上进行仿真的有关复杂活动，它主要包括真实系统、模型和计算机等三个基本部分，同时考虑三个基本部分之间的关系，即建模关系和仿真关系[1]。仿真关系主要关注的是计算机执行模型所规定的指令的真实性。一个模型的程序能否真实地体现模型所具有的内涵，称之为程序的正确性。要验证模型的有效性，需要把模型的行为同真实系统的行为进行比较。这样，首先要检验模型程序实现的正确性，才不会把程序的问题和模型的问题混淆起来。这也要求我们必须懂得仿真过程，包括仿真机理和仿真策略。
随着航空运输业飞速发展，空中交通日趋繁忙，空中交通管制的重要性更加突出。空中交通管制现代化的任务迫在眉捷，空中交通建模仿真的应用会对航空运输业得发展做出突出的贡献。
1 国内外研究现状
从仿真系统的角度来看，国外近几年来许多公司开发出了较为成熟的包含空中交通进程仿真的空中交通仿真软件。具有代表性的空管模拟仿真平台有美国研制的X-ATASim系列和ISENA-Interactive Simulator for EN-route and Approach。两者都能较为清楚地对管制员模型有一定的研究。
在国内，从仿真系统角度来看，1993年四川大学与中国民航飞行学院合作研制成功DRS系列雷达管制模拟机，1998年厦门航务管理站研制了ATC-2000雷达管制模拟机，这两个系统主要用于进近飞行和区域飞行仿真与训练。然而，这些仿真系统都只注重于大范围内的空中交通仿真而没有在小范围地对管制员模型进行深刻的研究，因此，在国内，管制员模型的建立与研究还应当更有进一步的提高。
2 空中交通管制员建模
2.1 管制員建模的分类
现有的应用于交通仿真的空中交通管制员模型将人模型总分为宏观模型或微观模型[2]。本章介绍空中交通管制员模型的分类以及对认知模型进行剖析。
2.2 管制员的认知模型
认知型人表现模型明确的涵盖低级别的认知进程，包括注意力资源的分配、人记忆使用情况、情景意识、决策、感知和运动能力。五个典型的ATC应用的认知模型[3]介绍如下。
（1）ATC认知模型（CM-ATC，The Cognitive Model for ATC）概述了基本的认知结构组成部分和高级别的ATC认知进程中的正式模型。
（2）ATC进程预测模型（ATC-PPM，The ATC Projection Process Model）是一种高级别的管制员认知进程和与环境交互的正式模型[4]。
（3）机器集成设计和分析系统（MIDAS， Machine Integrated Design and Analysis System）是一种通用仿真工具，为各种虚拟环境进行人为操作的定量和虚拟分析。
（4）程序执行架构模型（Apex，Architecture for Procedure Execution）是一个具有近似人的表现的航线空中交通管制员的代理模型。
（5）空中交通管制员表现模型（MOFL， Modellder Fluglotsen Leistungen）是一个注意力资源模型，设计涵盖航线管制的认知活动，主要与冲突检测和解决（CD&R）任务有关。
2.3 管制员的计算模型
计算模型应用领域知识，直接对任务和业务范围建模，也称为“任务分析”模型。计算型人表现模型能进一步细分成“非限制性触发和执行模型”和“限制性任务管理模型”。
2.3.1 触发和执行模型
该组计算型人表现模型一经触发，立即执行任务，无需考虑当前的任务负荷，不强加人表现限制在多任务执行中。例如，商业交通仿真工具总体空域和机场建模（TAAM，Total Airspace and Airport Modeler）和重组ATC数学仿真器（RAMS Plus，Re-organised ATC Mathematical Simulator Plus）。RAMS Plus有一个加权任务分配模型，但其仅仅是作为一个开环输出系统来进行工作量测量的，因此不会影响交通仿真本身的时间线。
2.3.2 任务管理模型
所有提出的任务管理型的计算型人模型都被设置成周期性的且不间断的执行活动。前者的设计理念意味着工具不支持并行任务的执行。然而，有实验证明管制员在语音间隙间定期进行监控扫描或飞机交接。后者的理念是仅仅在完成当前活动后才会处理（关键）事件。更重要的是，在ATC代理的情况下，高级别的进程周期是不能被打断的；当前进程周期中发生的事件会在下一周期开始时处理。因此，每个周期都有一个最大持续时间。这两种理念可以说是现有的“任务分析”型人表现模型的小缺陷，但是其可能会成为安全评估的关键。
3 结束语
空中交通管制仿真系统是对真实的空中交通管制过程的一个形象、逼真的模拟，它具有空中交通管制系统提供的几乎所有的处理空中交通事务的功能。在空中交通模拟仿真中，管制员模型的研究和应用对以后的空中交通仿真及空管系统的发展具有重大的意义。本文主要介绍了空中交通管制员模型的概念综诉，国内外现状以及其中认知模型在空中交通管制的应用，希望在未来的空中交通管制中能够开发与研究管制员模型以及空中交通模拟仿真，让它能够能够应用于国内外的民航发展，真正实现空中交通管制的现代化、自动化。
参考文献
[1] 王玲，空中交通管制模拟系统及开发过程研究，四川大学，2005.
[2] 赵嶷飞，王健.空中交通流量管理仿真系统方案研究.中国民航学院学报，2003.
[3] 刘永欣，项恒，空中交通管制员可靠性认知模型的应用，中国民航学院学报，2005.
[4] 王琦，面向对象的空中交通进程仿真技术及其应用，中国民航大学，2008.