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문제 정의
- 본 연구에서는 레이더 관제업무 중 접근관제사의 관제업무에 중점을 두고 실험을 하였는데 평상 수준 이상의 항공교통량이 상황인식과 업무부하에 영향을 줄 것으로 가정하여 정상적인 관제상황과 비정상 항공기가 포함된 관제상황에서 관제사가 경험하는 상황인식과 업무부하를 측정하고 비교하여 이를 분석하였다. 본 연구는 다양한 교통상황에서 관제업무를 제공하는 관제사의 상황인식과 업무부하를 실제적으로 측정하고, 측정 결과를 비교함으로서 이 개념들에 대한 이해와 이들을 시스템적으로 관리할 수 있는 방법을 제시하기 위하여 수행되었다.
- 본 연구에서는 현행 관제시스템에서 관제사가 관제업무 제공 시 직면하는 여러 상황 중 ‘보통 이상’의 교통상황에서 정상적인 관제상황과 비정상 항공기가 포함된 관제상황에서 관제사의 상황인식과 업무부하를 중심으로 실증 실험을 통한 연구를 수행하였다.
제안 방법
- SART에는 3-D SART, 10-D SART 등의 형태가 있는데, 본 연구에서는 각 구성요소의 차이점을 명확하게 하기 위해 3-D SART에서 나타난 3가지 구성요소를 사용하였다. 운영자의 전체적인 상황인식 추정은 SART-Combined = mean Understanding rating - (mean Demand rating - mean Supply rating)의 식에 의해 도출된 통합 SART 채점 기술을 사용하였다.
- 레이더 관제범위는 도착항공기인 경우 항공교통센터나 중앙방공통제소로부터 이양 받은 지점에서 관제탑으로 이양되는 지점까지, 출발항공기인 경우 관제탑에서 이양 받은 지점에서 항공교통센터나 중앙방공통제소로 이양되는 지점까지로 정하였고, 레이더 범위는 공항 기준 반경 40NM로 설정하여 관제업무를 제공하도록 하였다. 비상선언은 20-25NM 사이의 입항 항공기가 요청하도록 조종사 역할을 수행하는 교관이 담당하였다.
- 본 연구는 항공교통관제 업무의 최적화를 위하여 요구되는 인적요소 분야 중 관제사의 상황인식(SA : Situation Awareness)과 업무부하(Workload)를 다루었다. 업무 특성 상, 지속적으로 변화하는 상황에서 관제업무를 수행하는 관제사는 기상 악화 및 항공기․관제장비 고장 등 기술적 오류에 따른 비정상 상황 또는 혼잡 상황에 종종 노출된다.
- 본 연구에서는 레이더 관제업무 중 접근관제사의 관제업무에 중점을 두고 실험을 하였는데 평상 수준 이상의 항공교통량이 상황인식과 업무부하에 영향을 줄 것으로 가정하여 정상적인 관제상황과 비정상 항공기가 포함된 관제상황에서 관제사가 경험하는 상황인식과 업무부하를 측정하고 비교하여 이를 분석하였다. 본 연구는 다양한 교통상황에서 관제업무를 제공하는 관제사의 상황인식과 업무부하를 실제적으로 측정하고, 측정 결과를 비교함으로서 이 개념들에 대한 이해와 이들을 시스템적으로 관리할 수 있는 방법을 제시하기 위하여 수행되었다.
- 본 연구의 실험결과에 대한 분석을 위해 먼저 교통상황이 상황인식과 업무부하에 미치는 영향을 평가하였는데 이는 측정치에 대한 평균을 통하여 비교하였다. 또한 개인별의 정상과 비정상의 두 가지 상황에 대해 실험을 수행하였으므로 평균 비교 시에는 먼저 T-test를 통하여 평균의 차이를 비교하였다.
- 실험절차 : 관제사가 상황인식을 획득할 수 있는 시간을 고려하여 10-12분간 정상적인 관제상황에서 레이더 접근관제업무를 제공한 후, 관제사에게 SART, NASA-TLX 평가표를 작성하도록 하였다. 비정상 항공기가 관제사의 상황인식과 업무부하에 미치는 영향을 측정하기 위하여 비정상 항공기가 포함되도록 관제상황을 다시 부여하였으며, 10-12분간 관제 후 교육생에게 동일한 평가표를 작성하도록 하였으며 이 경우, 교육생은 어떤 항공기가 비상을 선언할 지 알 수 없도록하였다. 실험 동안 항공기 구성은 군용 및 민간 고정익 항공기로 제한하였다.
- 실험을 위한 독립변수는 정상 관제상황과 '비상'을 선언한 항공기가 포함된 관제상황이며 종속변수는 관제사의 상황인식과 업무부하로 설정하였다.
- 실험절차 : 관제사가 상황인식을 획득할 수 있는 시간을 고려하여 10-12분간 정상적인 관제상황에서 레이더 접근관제업무를 제공한 후, 관제사에게 SART, NASA-TLX 평가표를 작성하도록 하였다. 비정상 항공기가 관제사의 상황인식과 업무부하에 미치는 영향을 측정하기 위하여 비정상 항공기가 포함되도록 관제상황을 다시 부여하였으며, 10-12분간 관제 후 교육생에게 동일한 평가표를 작성하도록 하였으며 이 경우, 교육생은 어떤 항공기가 비상을 선언할 지 알 수 없도록하였다.
- 평가도구 : 교통상황의 변화가 관제사의 상황인식, 업무부하에 미치는 영향을 조사하기 위하여 2가지 형태의 관제상황으로 모의 관제를 수행하였다. Miller(1956)의 연구에서 7±2대의 항공기가 관제사의 ‘단기기억 용량’을 고려한 적정한 항공기 관제 대수라고 지정한 것을 참고로 관제교육 담당교관들과의 3차례 회의를 통하여 실험자들에게 레이더 스크린에 5-6대의 항공기가 지속적으로 존재하는 경우를 보통 이상의 업무부하를 주는 것으로 설정하였다.
대상 데이터
- 실험 참가자는 공군의 항공교통관제 업무에 종사할 군 관제사로 17주 동안 항공교통관제 이론 362시간, 실습 220시간을 수료하였다. 실험은 3차에 걸쳐 수행되었는데 2008년에 2개 기수(14명), 2009년에 1개 기수(10명)의 총 24명으로 남자 20명, 여자 4명, 총 24명으로 구성되었고 교육생의 평균 연령은 23.
- 실험 참가자는 공군의 항공교통관제 업무에 종사할 군 관제사로 17주 동안 항공교통관제 이론 362시간, 실습 220시간을 수료하였다. 실험은 3차에 걸쳐 수행되었는데 2008년에 2개 기수(14명), 2009년에 1개 기수(10명)의 총 24명으로 남자 20명, 여자 4명, 총 24명으로 구성되었고 교육생의 평균 연령은 23.5세이다.
- 실험장치 : 본 연구를 위한 실험은 항공관제교관실의 레이더 실습실에서 진행되었으며, 실험장치는 현재 운용되는 레이더 관제장비에서 제공되는 모든 기능을 구현하는 컴퓨터 기반 훈련장비(computer-based training simulator)인 'ATC CBT'를 사용하였다.
- 실험장치 : 본 연구를 위한 실험은 항공관제교관실의 레이더 실습실에서 진행되었으며, 실험장치는 현재 운용되는 레이더 관제장비에서 제공되는 모든 기능을 구현하는 컴퓨터 기반 훈련장비(computer-based training simulator)인 'ATC CBT'를 사용하였다. 이 시스템은 관제사의 레이더 근무에서 실질적이고 높은 신뢰성을 가진 장비로 평가되고 있는데 19인치 LCD 레이더 전시기, 키보드, 마우스로 구성되어 있다.
- 표본선정 : 본 연구의 목적인 관제사 상황인식과 업무부하 측정을 위한 실험의 표본은 공군교육사령부의 항공교통관제사 교육을 수료한 초급관제사를 대상으로 수행하였다. 가장 효과적인 실험은 현재 군이나 민간항공에서 실제적인 관제를 수행하는 관제사를 대상으로 하는 것이 가장 타당하나 예비 실험을 한 결과 군 관제사의 경우 관제 수행능력보다는 계급구조에 따라 수준이 결정되므로 원활한 실험이 불가능하였다.
데이터처리
- 비상선언은 20-25NM 사이의 입항 항공기가 요청하도록 조종사 역할을 수행하는 교관이 담당하였다. 개별 관제사들은 정상상황과 비정상상황에 대해 실험을 수행하였으며 t-검정을 통하여 평균을 비교하였다. SART와 NASA-TLX 측정은 7점 척도를 사용하였으며, SART의 경우 점수가 높을수록 상황인식이 우수한 것이고, 평균업무부하점수(mean WWL score)는 점수가 높을수록 업무부하가 큰 것이다.
- 본 연구의 실험결과에 대한 분석을 위해 먼저 교통상황이 상황인식과 업무부하에 미치는 영향을 평가하였는데 이는 측정치에 대한 평균을 통하여 비교하였다. 또한 개인별의 정상과 비정상의 두 가지 상황에 대해 실험을 수행하였으므로 평균 비교 시에는 먼저 T-test를 통하여 평균의 차이를 비교하였다.
- 업무부하 점수와 상황인식 구성요소 간의 관계를 알아보기 위해 상관관계를 분석하였다.
이론/모형
- 실험을 위한 독립변수는 정상 관제상황과 '비상'을 선언한 항공기가 포함된 관제상황이며 종속변수는 관제사의 상황인식과 업무부하로 설정하였다. 상황인식 측정을 위한 평가도구로 SART를 이용하였으며 구성요소는 [table 1]과 같다. SART는 측정도구로 주관적이고 개별항목의 측정이 어려운 단점이 있지만, 직무에 대한 영향이 없고, 사용이 용이하며, 타 평가도구에 비교하여 실제 시스템이나 상황 평가에 용이하게 사용할 수 있다는 장점이 있으므로 본 연구의 실험에 용이하다고 평가되었다.
- SART에는 3-D SART, 10-D SART 등의 형태가 있는데, 본 연구에서는 각 구성요소의 차이점을 명확하게 하기 위해 3-D SART에서 나타난 3가지 구성요소를 사용하였다. 운영자의 전체적인 상황인식 추정은 SART-Combined = mean Understanding rating - (mean Demand rating - mean Supply rating)의 식에 의해 도출된 통합 SART 채점 기술을 사용하였다.
- 피평가자의 업무부하 측정을 위하여 NASA-TLX를 사용하였으며, 구성요소는 [Table 2]와 같다.
성능/효과
- PD, OP, FR 측면에서 정상과 비정상 상황 간 통계적으로 유의미한 차이점은 확인되지 않았으며, 전체적인 업무부하는 비정상 상황에서 증가하는 것으로 확인되었다. 이는 관제업무가 항공기, 기상 등 다수의 정보를 제한된 시간에 처리해야 하기 때문인 것으로 판단되며, 이를 통하여 항공관제업무가 물리적 과정 보다는 정신적 과정에 더욱 좌우된 다는 것을 알 수 있었다.
- 상황인식 측정을 위한 평가도구로 SART를 이용하였으며 구성요소는 [table 1]과 같다. SART는 측정도구로 주관적이고 개별항목의 측정이 어려운 단점이 있지만, 직무에 대한 영향이 없고, 사용이 용이하며, 타 평가도구에 비교하여 실제 시스템이나 상황 평가에 용이하게 사용할 수 있다는 장점이 있으므로 본 연구의 실험에 용이하다고 평가되었다.
- 개별 관제사들은 정상상황과 비정상상황에 대해 실험을 수행하였으며 t-검정을 통하여 평균을 비교하였다. SART와 NASA-TLX 측정은 7점 척도를 사용하였으며, SART의 경우 점수가 높을수록 상황인식이 우수한 것이고, 평균업무부하점수(mean WWL score)는 점수가 높을수록 업무부하가 큰 것이다.
- 표본선정 : 본 연구의 목적인 관제사 상황인식과 업무부하 측정을 위한 실험의 표본은 공군교육사령부의 항공교통관제사 교육을 수료한 초급관제사를 대상으로 수행하였다. 가장 효과적인 실험은 현재 군이나 민간항공에서 실제적인 관제를 수행하는 관제사를 대상으로 하는 것이 가장 타당하나 예비 실험을 한 결과 군 관제사의 경우 관제 수행능력보다는 계급구조에 따라 수준이 결정되므로 원활한 실험이 불가능하였다. 민간관제사들은 관제사로 입사한 시기가 상이하고 수행하는 업무가 너무 세분화되어 업무를 수행하므로 공통된 상황을 부여할 경우 이에 대한 응답의 내용이 너무 상이하므로 유의미한 실험결과에 문제가 있었으며 특히 교대근무를 수행하므로 실험 조건의 부여에 문제가 있는 것으로 판단되었다.
- 또한 상황인식 구성요소를 통한 관제사의 업무부하의 예측을 위하여 회귀분석을 실시한 결과 전체 모델은 F(3,92) = 24.641, p<.001, 수정된 R2 = .427로 통계적 유의성을 갖추었으며, 단계별 회귀분석 시, ‘Demands’, ‘Understanding’은 업무부하 예측 시 유의한 영향을 미쳤다.
- 또한 예측에 있어 상황인식 요소의 상대적 중요도는 ‘Demands’, ‘Understanding’, ‘Supply’ 순으로 확인되었다.
- 본 연구의 실험 결과에서도 나타나듯이 이 두 개념은 어느 정도 상호 연관성을 갖고 있으며, 관제사의 의사결정에 있어 기초가 되는 상황인식의 획득과 유지에 필요한 주의자원의 사용은 운영자의 업무부하에 영향을 미치고 있음을 확인할 수 있었다.
- 상관관계 분석결과 [Table 5]와 같이 전체 업무부하는 상황인식 구성요소 중 ‘Demands’와 정(+)의 상관관계를 가지며, ‘Supply’, ‘Understanding’과는 낮은 상관관계가 있는 것으로 분석되었다.
- 30으로 통계적 유의성을 갖추었으며, 단계별 회귀분석 시 TD, OP, FR은 상황인식 예측 시 유의한 영향을 미쳤다. 상황인식 예측에 있어 업무부하 구성요소의 상대적 중요도는 OP, FR, TD, MD, EF, PD 순으로 확인되었다.
- 비정상 항공기가 관제사에게 미치는 영향으로는 첫째, 시간 왜곡으로 조종사와의 교신 간격이 실제 경과시간보다 더 길다는 느낌을 가지며 둘째, 조종사에게 다량의 정보를 제공하려는 욕구가 발생하여 승무원에게 과부하가 걸리도록 유도할 수도 있다. 셋째, 스트레스나 높은 업무부하에 대한 일반적 현상인 터널시가 발생하거나 기억력 감소가 발생하여 높은 업무부하에 직면할 수도 있다. 또한 이전에 발생한 사건에 의한 스트레스도 발생할 수 있다.
- 업무부하의 구성요소를 통한 관제사의 상황인식을 예측하기 위하여 회귀분석을 실시한 결과 전체 모델은 F(6,89) = 7.775, p<.001, 수정된 R2 = .30으로 통계적 유의성을 갖추었으며, 단계별 회귀분석 시 TD, OP, FR은 상황인식 예측 시 유의한 영향을 미쳤다.
- 전체적인 상황인식을 나타내는 ‘Combined’는 비정상 상황에서 관제사의 상황인식이 정상적인 관제상황 보다 전체적으로 저하되는 것으로 확인되었다.
- 즉 관제업무수행에 있어 상황인식을 위한 ‘Demands’가 높을수록 업무부하는 커지고 상황인식은 감소하며, ‘Supply’와 ‘Understanding’이 클수록 우수한 상황인식을 얻게 됨을 의미한다.
후속연구
- 비록 본 연구에서 실무에 종사하는 관제사를 대상으로 실험을 수행하지는 않았으나, 관제사의 상황인식과 업무부하에 대한 일반적인 이해를 제공할 수 있다는 점에서 큰 의미를 가진다. 따라서 향후 본 연구를 바탕으로 비정상 항공기 관제를 포함한 다양한 상황에서 관제업무 제공 시 관제사의 상황인식, 업무부하 관리․개선 위한 연구, 훈련프로그램의 개발이 요구된다. 또한 관제사의 업무성과와 상황인식, 업무부하의 관계에 대한 연구를 통해 항공교통관제 업무의 효율화와 궁극적으로 전체 항공 시스템의 성과개선을 도모해야 할 것이다.
- 따라서 향후 본 연구를 바탕으로 비정상 항공기 관제를 포함한 다양한 상황에서 관제업무 제공 시 관제사의 상황인식, 업무부하 관리․개선 위한 연구, 훈련프로그램의 개발이 요구된다. 또한 관제사의 업무성과와 상황인식, 업무부하의 관계에 대한 연구를 통해 항공교통관제 업무의 효율화와 궁극적으로 전체 항공 시스템의 성과개선을 도모해야 할 것이다.
- 현재 자유비행이나 자동화와 같은 선진화된 개념이 지속적으로 연구되지만, 이 기술의 항공부문에 적용은 많은 추가적인 연구와 재원 조달이 필요하기 때문에 제한적일 수 있으며, 실질적으로 현재 가용 장비와 인원을 통하여 획득할 수 있는 최대한의 성과를 획득하기 위한 운영상의 고려가 요구된다. 특히, 관제업무가 매우 동적이므로 지속적으로 변화하는 각 국가의 실정에 부합하는 이상적인 관제사의 상황인식과 업무부하의 관리가 매우 중요하며, 특히 미래에 예상되는 항공 교통량의 증가에 적절히 대처하기 위하여 관제사의 책임과 역할 구분 등에 대한 시스템적 접근이 요구된다.
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