1
Warszawa dn. 12.06.2017 Prof. dr hab. inż. Józef Żurek
Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych ul. Księcia Bolesława 6
01-494 Warszawa
Recenzja rozprawy doktorskiej mgr. inż. Marty Galant
pt. Ograniczanie ryzyka zagrożeń w lotnictwie ogólnym przez zastosowanie systemu monitorującego stan psychofizyczny pilota
Podstawą wykonania recenzji jest pismo Dziekana Rady Wydziału Maszyn
Roboczych i Transportu Politechniki Poznańskiej Pana prof. Franciszka Tomaszewskiego z dnia 12.06.2017. Promotorem pracy jest prof. Jerzy Merkisz, a promotorem pomocniczym
dr inż. Adrian Gill.
Treść i zakres pracy
Opiniowana rozprawa doktorska zawiera 141 stron. Składa się ze spisu treści skrótów
i oznaczeń, 8 ponumerowanych rozdziałów i bibliografii. Przedstawiono w niej 61 rysunków i 22 tabele ilustrujące dane źródłowe oraz wyniki analiz. Do pracy dołączono dwa załączniki.
W rozdziale pierwszym Autorka opisała uwarunkowania prawne dotyczące
bezpieczeństwa w transporcie lotniczym o podejściu reaktywnym, reagującym na zdarzenia i podejściu proaktywnym prognozującym sytuację oraz profilaktykę. Przedstawiła stan
bezpieczeństwa lotniczego będącego w gestii Urzędu Lotnictwa Cywilnego (ULC) oraz kwestie związane z zarządzaniem bezpieczeństwem zawarte w dokumentach ICAO. Opisała cztery filary systemu zarządzania bezpieczeństwem są to: polityka i cele bezpieczeństwa, proces identyfikowania zagrożeń, zapewnianie bezpieczeństwa i promowanie bezpieczeństwa.
Przedstawiła też koncepcje zarządzania ryzykiem i system monitorujący kondycję psychofizyczną pilota jako metodę ograniczania ryzyka zagrożeń.
Rozdział drugi zawiera problemy badawcze oraz cel i zakres pracy. Cel pracy brzmi tak jak tytuł rozprawy. Problemem badawczym jest prowadzenie prac nad doskonaleniem systemu zarządzania bezpieczeństwem w aspekcie ograniczania ryzyka zagrożeń. Zakres pracy został przedstawiony syntetycznie na rys 2.2, gdzie wyróżniono część teoretyczną, analityczną, badawcą i aplikacyjną.
W rozdziale trzecim opisano metody określenia stanu psychofizycznego pilota, a wtym metody: subiektywne, obiektywne, behawioralne i metody oparte na wskaźnikach środka transportu. Ocena stanu psychofizycznego pilota metodą subiektywną, polega na jego własnych odczuciach i spostrzeżeniach odnotowanych w kwestionariuszu obciążenia
2
zadaniowego. Badania obiektywne (fizjologiczne) polegają na monitorowaniu stanu organizmu podczas obciążenia zadaniowego operatora. Określenie tego stanu odbywa się poprzez: elektroencefalografię (EEG), badania okulograficzne, które pozwalają stwierdzić np.
na jakie bodźce, zwraca uwagę operator w trakcie obsługi sprzętu, a jakie pomija. Metody behawioralne stanowią próbę połączenia metod inżynierskich z zagadnieniami psychologii, mającą na celu obiektywne określenie relacji pomiędzy bodźcami a reakcjami. Głównymi parametrami cechującymi stan emocjonalny i psychofizyczny są: odległość oczu od ust, odległość oczu od brwi, zamknięcie oczu, krzywizna ust. Metody oparte na wskaźnikach środka transportu polegają na automatyzacji utrzymania parametrów i sytuacji ruchu środka transportu (samochodu, samolotu) np. aktywne tempomaty, systemy sterowania lotem (pilot automatyczny). Wyboru metody do realizacji badań doświadczalnych Autorka dokonała metodą oceny punktowej należącej do metod wielokryterialnego wspomagania decyzji. Pięć kroków zawartych w algorytmie metody to: lista kryteriów, dobór wag dla kryteriów, sporządzenie rozkładu punktów dla poszczególnych wariantów, obliczenia ocen i wybór wariantów.
Rozdział czwarty zawiera podstawy teoretyczne oceny ryzyka zagrożeń. Przedstawiono w nim podstawowe pojęcia i definicje, algorytm zarządzania ryzykiem, oraz przegląd metod
analizy ryzyka zagrożeń, a także procedurę wyboru metody do dalszych badań. Metody analizy ryzyka podzielono na jakościowe i ilościowe. Zaprezentowała schemat procedur identyfikacji zagrożeń jako tło do wskazania w nich źródeł zagrożeń oraz algorytm zarządzania ryzykiem. Opisała, model SHELL, procedurę listy kontrolnej jako metody identyfikacji zagrożeń oraz metody indukcyjne i dedukcyjne analizy ryzyka, a także grafy ryzyka. Przedstawiła procedurę wyboru metody do dalszych badań i autorską metodę wyznaczania ryzyka MICE-
RISK, która jest metodą badającą w sposób szczegółowy ryzyko prawdopodobieństwa
i skutki zdarzenia. Metodę MICE-RISK tworzy suma trzech składników:
K1 – prawdopodobieństwo wystąpienia zdarzenia wypadkowego, K2 – poziom wielkości strat wyrażony w złotówkach i K3 – poziom wielkości strat wyrażony w liczbie ofiar. Szacowanie poszczególnych parametrów polega na przypisaniu im wartości na podstawie określonych skal.
W rozdziale piątym Autorka dokonała oceny ryzyka zagrożeń w wybranym obszarze
systemu transportu lotniczego. Obszar analiz dotyczył zdarzeń zaistniałych w 2015 roku w obszarze krajowych oraz europejskich wskaźników zestawionych w odpowiednich
tabelach, wykresach i histogramach. W ramach analizy, w rozdziale tym przedstawiono liczbę zarejestrowanych statków powietrznych w Polsce w latach 2003- 2017, dane techniczne
3
modelowego statku powietrznego, przestrzeń powietrzną z podziałem na przestrzeń
kontrolowaną i niekontrolowaną, cywilne lotniska oraz służbę informacji powietrznej z podziałem na 5 sektorów. Podano liczbę operacji lotniczych obsługiwanych przez służbę
informacji powietrznej w latach 2006 – 2015. Omówiono przepisy wykonywania lotów z widocznością VFR (ang. Visual Flight Rules) oraz lotów według wskazań przyrządów IFR (ang. Instrument Flight Rules). Obszar analiz podzielono na podobszary, w których identyfikuje się źródła zagrożeń. Wyodrębniono podobszary takie jak: pilot, statek powietrzny, przestrzeń powietrzna i lotnisko aeroklubowe. W dalszej części rozdziału zostały zdefiniowane powyższe podobszary pod kątem możliwości generowania źródeł zagrożeń. W celu scharakteryzowania obszarów posłużono się aktami prawnymi (ICAO) Organizacji Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego oraz raportami i przepisami wydanymi przez Urząd Lotnictwa Cywilnego. Potencjalne zagrożenia w analizowanym obszarze oszacowano na podstawie listy kontrolnej. Do wykonania listy kontrolnej pytań o występowanie źródeł
zagrożeń, obszar analizy ryzyka podzielono na 5 grup. Formułowano pytania: do pilota (44 pytań), do służby informacji powietrznej (18 pytań), do służb eksploatacji statku
powietrznego (25 pytań), do służb lotniskowych (20 pytań) i do służb meteorologicznych (16 pytań). Na podstawie pytań dokonano rozpoznania źródeł zagrożeń i przypisano im
odpowiednie zmienne charakteryzujące poziom prawdopodobieństwa pojawienia się szkody oraz poziom szkód generowanych przez aktywizację zagrożenia. W dalszej części rozdziału piątego oszacowano ryzyko zagrożeń w locie z widocznością w przestrzeni niekontrolowanej.
W wyniku analizy wytypowano 37 zidentyfikowanych zagrożeń. Dla każdego zdefiniowanego zagrożenia zostały przypisane odpowiednie zmienne charakteryzujące poziom prawdopodobieństwa pojawienia się szkody oraz poziom szkód generowanych przez aktywizację zagrożenia. Wśród zdefiniowanych zagrożeń, 3 osiągnęły poziom ryzyka określony jako bardzo duży, 3 jako duży, 15 poziom istotny, 12 poziom określony jako mały,
a 4 poziom pomijalny. Szczegółowe zestawienie wyników oceny ryzyka zagrożeń w analizowanym obszarze przedstawiono w tabeli. Z 37 zagrożeń. 6 cechuje się kategorią
ryzyka nieakceptowanego, a 15 skategoryzowano jako tolerowane. Wynik wskazywał, że w większości zagrożeń źródłem mógł być zły stan psychofizyczny pilota.
W rozdziale szóstym przeprowadzono analizę wpływu zmiany warunków środowiskowych na stan psychofizyczny pilota. Metodyka badań doświadczalnych obejmowała użycie aparatury takiej jak symulator lotu CKAS MotionSim 5 i jego rejestrator parametrów lotu, elektroencefalografię oraz analizę pracy układu sercowo-naczyniowego. Do
mierzenia bioelektrycznej czynności mózgu wybrano urządzenie MindWave, pomiar pulsu
4
i utlenowania krwi dokonywany był za pomocą pulsoksymetru NONIN X-POD 3012.
W dalszej części pracy opisano działanie aparatury i przebieg badań na grupie sześciu pilotów o podobnym doświadczeniu lotniczym. Piloci nr 1, 2, 3 i 4 badani byli pod kątem wpływu zmiany warunków środowiskowych na koncentrację. Poziom koncentracji badany był w czasie pełnego przelotu, jednak na potrzeby niniejszych analiz wybrano jedynie fragmenty reprezentujące zmianę warunków środowiskowych. Przy opracowywaniu interpretacji graficznej wyników badań posłużono się linią trendu opartą na średniej ruchomej.
Spowodowane to było specyfiką badań z wykorzystaniem zjawiska elektroencefalografii.
Wyniki badań wpływu zmiany warunków atmosferycznych na poziom koncentracji każdego pilota i kolejnych lotów przedstawiono na rysunkach i wykresach zawierających etykiety danych oraz słupki błędów. Odnotowano wyniki: podczas zmiany warunków atmosferycznych (opady deszczu, śniegu) i podczas awarii podzespołów na końcu rozdziału przedstawiono wnioski wyciągnięte z wszystkich przebiegów, z których wynika, że: w 70% przypadków zaobserwowano zmniejszenie poziomu koncentracji pilota w momencie wystąpienia zmiany warunków środowiskowych. Największe różnice zaobserwowano w czasie symulacji opadów śniegu, poziom ten w czasie trwania zjawiska, jak i po jego ustaniu był niższy niż przed rozpoczęciem symulacji. Do oszacowania błędu pomiarowego posłużono się odchyleniem standardowym. Wynik obliczenia odchylenia standardowego poziomu koncentracji pilotów przedstawiono w tabelach.
W rozdziale siódmym został zaprezentowany system monitorujący stan psychofizyczny i system wspomagający pilota w sytuacji niedoboru zasobów poznawczych. Opracowano teoretyczny model oceny sprawności pilota, który opierał się na czterech kluczowych grupach wskaźników: fizjologicznych i behawioralnych, wskaźników dotyczących statku powietrznego oraz wskaźników subiektywnych – ocenianych przez pilota. Schemat blokowy
modelu systemu monitorującego sprawność psychofizyczną pilota i wspomagającego jego pracę w sytuacji niedoboru zasobów poznawczych przedstawiono na rysunku. Założono, że system
powinien spełniać szereg warunków kompatybilności z istniejącymi systemami informatycznymi i nawigacyjnymi statku powietrznego. Powinien się nadawać do praktycznego zastosowania oraz realizować wielokierunkową ścieżkę pomiarową celem uzyskania obrazu sprawności psychofizycznej pilota. Zdaniem Autorki bardzo istotną kwestią jest zachowanie tzw. trafności ekologicznej pomiarów i nie utrudnianie badanemu normalnej pracy. Proponowane racjonalne rozmieszczenie czujników w systemie monitorującym stan psychofizyczny pilota i wspomagającym jego pracę w sytuacji niedoboru zasobów poznawczych przedstawiono na odpowiednim rysunku. Zastosowanie proponowanego
5
systemu monitorującego stan pilota i wspomagającego go w przypadku niezdolności do lotu pozwala na ograniczenie ryzyka wystąpienia zdarzeń niepożądanych. Przeprowadzona kolejna próba oceny ryzyka – już po zastosowaniu proponowanego systemu ograniczającego jego poziom, udało się obniżyć ryzyko zagrożeń dla dziewięciu zagrożeń. Ponowna jego
ocena wskazała, że największe różnice uzyskano w przypadku zagrożeń związanych z możliwością wystąpienia wypadku podczas lotu oraz podczas lądowania. Porównanie oceny
ryzyka zagrożeń przed i po zastosowaniu systemu przedstawia rys. 7.4.
Rozdział ósmy stanowi zakończenie, w którym podsumowano wyniki badań dotyczące elementu systemu zarządzania bezpieczeństwem, a w szczególności zagadnienia postępowania wobec ryzyka zagrożeń dla przyjętego obszaru analiz. Zaproponowany system monitorowania stanu psychofizycznego pilota i wspomagania jego działań w trudnej sytuacji w czasie rzeczywistym, stanowi przykład umożliwiający redukowanie ryzyka zagrożeń.
Kluczową kwestią w realizacji celu pracy było przygotowanie metod i narządzi do oceny ryzyka zagrożeń, które umożliwiły przygotowanie i weryfikację opracowanych rozwiązań. Na podstawie przeprowadzonych analiz przyjęty cel pracy został osiągnięty. Autorka przedstawiła w 11 punktach wnioski końcowe, które między innymi zaleceniami sugerują, że implementacja systemu monitorowania stanu psychofizycznego i wspomagania pracy pilota mogłaby z powodzeniem być stosowana, jako sposób ograniczania ryzyka zagrożeń.
Zaleciła stosowanie metod szacowania i wartościowania ryzyka zgrożeń, a w szczególności wprowadzenie klasyfikacji szkód zgodnej np. z przepisami dotyczącymi badań wypadków.
Główne kierunki dalszych prac związanych z oceną ryzyka zagrożeń powinny rozwijać programy komputerowe do planowania lotu i badać związki stanu fizjologicznego pilota z bezpieczeństwem lotów.
Zamieszczone na końcu pracy załączniki w odpowiednich tabelach zawierają: rejestr statków powietrznych, listę kontrolną pytań o występowanie źródeł zagrożeń w analizowanym locie, zagrożenia rozpoznane w analizowanym obszarze, zagrożenia rozpoznane w analizowanym obszarze przed zastosowaniem systemu i zagrożenia rozpoznane w analizowanym obszarze po zastosowaniem systemu.
Ocena merytoryczna pracy
Badania bezpieczeństwa w transporcie lotniczym pozostają wciąż otwartymi problemami.
Rozwijająca się dyscyplina naukowa, jaką jest bezpieczeństwo funkcjonowania systemów transportowych w tym lotniczych posiada wiele problemów do rozwiązania. Racjonalne zarządzanie bezpieczeństwem jest możliwe przy ilościowych oszacowaniach zbioru danych
6
charakteryzujących przyczyny i skutki niepożądanych zdarzeń. Rozprawa doktorska o wymienionym wyżej tytule, celu i tezie, podejmuje problemy z pogranicza zagadnień
inżynierskich oraz psychofizycznych operatora obiektu technicznego. W środowisku inżynierskim opisane metody określenia stanu psychofizycznego pilota, a w tym metody:
subiektywne, obiektywne, behawioralne i oparte na wskaźnikach środka transportu stanowia wartość poznawczą. Połączenie badań stanu psychofizycznego pilota z aplikacjami analitycznymi oceny ryzyka zagrożeń wychodzi na przeciw potrzebom racjonalizacji systemów zarządzania bezpieczeństwem. Poprawny układ zadań badawczych w czterech częściach rozprawy tj. części: teoretycznej, analitycznej, badawczej oraz aplikacyjno- weryfikacyjnej stanowi przyczynek w rozwiązywaniu złożonej problematyki bezpieczeństwa lotów.
W części teoretycznej pracy opisano problematykę badawczą uzasadniając potrzebę prowadzenia prac nad zwiększeniem poziomu bezpieczeństwa w lotnictwie ogólnym, ponieważ w tym lotnictwie występuje o wiele więcej wypadków i poważnych incydentów niż w lotnictwie zarobkowym. Wskazuje to na konieczność reagowania na ryzyko w tym obszarze. Istotnym walorem pracy jest analiza stanu wiedzy w zakresie możliwości określania stanu psychofizycznego pilota. Nowatorskim podejściem jest połączenie metod
proaktywnych, reaktywnych i prognozujących przy wykorzystaniu źródeł danych z systemów: zgłaszania zdarzeń, badania zagrożeń, szkolenia operatorów, monitorowania
operacji i badania wypadków oraz incydentów, a także z obserwacji czynników zewnętrznych. Koncepcja wzbogacająca zarządzanie ryzykiem zagrożeń przez różne metody oceny stanu psychofizycznego pilota była przedmiotem zainteresowań specjalistów medycyny lotniczej i medycyny pracy, lecz jako proaktywna metoda inżynierska z ilościową oceną ryzyka zagrożeń w bezpośrednim działaniu, połączona z monitoringiem, jest podejściem oryginalnym. Konsekwencją tego podejścia było opcjonalne definiowanie ryzyka zagrożeń. Autorka słusznie zdefiniowała ryzyko stosownie do potrzeb analizy, jako
kombinację prawdopodobieństwa aktywizacji zagrożenia w zdarzeniu niepożądanym i spowodowanych w związku z tym szkód, lub jako iloczyn dwóch wartości straty oraz
prawdopodobieństwa zaistnienia, albo jako iloczyn poziomu prawdopodobieństwa
aktywizacji zagrożenia w zdarzeniu niepożądanym i poziomu spowodowanych w związku z tym szkód.
Część analityczna i badawcza pracy stanowi oryginalny dorobek Autorki. Sporządziła w niej ogólną charakterystykę obszaru analiz, przedstawiła szeroki pakiet żrodeł zagrożeń
oraz identyfikację obszarów krytycznych, a także autorską metodę wyznaczania ryzyka
7
MICE-RISK, dokonała oszacowania i oceny ryzyka zagrożeń własnym algorytmem oraz pokazała zależności pomiędzy zmianą warunków środowiskowych, a kondycją psychofizyczną pilota.
W części aplikacyjnej pracy Autorka wykazała, że możliwe jest monitorowanie zmian kondycji psychofizycznej pilota w czasie lotu i opracowała koncepcję założeń, metodyki badań stanu psychofizycznego oraz wytyczne do systemu monitorującego stan psychofizyczny pilota, który wspomaga go w sytuacjach trudnych. Potwierdziła, że stan psychofizyczny pilota znacząco wpływa na bezpieczeństwo wykonywania operacji lotniczych. Niepomijalnym walorem pracy jest obszerny zbiór bibliografii światowej zawierający 138 pozycji.
Mimo dość starannego opracowania edytorskiego rozprawy doktorskiej Autorka nie uniknęła pewnych nieścisłości.
Na str.92 opisano dwa symulatory. Symulator lotu, typu FNPT II MCC stanowiący wyposażenie Laboratorium Badań Instytutu Silników Spalinowych i Transportu Politechniki Poznańskiej oraz symulator lotu CKAS MotionSim5, na którym przeprowadzono badania.
Jaki cel miał opis pierwszego symulatora?
Pod koniec rozprawy często używanym sformułowaniem jest nie zbyt zrozumiała fraza:
„sytuacja niedoboru zasobów poznawczych” co to znaczy?
Wniosek końcowy
Autorka wykonując pracę wykazała się ogólną wiedzą teoretyczną i bardzo dobrą znajomością metod badań stanu psychofizycznego pilota. Zamieszczony w pracy opis metod subiektywnych, obiektywnych, behawioralnych i opartych na wskaźnikach środka
transportu, świadczy o doświadczeniu badawczym Autorki. Pozyskanie danych z badań i wykorzystanie ich do oceny ryzyka zagrożeń własną metodą analityczną dobrze rokuje w przyszłej pracy naukowej. Wymienione zdaniem recenzenta nieścisłości nie umniejszają wartości pracy.
Opiniowaną rozprawę doktorską oceniam, jako bardzo dobrą spełniającą ustawowe wymagania stawiane rozprawom doktorskim. Przedstawiam Szanownej Radzie Naukowej wniosek o przyjęcie rozprawy jako podstawy do nadania stopnia naukowego doktora nauk technicznych i dopuszczenie mgr inż. Martę Galant do publicznej obrony.
