飞行中的动态监控

作者：飞行部十大队陈新
关键词：视觉扫描、T型仪表、注意力、AOV、工作负荷
一、引言
现代航空器高度自动化的驾驶舱降低了飞行员工作负荷、提升了运行效率，更让飞行员的角色从操纵者转变为管理者，飞行监控则是实现有效管理的重要前提。现代驾驶舱里的飞行监控不应仅被理解为固定的视觉扫描，而应被视为受到飞行阶段、任务价值、预期和有限注意力资源共同约束的动态注意力分配过程。过往的不安全事件调查显示，监控不足是众多不安全事件的一大重要诱因。
2014年举办的第67届国际航空安全峰会上，飞行安全基金会发布了《A Practical Guide for Improving Flight Path Monitoring》[ 飞行安全基金会（Flight Safety Foundation，FSF）成立于 1945 年，总部位于美国弗吉尼亚州亚历山大市，是一家独立、非营利的国际航空安全智库组织。FSF 作为观察员深度参与国际民航组织 ICAO 相关专家组，大量行业最佳实践被 ICAO 吸收、引用，用于完善全球民航指导性文件。《A Practical Guide for Improving Flight Path Monitoring（飞行航径监控提升指南）》正是 FSF 主动飞行监控工作组（APM WG）产出的代表性人因专题报告。工作组设立的提议来源于 2012 年首届航空业人为因素圆桌会议，由 FSF 承担工作组托管、技术协调、成果编撰与公开发布，集合航司、飞行员协会、监管机构、科研院所、航空器制造商多方专家共同完成；]，就飞行员监控不足引发的不安全事件进行统计分析，并提供了多种提升飞行监控的建议措施。作为航空安全领域较早针对飞行航径监控问题形成的系统性行业指南之一，该报告体现了当时航空业对“监控失效”这一人因安全问题的高度关注，也标志着飞行航径监控逐渐从传统的操作要求上升为航空安全和人因研究的重要议题。
本文以该报告为基础，借鉴飞行航径偏离易发阶段AOV[ AOV - Area of Vulnerability to flight path deviation“飞行航径偏离易发阶段”，《飞行航径监控提升指南》提出的核心概念之一。本文沿用报告中与飞行阶段相关的具体含义。]建立动态监控思路，尝试回答三个问题：第一，为什么传统固定式视觉扫描难以完全满足现代驾驶舱监控需求；第二，如何在不同情境下对监控对象的动态注意力分配；第三，不同飞行阶段如何影响飞行员的监控需求，并进一步通过机组协作和眼动追踪将这一理论应用于训练和评估。

图1：飞行航径监控提升指南

二、驾驶舱设计的变化带来的监控需求变化
2.1 视觉扫描的发展
飞行早期，飞行员主要依靠外部目视参考与本体感觉判断飞机状态，没有飞行仪表，易发生空间定向错误。随着航空业的发展，飞行仪表成为飞行员判断与操纵飞机的重要依据，并发展出使用Basic-T扫视方法的标准化“六联表”布局。这种标准化的配置不仅缩短了飞行员培训时间，还使飞行员更容易在不同机型之间进行切换。这一时期的视觉扫描具有较强的结构化特征，其基本思想可以概括为：以主要飞行参数为中心，通过周期性扫描获取其他参数。随着电子飞行仪表系统（EFIS）和自动飞行系统进入驾驶舱，传统独立仪表逐渐被取代，驾驶舱有限的空间内可以提供更多飞行、导航、飞机系统和自动化信息。

图2： 基本T型仪表布局
基于上述变化，本文认为，现代驾驶舱中的视觉扫描已不宜仅理解为固定仪表之间的周期性扫视，而应进一步理解为由任务目标、系统状态和飞行员预期共同驱动的动态视觉注意力分配过程。

图3:B737MAX 驾驶舱
2.2 自动化对监控模式的影响
驾驶舱的集成化电子显示改变了信息呈现方式，与之相应，自动化的发展则带来了新的信息种类。传统飞行中，飞行员主要关注姿态、空速、高度、航向以及垂直航径；在现代自动化驾驶舱中，还必须关注自动化模式、FMA、导航模式、飞行指引以及系统实际行为是否符合预期。
因此，自动化并不是简单地减少飞行员的工作，而是改变了监控任务的性质。值得注意的是，FSF报告[ 即《A Practical Guide for Improving Flight Path Monitoring（飞行航径监控提升指南）》；]显示，飞行员往往将注意力集中于飞机的当前状态，却没有充分监控自动化系统的模式变化。这也是为什么现代飞行监控必须从单纯的“飞机参数监控”进一步扩展到飞机状态、自动飞行系统状态和预期行为的综合监控。
三、监控与注意力分配
有效监控是一个连续的信息加工过程，依次经历视觉扫描、信息发现、信息觉察、信息理解、状态判断、行动等环节，这一流程的任一环节出现问题都会让监控失去意义。因此，单纯增加扫描次数并不一定能够提高监控效果。
3.1 工作负荷与注意力资源
人的注意力和工作记忆资源是有限的，在高工作负荷、压力和疲劳条件下，可用于监控的认知资源会进一步受到限制。当工作负荷增加时，飞行员易出现扫描范围缩小、采样率[ 采样率是指飞行员将其视觉和注意力集中于飞行航径相关的各项飞行参数的频率。]下降、注意力集中于少数任务，以及对外围信息的注意能力下降。因此监控需求增加不意味着飞行员可以无限增加扫描频次，当任务数量和工作负荷达到一定程度后，必须进行监控优先级排序和资源重新分配。
3.2 预测式监控与反应式监控
注意力的分配方式既受外部刺激特征的影响，也受飞行员心理模型和任务预期的影响。在威胁与差错管理框架中，这两种注意力分配的驱动方式可以概括为：
反应式监控（Reactive Monitoring）：异常出现 → 注意到异常 → 识别 → 采取纠正措施。
例如，飞行中主警戒灯亮起，飞行员根据系统信号牌面板显示引导识别故障，并进行相应的处置。
预测式监控（Predictive Monitoring）：当前状态 → 建立预期 → 预测可能变化 → 主动采样 → 比较实际与预期状态。
例如，通过ND显示的航迹以及飞机的速度，预判转弯坡度有大于30°的可能，需提升对坡度的监控频率，并视情况进行提前干预。
以上两种监控模式应形成互补，而非相互替代。对于现代驾驶舱而言，预测式监控的作用应更为重要，它要求飞行员基于对当前飞行状态和系统行为的预期，主动确定需要关注的信息，并提前识别潜在的威胁和偏差，是保持良好情景意识的重要手段。
四、AOV与动态监控
4.1 AOV与飞行航径偏离风险
不同飞行阶段具有不同的任务特征和风险，飞行员不应在整个飞行过程中保持完全相同的视觉扫描模式。现有的眼动研究也显示，飞行阶段和飞行任务会明显影响PF和PM的注意力分配。因此，我们应根据不同飞行阶段的任务特点采取有针对性的监控策略和机组协作。
FSF发布的《飞行航径监控提升指南》中提出了飞行航径偏离易发阶段（AOV-Area of Vulnerability to flight path deviation）的概念：每次飞行均存在若干可预判的高风险阶段， 此阶段发生飞行航径偏离的概率显著上升，需要合理开展任务分配与工作负荷管理。需注意的是这里的飞行航径概念界定范围较广，包括飞行轨迹与能量状态、推力设置以及直接影响飞行航径的自动化系统。不同飞行阶段发生飞行航径偏离的可能性及其后果并不相同，基于这一风险差异，飞行员的监控需求和监控策略也应随AOV风险变化而动态调整。

图4: 飞行剖面AOV示例
这里的“近地阶段”在原文中提出由航司按需掌握，但需满足以下两条：（a）离地高度 1500 ft；（b）若飞行航迹周边 5 NM范围内存在地形威胁，则采用对应地形警戒高度。本文建议的“近地阶段”为：离场阶段低于所在扇区最低扇区高度的飞行阶段；进近阶段下降至仪表进近程序IAF点高度限制以下，或雷达引导时低于所在扇区最低扇区高度的飞行阶段；其他飞行阶段可按照飞行航迹左右5NM内存在潜在地形威胁掌握。
低风险阶段（Low AOV）
图中绿色区域代表航空器飞行航径偏离风险最低阶段。此阶段空中或地面航迹状态稳定，即便出现偏差，机组也拥有充足时间识别并修正。
-地面运行期间，航空器停稳并设置停留刹车时属于低风险阶段，机组只需设置停留刹车， 即可人为创造低风险绿色区间。
-巡航平直飞行阶段为低风险阶段。
中等风险阶段（Medium AOV）
图中黄色区域代表航空器飞行航径偏离中等风险阶段。该类航段内机组识别、修正空中或地面航径偏差的可用时间有限。
不涉及接近、横穿、进入、脱离在用跑道的滑行阶段，属于中等风险阶段。
爬升、下降全程为中等风险阶段。
部分10000ft以下飞行属于中等风险阶段。
高风险阶段（High AOV）
图中的红色区域代表航空器飞行航径偏离最高风险阶段。这类航段内航径处于变化状态，一旦发生航径偏离，将即刻引发严重安全后果。在高风险阶段，机组识别并修正偏差的可用时间十分有限。
-地面阶段：接近、横穿、进入或脱离在用跑道，以及在狭窄区域滑行、靠近障碍物滑行时，均为高风险阶段。
-空中阶段：起始爬升或下降、距改平高度1000ft以内、转弯、调整速度或变更飞机构型时，均为高风险阶段。
-空中阶段：近地飞行或飞行高度低于周边地形高度时，为高风险阶段。
掌握各类风险阶段划分后，采用对应的监控采样频次。目前没有客观量化数值标准， 用以界定高、中、低三档扫视采样频次，采样频次可按照以下简化定义：
-常规采样频次：等同于人工操纵航空器平直飞行时所需的仪表扫视频率。
-较高采样频次：人工操纵航空器，即将出现航迹或能量变化时采用的扫视频率（例如临近转弯点、改平高度、构型切换点）。
-高频采样频次：人工操纵航空器，正在执行大幅航迹或能量调整时采用的扫视频率。

图5: AOV风险等级及推荐行为对照表（飞行航径概念包括飞行轨迹与能量状态、推力设置以及直接影响飞行航径的自动化系统。）
风险等级变化后，飞行员需要调整监控对象、采样时机、关键参数的扫视频次以及PF/PM之间的任务分配。为了避免飞行员在实际运行中因主观感知偏差而延迟调整监控策略，可将AOV风险等级嵌入飞行程序，为机组管控相应风险提供支持。

4.2 非正常情况下的监控
非正常情况会增加飞行机组的工作负荷和压力，改变AOV的风险等级，飞行员不仅需要继续处理与其当前飞行阶段相关的常规任务，还需同时处理一系列额外任务。此时，飞行员应尽量降低当前AOV风险等级，以减少飞行航径监控的风险权重，减轻整体工作负荷。例如，在进近阶段（高AOV）发生非正常情况时，考虑终止进近或复飞，条件允许时在安全高度改平（转入中AOV）后进行故障处置；若非正常情况发生在地面滑行阶段，则停止滑行并设置停留刹车（低AOV），降低飞行航径监控对机组的注意力消耗，然后再进行非正常情况的处置。
五、工作负荷管理与PF/PM协作
5.1 PF与PM的监控互补
单个飞行员的注意力资源存在上限，因此动态监控不仅仅是个体内部的注意力重新分配，在本文中，机组协作更被视作机组整体的注意力资源重新分配。多人制驾驶舱可借助AOV的风险预判安排任务负荷，以减少多任务场景，在必要的多任务场景中通过高效协作扩大机组整体的注意力覆盖范围。鉴于机组协作的重要性，FSF在报告中提出了PF/PM职责划分建议：
PF的核心职责是操控并监控航空器飞行航径（自动驾驶接通时，包含对自动飞行系统的监控）。PF次要职责为监控非飞行航径类操作（监控无线电通讯、机载设备、搭档飞行员操作及其他运行事项），但不允许次要工作干扰操控、监控飞行航径这一核心职责。
PM的核心职责是监控航空器飞行航径（自动驾驶接通时，包含监控自动飞行系统），一旦发现隐患须立刻告知PF 。PM次要职责为处理各类非飞行航径相关事务（处理无线电通讯、机载设备、其他运行工作等），但不允许次要工作干扰监控飞行航径这一核心职责。
在此基础上，飞行机组应建立“共同监控”的工作理念，使两名飞行员都充分认识到，保障航空器飞行航径安全是双方共同的核心职责，在这一共识的基础上，飞行机组在高AOV阶段可以进一步将整体注意力资源的动态重新分配。
5.2 机组间的沟通
一些简单的沟通技巧就能提升机组进行预测式监控的能力，从而增加机组整体的注意力覆盖范围，避免人为差错。在提前识别威胁并制定任务分配预案的基础上，可以借鉴以下一些常用的沟通方法：
-提前通报其他飞行机组操作预案。 PM 若要持续保持预测式监控，必须知晓 PF 的飞行规划。PF 提前告知操作意图，可让 PM 明确监控要点，例如：
1.“我计划在IAF点前10nm处开始减速放襟翼。”
2.“如果剖面持续偏高，准备申请向左侧机动下降高度。”
3.“保持当前航向飞行10nm后，我准备右转绕过这片雷雨天气。”
-执行简令时，主动鼓励 PM 对所有偏离预案的情况进行喊话提醒。沿用第一条示例，PF 可以表述：“我计划在IAF点前10nm处开始减速放襟翼，若快要错过节点，麻烦提醒我。” 主动提出并支持这类偏差提醒喊话，才能消除两名飞行员之间碍于情面不愿提示的隔阂。
-一旦偏离简令中的原定计划，主动告知对方。例如：“高度正常，不再需要航向机动下降高度。”
-若PF发现了自身偏差，应主动进行偏差喊话。例如：“速度慢10节，正在修正。”
六、眼动追踪与训练应用
传统训练中，教员可以看到飞机状态和飞行员操作，却很难准确知道飞行员当时究竟在看什么？眼动追踪可以为视觉扫描和注意力分配研究提供客观数据，将“注意力分配”从一个抽象的认知过程，转化为可以观察、可量化的视觉行为指标，从而使监控训练从经验性指导走向数据驱动的个体化训练。
6.1 基于AOI的视觉采样分析
眼动追踪可以观察兴趣区AOI[ AOI（Area of Interest，兴趣区）指眼动追踪研究中根据研究目的划定的特定视觉区域，用于分析飞行员对不同飞行数据区域的注视、视觉采样及注意力分配情况。]分布、注视时间、扫描路径、AOI再次访问间隔、扫描范围、不同AOI之间的转换，这些指标分别可以从不同角度描述“飞行员看了什么、看了多久、看得多频繁以及如何在不同信息之间分配视觉资源”。通过眼动数据可以观察：
注视次数是否增加？
停留时间是否增加？
再次访问间隔是否缩短？
6.2 基于AOV的动态视觉采样训练
对于不同风险等级的飞行阶段，进行动态监控训练时同样可以反映出监控策略的区别。在低AOV阶段采取常规监控采样率，保持基本监控覆盖。当出现更高风险等级的AOV时，则需提高关键AOI的采样频率，并缩短关键AOI再次访问间隔，相应地降低非关键信息的注意力优先级。眼动追踪可以观察这种变化是否真正发生。
6.3 眼动追踪在监控训练中的应用与局限
眼动数据可以用于比较不同经验水平、PF/PM角色以及不同飞行阶段下的视觉扫描行为。因此，眼动追踪可以成为不断优化监控策略和注意力分配的重要工具。例如，在相同进近任务中，熟练飞行员可能根据航径状态、构型变化、自动化模式以及外部环境变化动态调整PFD、ND、FMA及外部视景等AOI的采样优先级；而经验较少的飞行员可能在某一AOI上出现过度集中，导致其他关键区域采样不足。那么教员可以非常直观地发现学员存在注意力集中于单一信息区域的问题，这比简单告诉学员“加强扫描”有效得多。研究表明[ 勒弗朗索瓦 O，马顿 N，考斯 M. 通过高水平眼动策略训练提高航空公司飞行员视觉扫描与手动飞行表现[J]. Safety，2021，7（4）：70.]，熟练飞行员的视觉扫描策略可以通过眼动追踪进行识别，并进一步转化为针对性的训练内容，通过训练飞行员采用熟练飞行员的眼动策略，可以改善其视觉扫描行为，并促进人工飞行表现。
需要注意的是，眼动数据本身主要反映视觉行为，不能直接等同于飞行员已经理解了相关信息。因此，眼动指标不应单独作为监控能力或情景意识的判断依据，而应与飞行表现、偏差发现时间、任务完成情况、情景意识或其他行为指标结合使用。

图6: 眼动追踪AOI示例

七、结论
动态监控的核心不是“看得更多”，而是根据飞行阶段变化，在正确的时间，以适当的优先级，将有限的注意力资源分配给最需要监控的信息。本文并非试图以新的扫描模式替代传统视觉扫描，而是提出一种基于飞行情境变化的动态监控思路：以AOV识别监控需求变化，以预测式监控确定潜在威胁和关键监控目标，通过机组协作实现机组层面的注意力资源互补，最终利用眼动和飞行表现指标对监控进行训练和评估。最后，有效监控的习得需要结合理论进行实践，在训练和实际运行中不断强化和完善，如何在复杂自动化环境下动态分配注意力，将是飞行员胜任力提升需要持续关注的重要课题。

参考文献
[1] 国际航空运输协会（IATA）. 改进飞行机组监控指南[R]. 第1版，2016.
[2] 飞行安全基金会（FSF）. 飞行航径监控提升指南[R]. 主动监控飞行员工作组最终报告. 美国弗吉尼亚州亚历山大：飞行安全基金会，2014.
[3] 萨特 N. 运输类飞机飞行机组目视扫描技术[R]. 美国密歇根州安娜堡：密歇根大学工业与运筹工程系，美国联邦航空管理局NextGen人因部门，2024. DOT ROSA P
[4] 勒弗朗索瓦 O，马顿 N，考斯 M. 通过高水平眼动策略训练提高航空公司飞行员视觉扫描与手动飞行表现[J]. Safety，2021，7（4）：70.
[5] 威肯斯 C. D.麦卡利 J. S.斯蒂尔曼-艾伦 K. K. NT-SEEV：一种用于解释飞行驾驶舱注意捕获与事件觉察的模型[C]. 人因与工效学学会年会论文集，2009，53（12）：886–890.