飛行疲勞檢測(cè)方法與緩解措施研究述評(píng)

魏良 龍海江

【摘 要】對(duì)使用頻率較高的幾種飛行疲勞檢測(cè)方法與緩解措施的原理、特點(diǎn)及研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述。首先，從主客觀兩方面對(duì)疲勞檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行歸類總結(jié)，提出不同檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。其次，從三個(gè)角度闡述現(xiàn)有的疲勞緩解措施。最后，對(duì)飛行疲勞檢測(cè)方法研究提出一些建議。

【關(guān)鍵詞】飛行疲勞；主觀檢測(cè)技術(shù)；客觀檢測(cè)技術(shù)；緩解措施

中圖分類號(hào)： V328 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）20-0193-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.085

【Abstract】The fundamentals， characteristics and research progress of several frequent flight fatigue detection methods and mitigation measures are reviewed. First of all， this paper classifies and summarizes the fatigue detection technology from both subjective and objective aspects， and puts forward the advantages and disadvantages of different detection technologies. Secondly， the existing mitigation measures of fatigue are expounded from three parts. Finally， some suggestions are put forward for the research of flight fatigue detection methods.

【Key words】Flight fatigue； Subjective detection technology； Objective detection technology； Mitigation measures

0 引言

近年來隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，民航業(yè)快速擴(kuò)充，航空事故發(fā)生的概率日益增高。據(jù)國際民航飛行事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，20世紀(jì)末期，由于機(jī)組人為因素造成的飛行事故占總數(shù)的70%～77%，其中，由飛行疲勞導(dǎo)致的航空事故占4%～8%[1]。由此可見，飛行疲勞是航空運(yùn)行安全中面臨的突出問題和難題之一，但目前仍缺乏快速判斷疲勞的標(biāo)準(zhǔn)和有效的緩解措施。本文就飛行疲勞檢測(cè)方法與緩解措施的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在促進(jìn)保障航空安全的技術(shù)進(jìn)步。

1 定義及表現(xiàn)

飛行疲勞的定義是在飛行過程中，由應(yīng)激源導(dǎo)致的生理、心理上的不平衡狀態(tài)[2]。疲勞因研究領(lǐng)域的不同，定義也有所不同，是一個(gè)多維度的概念，其定義目前尚未統(tǒng)一。疲勞不僅僅是單一的表現(xiàn)，而是人體多種變化的復(fù)雜狀態(tài)。其對(duì)生理、心理、情緒都有重要的影響。

2 飛行疲勞檢測(cè)技術(shù)

飛行員在疲勞狀態(tài)下，除心電信號(hào)、腦電信號(hào)、皮電信號(hào)等生理信號(hào)的變化外，在心理狀態(tài)方面也會(huì)引起一些變化。這些變化主要通過飛行員的自覺癥狀和他覺癥狀來反映出來，根據(jù)這些外顯的指標(biāo)研究出大量檢測(cè)飛行疲勞的技術(shù)。

目前避免飛行疲勞的主要手段是通過客觀檢測(cè)法對(duì)駕駛員進(jìn)行生理數(shù)據(jù)上的檢測(cè)，超過一定閾值即對(duì)飛行員發(fā)出警告。例如：PERCLOS算法檢測(cè)、測(cè)定頻閃值（CFF）檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)警覺性PVT檢測(cè)、血壓和脈搏監(jiān)控檢測(cè)等檢測(cè)方法，都可以在一定程度上對(duì)飛行員進(jìn)行疲勞測(cè)試，并發(fā)出疲勞預(yù)警。除了客觀檢測(cè)方法，還可以通過主觀檢測(cè)法即飛行員的自我評(píng)價(jià)來判斷是否疲勞。所謂“如人飲水，冷暖自知”，身體疲勞會(huì)直接反應(yīng)給大腦神經(jīng)中樞，飛行員可通過疲勞產(chǎn)生的信號(hào)和癥狀作答疲勞檢測(cè)量表，根據(jù)其測(cè)評(píng)結(jié)果判斷疲勞水平。

除上述疲勞檢測(cè)技術(shù)外，2017年10月10日，交通運(yùn)輸部正式頒布了《大型飛機(jī)公共航空運(yùn)輸承運(yùn)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》，其中第P章對(duì)飛行機(jī)組飛行時(shí)間，駕駛員值勤期、飛行時(shí)間和休息場(chǎng)所提出了全新的要求[3]。通過嚴(yán)格限制飛行員執(zhí)勤時(shí)間，避免飛行疲勞導(dǎo)致無法估計(jì)的航空事故。

因疲勞檢測(cè)方法種類繁多，每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，為了選擇更合適的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行如下總結(jié)分析。

2.1 主觀檢測(cè)技術(shù)

飛行疲勞會(huì)產(chǎn)生一些身體、心理、情緒癥狀，例如意識(shí)缺失、預(yù)判能力下降、思考困難、反應(yīng)時(shí)減慢等。這些癥狀都可以作為飛行員主觀判斷疲勞狀態(tài)的依據(jù)[4-5]。飛行員通過主觀檢測(cè)量表對(duì)當(dāng)前工作負(fù)荷、身體反應(yīng)、情緒癥狀等進(jìn)行自我測(cè)評(píng)，從而了解自身疲勞狀態(tài)。例如：NASA—TLX工作負(fù)荷量表、疲勞自評(píng)量表、Cooper—Harper評(píng)定問卷、KSS卡羅林卡嗜睡量表等都可作為檢測(cè)疲勞的可行性量表。目前我國由王天芳教授研制的疲勞自評(píng)量表（fatigue self-assessment scale，F(xiàn)SAS）具有較好的信度和效度，可用來評(píng)定18歲以上有疲勞表現(xiàn)的亞健康。同時(shí)也可作為測(cè)量飛行員疲勞水平的有效評(píng)價(jià)工具，當(dāng)飛行員評(píng)分越高時(shí)其疲勞程度越嚴(yán)重，當(dāng)發(fā)現(xiàn)疲勞具有一定水平時(shí)，可進(jìn)行干預(yù)防止航空事故的產(chǎn)生[6-8]。主觀檢測(cè)技術(shù)雖然簡(jiǎn)單、實(shí)用，但由于受主觀影響較大，客觀性較差且非實(shí)時(shí)性檢測(cè)，故很難成為評(píng)判疲勞的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 客觀檢測(cè)技術(shù)

2.2.1 腦電信號(hào)

研究發(fā)現(xiàn)隨著疲勞水平的升高，腦電信號(hào)會(huì)有明顯變化。疲勞狀態(tài)與覺醒狀態(tài)下慢波與快波所占頻率不同，隨著疲勞水平的升高，與睡眠有關(guān)的慢波增加，與覺醒有關(guān)的快波降低，即γ波和θ波增加，α波和β波降低。在航空領(lǐng)域，利用飛行模擬器進(jìn)行的航空疲勞研究顯示，無論是短途還是長途夜航飛行中，飛行員都會(huì)出現(xiàn)睡眠EEG波[9]。Neri（2002）在B-747飛行模擬器中對(duì)長途飛行疲勞進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在長途飛行后半段，EEG慢波和慢動(dòng)眼運(yùn)動(dòng)會(huì)顯著增加。Cadwell等人在F-117模擬器中研究后指出，EEG慢波活動(dòng)的顯著增多可以作為生物節(jié)律和嘗試疲勞的檢測(cè)指標(biāo)[10-12]。由此，利用腦電波來檢測(cè)駕駛員疲勞的測(cè)量方法是可行的，EEG被稱作檢測(cè)疲勞水平的“黃金指標(biāo)”，但其效度與應(yīng)用效果有待考證。

2.2.2 心電信號(hào)

研究表明，心電信號(hào)可在一定程度上反應(yīng)疲勞水平，飛行員所承受的身體與精神上的負(fù)擔(dān)程度可根據(jù)心率及心率變異性的變動(dòng)幅度來判斷。大量研究結(jié)果顯示增加心理負(fù)荷會(huì)使心率變異性信號(hào)降低；增加生理負(fù)荷會(huì)使心率變異性信號(hào)降低，但與此同時(shí)會(huì)使心率信號(hào)顯著提高[13]。心電信號(hào)檢測(cè)技術(shù)對(duì)于飛行員來說技術(shù)接受度較低，測(cè)量指標(biāo)不精確，實(shí)用性較差。

2.2.3 近紅外光學(xué)成像（fNIRS）

fNIRS技術(shù)基于神經(jīng)人因?qū)W的視角，通過檢測(cè)腦部血液中血紅蛋白含量判斷其流動(dòng)方向。當(dāng)大腦的左側(cè)額下回區(qū)域的血紅蛋白含量明顯增多時(shí)，可認(rèn)為疲勞水平升高。fNIRS技術(shù)相對(duì)于EEG腦電波來說更加準(zhǔn)確，且價(jià)格也相對(duì)低廉，同時(shí)具有較好的便攜性，其技術(shù)接受度更高。

2.2.4 眼部特征

根據(jù)人眼的結(jié)構(gòu)、眼動(dòng)的生理機(jī)制、人眼的視覺范圍，我們可以利用眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)法記錄個(gè)體的眼動(dòng)過程來了解其心理過程以及身體狀態(tài)。當(dāng)飛行員疲勞水平升高時(shí)，眨眼頻率會(huì)加快，但其眼瞼運(yùn)動(dòng)速度與眨眼幅度降低[14]。目前大量研究表明[15]，基于眼部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的PERCLOS算法可作為判斷疲勞水平有效指標(biāo)。PERCLOS算法是指單位時(shí)間內(nèi)（一般1分鐘或者30秒）眼睛閉合面積的比例（70%或者80%）。

3 緩解措施

3.1 療養(yǎng)護(hù)理

當(dāng)飛行員疲勞水平較高時(shí)，可以通過心理疏導(dǎo)的方式對(duì)飛行員進(jìn)行療養(yǎng)從而降低其疲勞水平。首先，要求心理疏導(dǎo)員以主動(dòng)、微笑、熱情的方式讓飛行員感受到賓至如歸的親切感與舒適感，獲得精神上的放松，從而達(dá)到降低飛行員心理疲勞水平的目的。其次，相關(guān)心理疏導(dǎo)人員應(yīng)該積極援助疲勞水平較高的飛行員，積極展開心理咨詢，深入了解飛行員疲勞產(chǎn)生的原因，并針對(duì)不同的原因制定相應(yīng)的緩解措施。除上述心理援助措施外，體育鍛煉、溫泉療養(yǎng)、娛樂放松都可在一定程度上放松身心，緩解疲勞[15]。

3.2 外界干預(yù)

當(dāng)療養(yǎng)護(hù)理措施不能緩解飛行疲勞，且疲勞水平一直處于高狀態(tài)的情況下，可通過外界干預(yù)的方法降低飛行員疲勞水平。例如：合理用藥、生物反饋放松療法等。

由于在航空環(huán)境中精神過度緊張、睡眠環(huán)境不佳、時(shí)差等問題導(dǎo)致入睡是一件很困難的事情，進(jìn)而引起機(jī)組人員的睡眠—覺醒周期和生物節(jié)律紊亂。因此，美國陸軍和空軍已批準(zhǔn)使用部分合理藥物來幫助飛行員進(jìn)入睡眠狀態(tài)。例如：羥基安定、唑吡坦、扎來普隆等可控性藥物。國內(nèi)也研發(fā)了具有中國特色的傳統(tǒng)中藥，可提高飛行員整體機(jī)能和飛行耐力。

當(dāng)飛行員長期處于高工作壓力環(huán)境下，肌肉一直處于應(yīng)激狀態(tài)無法放松時(shí)，可使用生物反饋放松療法緩解飛行疲勞。飛行員首先借助生物反饋放松儀反饋的聲音和光線了解自身肌肉的松馳程度。其次通過努力調(diào)整肌肉和大腦狀態(tài)，進(jìn)而緩解和消除飛行疲勞[16]。

3.3 疲勞預(yù)警

研究表明，飛行中飛行員的疲勞水平是可以通過外顯指標(biāo)來判斷的。例如：行為狀態(tài)（腕部和頭部活動(dòng)）、眼動(dòng)（或與腦電結(jié)合）、生理指標(biāo)（心率變異性）皆可作為防止疲勞的預(yù)警基礎(chǔ)參數(shù)。另有研究發(fā)現(xiàn)，飛行員活動(dòng)電子監(jiān)測(cè)儀（electronic pilot-activity monitor， EPAM）可監(jiān)測(cè)活動(dòng)和限制打盹時(shí)間，當(dāng)飛行員覺醒水平降低時(shí)，及時(shí)進(jìn)行疲勞預(yù)警，保持飛行員情景意識(shí)與清醒狀態(tài)，有效預(yù)防由疲勞導(dǎo)致的飛行事故。

4 結(jié)束語

總而言之，飛行疲勞的檢測(cè)方法目前尚未確定，還未找到單一、精準(zhǔn)的方法來判斷疲勞水平。無論主觀檢測(cè)方法還是客觀檢測(cè)方法都應(yīng)著眼于疲勞產(chǎn)生后反映出的信號(hào)與癥狀，通過可檢測(cè)到的外顯指標(biāo)來判斷疲勞水平。在研究飛行疲勞的外顯指標(biāo)時(shí)，不僅可通過外顯指標(biāo)提前做出疲勞預(yù)警，還可在疲勞水平升高之前應(yīng)用多種生理保障措施預(yù)防并且緩解飛行疲勞。制定疲勞緩解措施、強(qiáng)化疲勞管理以及合理安排作息對(duì)減少飛行疲勞，降低航空事故率至關(guān)重要。

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