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NTSB如何调查航空事故中的疲劳因素?

来源:民航资源网 作者:倪海云 2015-12-25 15:35:44 我来说两句(0)

专业分类民航安全 文章编号】9-2015-0475

  

  睡眠是恢复我们人类正常平衡的必要条件,就类似于一台计算机可能工作的方式: 将一天的经历从RAM(随机存取存储器)转移到硬盘;这可以释放RAM用于下一期间的工作。平均来看,每晚大多数人生理需要大约8小时的睡眠。睡眠不足可以是急性或慢性的。在急性情况下,睡眠不足可以随着时间的推移而累积成所谓的“睡眠债”,会导致损害行为表现与警觉性的水平,比如导致增加反应时间、减少警觉性、认知放缓、记忆问题,最佳响应递减等等。随着睡眠损失的增加,它也显示行为表现变异性。

  跨越时区是长途飞行人员的一种生活方式,经常性的时区变化会导致累计睡眠被剥夺,造成昼夜节律失调;同样睡眠债和疲劳也可以是短途飞行员的问题,因为经常是清晨开始,一天经过多个航段飞行最终疲惫不堪。航空运输业的一周7天24小时不间断运行的性质意味着疲劳在事故调查中(这里实际上可以延伸至各类不安全事件调查)总是得以考虑。

  根据美国国家运输运输安全委员会NTSB的科学研究和事故调查证实了疲劳对人类行为表现会产生不利的影响。其中包括:放慢飞行员的响应时间、降低警觉性,以及糟糕的决策制定等等。没有人可以对于“疲劳”是免疫的,疲劳的航空人员让自己和他人置于危险的境地。

  然而,NTSB发现在收集和分析疲劳的数据可作为最后确定事故中因果/致因因素方面挑战重重。不像酒驾,我们可以通过血液测试马上就能确认结果,但是疲劳因素有时很“微妙”,而且如何提供正面/负面指标进行测量,这是一个难题。调查人员必须不仅要确定事故中所涉的人员是否都遇到疲劳,而且他们的行动是否符合已知的与疲劳相关的表现递减情况,这些都是调查中的难题。

  本文通过美国国家运输安全委员会的一个事故调查真实案例来说明NTSB是如何考虑疲劳因素的,虽然依旧在探索过程中,至少已经开始着手了。这个案例是2013年UPS的1354航班,空中客车A300飞机在阿拉巴马州伯明翰-斯沃国际机场坠毁事故。

五大因素

  在深入案例研究之前,重要的是我们要了解调查人员寻找什么(指标?数据?证据?)来确定疲劳是否在一次事故中形成了因果因素或致因因素。

  NTSB通过几年探索认为关于疲劳状态因素的调查需要考虑如下5个因素:

  1.昼夜节律的因素:昼夜节律的因素是那些影响个人正常的昼夜节律因素,如跨越多个时区。人类自然地遵循一个昼夜的时间表,低潮一般发生在凌晨03:00到05:00时间窗口之间。轮班工作和跨多个时区的长途航班可以破坏昼夜节律序列。昼夜节律是由位于大脑丘脑下部的超交叉神经核所控制,这是种类繁多的人体功能的计时员,包括生理行为表现、行为情绪和嗜睡/警觉性。长途航班机组必须不断调整和再调整昼夜节律,温度、消化和排泄的各种内在节奏会和睡眠节奏相失衡。这导致时差或昼夜节律紊乱。

  2.觉醒(睡醒)以来的时间长度:觉醒后的时间是指个人自最后一次主要睡眠机会(3 小时或更多)后保持醒着的状态小时数,平均来看,一个人每晚需要7到9小时的睡眠,才感觉休息好,每一天清醒在15-17小时。17个小时后延长的觉醒状态有可能导致可衡量的行为表现出现缺陷(相当于血液酒精浓度为0.05%)。

  3.睡眠的数量:睡眠量是指在事故发生之前每个主要睡眠期间的小时数。调查过程中应记录最少三个晚上的睡眠活动,而且个人正常的睡眠模式也应该记录下来,以确定需要休息的小时数。知道“正常”的睡眠数量对调查人员非常重要,因为通过小时数(数据)之间进行比较,来确定人员的急性和慢性睡眠债,比如只有2小时的睡眠会导致行为表现退化和警觉性降低。

  4.睡眠的质量:睡眠的质量,或判断个人如何睡好了,可以进一步帮助调查人员了解个人疲劳的状态。在调查过程中,应确定个人的睡眠是否是支离破碎的(例如,24小时内存在多个睡眠周期)和/或出现了干扰(例如,在睡眠期间所发生的各种原因的觉醒)。可以影响睡眠质量的因素包括很多:如噪音、光线、电话、医学原因、生活压力等。

  5.睡眠障碍(disorder):包括生理和心理疾病和药物的使用可以影响睡眠和导致疲劳的状态。生理和精神疾病可以包括疼痛、尿频、神经系统疾病(如帕金森病、老年痴呆症)、咳嗽/急促的呼吸和精神疾病等等。治疗抑郁症、高血压、骨质疏松症等症状的药物也能干扰个人的睡眠。睡眠障碍还包括睡眠呼吸暂停等疾病。

  明确了这五大因素后,那么下一步就是这些因素的数据应尽可能多从各个来源进行收集和分析。关键数据和证据来源包括,但并不限于:有关于个人的工作时间表/飞机记录日志、电话记录、音频、视频、数据记录、其他时间戳记录(例如,酒店入驻,执勤签到)和医疗记录等。然而,调查疲劳因素最大的困难就在于收集这类数据——数据的可用性和真实性一直存在疑问。

  一旦收集了数据,NTSB必须组织和分析,以确定飞行人员在事故发生时是否存在疲劳。如果确定该人员是疲惫的,然后必须确定导致事故的人员所采取的行动是否符合已知的行为表现递减的情况,从而判断疲劳是否可能引起或导致事故的发生。

案例分析

  2013年8月14日,美国中部夏时制时间(CDT)约04:47,UPS的1354航班从肯塔基州路易斯维尔国际机场始发,前往阿拉巴马州伯明翰-斯沃国际机场(BHM)发生18号跑道外坠机,机组使用空客A300-600飞机执行航向道非精密进近(见图 1)。事故发生时,是在漆黑的夜晚。

  作为飞行的飞行员(PF),机长负责监控飞机系统和飞行航迹,作为监控(PM)的飞行员,副驾驶负责监控和核对证实。飞机的起飞、爬升、巡航阶段均正常,机组完成了所需的全部检查单。

  随后,飞机被允许直飞BHM,机组将BHM输入飞行管理计算机(FMC)。当飞机爬升到巡航高度之后,副驾驶收听了通波ATIS,并向机长报告使用18号跑道。此后不久,机长做了简令,并设置进近程序。当下降到3000英尺,BHM进近管制指挥飞行机组右转10度加入航道。两个机组证实航向道截获,然而,与此同时,副驾驶未能完成在FMC中“清除”之前直飞BHM的程序,以至于18号跑道只有航向道进近可用。因为副驾驶没有完成这一步,一条“航路不连续”(route discontinuity)信息出现在FMC中,而飞行机组没有意识到,从而导致FMC无法截获用于垂直引导飞机到达跑道的“计算机生成飞行路径”(也被称为剖面)。当自动化系统没有截获垂直剖面,机长恢复到垂直速度模式下降,飞向跑道,然而,他没有告诉副驾驶。飞机撞击树木约1分钟前,副驾驶说:让我们看看你现在使用的是“垂直速度”……okay;机长说:是的,我要用垂直速度方式。现在我们比较高。(飞机高于标准下降轨迹,机组从高处向下用大下降率追轨迹。)

  此后不久,飞机下降率从1000fpm增加到1500fpm,但机长又一次没有告知副驾驶。撞击前约30秒,副驾驶做出1000英尺标准喊话。然而没有一个机组意识到飞机当时正以1500fpm下降,超出公司1000英尺以下使用1000fpm的稳定进近标准。在这一点上,机组应该执行复飞。大约在同一时间,副驾驶本应进行最低高标准喊话;实际上都没有标准喊话,飞行机组没有意识到飞机下降到最低高度之下。撞击树木约8秒钟前,机组收到下降率大(sink rate)的警戒信息,撞击树木发生前4秒,机组声称目视机场。

  机组使用垂直速度改变方式造成大下降率,穿越到正常下降轨迹之下,并且没有意识到飞机在不正常状态下已突破了安全范围穿越到最低下降高以下。

  撞击树木的第一点是大约18号跑道入口端以北6,387 英尺处。调查发现在撞击前没有证据表明飞机任何结构、引擎或系统故障或异常发生,飞机符合所有的FAA法规和制造商推荐的维护程序。因此,调查的重点放在了飞行机组人员身上。NTSB审查公司记录显示飞行机组人员有足够的经验,接受过适当的训练飞行。

  本文将侧重NTSB如何调查飞行员疲劳的因素。调查人员收集了各类数据用于确定飞行员是否疲劳(因果或致因因素),通过访谈、公司记录、酒店记录、电话记录,以及从机组人员的个人物品中找到六个个人电子设备 (包括2部苹果手机、一部Kindle、一部iPad Mini、一部平板电脑),收集了这些个人电子设备中的数据和信息。

  机长没有执勤7天了,事故发生的前一天返回执勤。事故发生前前一天的日程安排,没有什么特别苛刻的,没有导致执勤延长或减少休息时间的事情。此外,他已采取步骤针对夜间飞行减轻疲劳的影响,包括事故发生前他在公司要了一间睡眠休息室。虽然在事故发生前一天他有充足的睡眠机会,但是白天睡眠可能会相比夜间睡眠质量不高。他以前也曾告诉给他的同事,夜间飞行后很困难调整休息。

  事故的前一天,副驾驶有62小时的计划中的停留。期间,副驾驶去附近的一个城市拜访朋友。在事故后,对于副驾驶移动设备数据的审查发现她没有充足的睡眠机会获得足够的休息,返回工作岗位之前估计产生了3小时的睡眠债。而且副驾驶意识到她的疲劳状态,从她的手机中检索文本消息可见一斑。比如8月12日19:29:38,“我非常累”;21:22:58,回来了睡觉了。在事故发生前一天期间她只有少于5小时30分钟的睡眠,其中她酒店外出现未知的活动。

  在事故发生时,飞行机组人员已经执勤约8小时30分钟。其中机长已经处于觉醒状态约14个小时,副驾驶超过18小时。

  上图是机长的休息情况(白色表示觉醒状态;绿色是执勤状态;蓝色是睡眠机会;红色是事故发生)。

  上图是副驾驶的休息情况。

  虽然执勤期不是不寻常的长,但是副驾驶的疲劳是比较明显的。此外,事故发生约04:47,飞行机组人员不在正常的昼夜节律期间。此外,两位飞行机组成员没有已知的睡眠障碍或告诉他们的家人入睡困难。

  调查确定飞行机组人员进近期间的差错(例如,未能清理FMC、没有标准喊话、没有稳定进近等)与已知的疲劳效应是一致的。因此,NTSB认为机组的疲劳运行(昼夜节律因素)和副驾驶非执勤期间无效的时间管理、和急性睡眠损失(睡眠的数量和觉醒以来时间),作为没有稳定进近的致因因素。(详见具体报告

  航空运输业的特点之一就是连续作业,这意味着疲劳将总是备受关注,特别是事故发生时。作为调查人员,必须彻底收集并审查数据,以确定疲劳在事故中扮演什么样的角色。因此NTSB建议考虑5个可以导致疲劳状态的因素。通过这次对UPS事故的调查收获了大量时间节点的数据,如电话、酒店记录等,以确定飞行人员的睡眠机会,而且还补充了大量的家人和同事的访谈。但是需要我们注意的是目前没有对或错的方法来收集和分析疲劳相关的数据,因此,使用来自电子设备的数据做出这些判断还会越来越普遍。

  如果正确分析,这些数据可以提供详细信息,来进一步阐述疲劳是否是一个致因因素。但归根结底,任何调查的关键是收集尽可能多的数据,进行尽可能多的分析,并尽可能不要错过与疲劳相关的任何重要因素。原因找到了,才能提出正确的解决方案。(倪海云/文)

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