飞行疲劳检测方法与缓解措施研究述评

【摘 要】对使用频率较高的几种飞行疲劳检测方法与缓解措施的原理、特点及研究进展进行了评述。首先，从主客观两方面对疲劳检测技术进行归类总结，提出不同检测技术的优缺点。其次，从三个角度阐述现有的疲劳缓解措施。最后，对飞行疲劳检测方法研究提出一些建议。

【关键词】飞行疲劳；主观检测技术；客观检测技术；缓解措施

中图分类号： V328 文献标识码： A 文章编号： 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

近年来随着经济发展，民航业快速扩充，航空事故发生的概率日益增高。据国际民航飞行事故统计数据，20世纪末期，由于机组人为因素造成的飞行事故占总数的70%～77%，其中，由飞行疲劳导致的航空事故占4%～8%[1]。由此可见，飞行疲劳是航空运行安全中面临的突出问题和难题之一，但目前仍缺乏快速判断疲劳的标准和有效的缓解措施。本文就飞行疲劳检测方法与缓解措施的研究进展进行综述，旨在促进保障航空安全的技术进步。

1 定义及表现

飞行疲劳的定义是在飞行过程中，由应激源导致的生理、心理上的不平衡状态[2]。疲劳因研究领域的不同，定义也有所不同，是一个多维度的概念，其定义目前尚未统一。疲劳不仅仅是单一的表现，而是人体多种变化的复杂状态。其对生理、心理、情绪都有重要的影响。

2 飞行疲劳检测技术

飞行员在疲劳状态下，除心电信号、脑电信号、皮电信号等生理信号的变化外，在心理状态方面也会引起一些变化。这些变化主要通过飞行员的自觉症状和他觉症状来反映出来，根据这些外显的指标研究出大量检测飞行疲劳的技术。

目前避免飞行疲劳的主要手段是通过客观检测法对驾驶员进行生理数据上的检测，超过一定阈值即对飞行员发出警告。例如：PERCLOS算法检测、测定频闪值（CFF）检测、运动警觉性PVT检测、血压和脉搏监控检测等检测方法，都可以在一定程度上对飞行员进行疲劳测试，并发出疲劳预警。除了客觀检测方法，还可以通过主观检测法即飞行员的自我评价来判断是否疲劳。所谓“如人饮水，冷暖自知”，身体疲劳会直接反应给大脑神经中枢，飞行员可通过疲劳产生的信号和症状作答疲劳检测量表，根据其测评结果判断疲劳水平。

除上述疲劳检测技术外，2017年10月10日，交通运输部正式颁布了《大型飞机公共航空运输承运人运行合格审定规则》，其中第P章对飞行机组飞行时间，驾驶员值勤期、飞行时间和休息场所提出了全新的要求[3]。通过严格限制飞行员执勤时间，避免飞行疲劳导致无法估计的航空事故。

因疲劳检测方法种类繁多，每种方法都有其优缺点，为了选择更合适的检测技术，对其进行如下总结分析。

2.1 主观检测技术

飞行疲劳会产生一些身体、心理、情绪症状，例如意识缺失、预判能力下降、思考困难、反应时减慢等。这些症状都可以作为飞行员主观判断疲劳状态的依据[4-5]。飞行员通过主观检测量表对当前工作负荷、身体反应、情绪症状等进行自我测评，从而了解自身疲劳状态。例如：NASA—TLX工作负荷量表、疲劳自评量表、Cooper—Harper评定问卷、KSS卡罗林卡嗜睡量表等都可作为检测疲劳的可行性量表。目前我国由王天芳教授研制的疲劳自评量表（fatigue self-assessment scale，FSAS）具有较好的信度和效度，可用来评定18岁以上有疲劳表现的亚健康。同时也可作为测量飞行员疲劳水平的有效评价工具，当飞行员评分越高时其疲劳程度越严重，当发现疲劳具有一定水平时，可进行干预防止航空事故的产生[6-8]。主观检测技术虽然简单、实用，但由于受主观影响较大，客观性较差且非实时性检测，故很难成为评判疲劳的标准。

2.2 客观检测技术

2.2.1 脑电信号

研究发现随着疲劳水平的升高，脑电信号会有明显变化。疲劳状态与觉醒状态下慢波与快波所占频率不同，随着疲劳水平的升高，与睡眠有关的慢波增加，与觉醒有关的快波降低，即γ波和θ波增加，α波和β波降低。在航空领域，利用飞行模拟器进行的航空疲劳研究显示，无论是短途还是长途夜航飞行中，飞行员都会出现睡眠EEG波[9]。Neri（2002）在B-747飞行模拟器中对长途飞行疲劳进行了研究，发现在长途飞行后半段，EEG慢波和慢动眼运动会显著增加。Cadwell等人在F-117模拟器中研究后指出，EEG慢波活动的显著增多可以作为生物节律和尝试疲劳的检测指标[10-12]。由此，利用脑电波来检测驾驶员疲劳的测量方法是可行的，EEG被称作检测疲劳水平的“黄金指标”，但其效度与应用效果有待考证。

2.2.2 心电信号

研究表明，心电信号可在一定程度上反应疲劳水平，飞行员所承受的身体与精神上的负担程度可根据心率及心率变异性的变动幅度来判断。大量研究结果显示增加心理负荷会使心率变异性信号降低；增加生理负荷会使心率变异性信号降低，但与此同时会使心率信号显著提高[13]。心电信号检测技术对于飞行员来说技术接受度较低，测量指标不精确，实用性较差。

2.2.3 近红外光学成像（fNIRS）

fNIRS技术基于神经人因学的视角，通过检测脑部血液中血红蛋白含量判断其流动方向。当大脑的左侧额下回区域的血红蛋白含量明显增多时，可认为疲劳水平升高。fNIRS技术相对于EEG脑电波来说更加准确，且价格也相对低廉，同时具有较好的便携性，其技术接受度更高。

2.2.4 眼部特征

根据人眼的结构、眼动的生理机制、人眼的视觉范围，我们可以利用眼动实验法记录个体的眼动过程来了解其心理过程以及身体状态。当飞行员疲劳水平升高时，眨眼频率会加快，但其眼睑运动速度与眨眼幅度降低[14]。目前大量研究表明[15]，基于眼部运动状态的PERCLOS算法可作为判断疲劳水平有效指标。PERCLOS算法是指单位时间内（一般1分钟或者30秒）眼睛闭合面积的比例（70%或者80%）。

3 缓解措施

3.1 疗养护理

当飞行员疲劳水平较高时，可以通过心理疏导的方式对飞行员进行疗养从而降低其疲劳水平。首先，要求心理疏导员以主动、微笑、热情的方式让飞行员感受到宾至如归的亲切感与舒适感，获得精神上的放松，从而达到降低飞行员心理疲劳水平的目的。其次，相关心理疏导人员应该积极援助疲劳水平较高的飞行员，积极展开心理咨询，深入了解飞行员疲劳产生的原因，并针对不同的原因制定相应的缓解措施。除上述心理援助措施外，体育锻炼、温泉疗养、娱乐放松都可在一定程度上放松身心，缓解疲劳[15]。

3.2 外界干预

当疗养护理措施不能缓解飞行疲劳，且疲劳水平一直处于高状态的情况下，可通过外界干预的方法降低飞行员疲劳水平。例如：合理用药、生物反馈放松疗法等。

由于在航空环境中精神过度紧张、睡眠环境不佳、时差等问题导致入睡是一件很困难的事情，进而引起机组人员的睡眠—觉醒周期和生物节律紊乱。因此，美国陆军和空军已批准使用部分合理药物来帮助飞行员进入睡眠状态。例如：羟基安定、唑吡坦、扎来普隆等可控性药物。国内也研发了具有中国特色的传统中药，可提高飞行员整体机能和飞行耐力。

当飞行员长期处于高工作压力环境下，肌肉一直处于应激状态无法放松时，可使用生物反馈放松疗法缓解飞行疲劳。飞行员首先借助生物反馈放松仪反馈的声音和光线了解自身肌肉的松驰程度。其次通过努力调整肌肉和大脑状态，进而缓解和消除飞行疲劳[16]。

3.3 疲劳预警

研究表明，飞行中飞行员的疲劳水平是可以通过外显指标来判断的。例如：行为状态（腕部和头部活动）、眼动（或与脑电结合）、生理指标（心率变异性）皆可作为防止疲劳的预警基础参数。另有研究发现，飞行员活动电子监测仪（electronic pilot-activity monitor， EPAM）可监测活动和限制打盹时间，当飞行员觉醒水平降低时，及时进行疲劳预警，保持飞行员情景意识与清醒状态，有效预防由疲劳导致的飞行事故。

4 结束语

总而言之，飞行疲劳的检测方法目前尚未确定，还未找到单一、精准的方法来判断疲劳水平。无论主观检测方法还是客观检测方法都应着眼于疲劳产生后反映出的信号与症状，通过可检测到的外显指标来判断疲劳水平。在研究飞行疲劳的外显指标时，不仅可通过外显指标提前做出疲劳预警，还可在疲劳水平升高之前应用多种生理保障措施预防并且缓解飞行疲劳。制定疲劳缓解措施、强化疲劳管理以及合理安排作息对减少飞行疲劳，降低航空事故率至关重要。

【参考文献】

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