随着空中交通管制席位数量的增加,越来越多的大型管制单位存在排班难问题。不合理的轮班计划打乱了人体正常生物节律,体内各项生理活动能力降低,导致工作期间疲劳增加。为降低空中交通管制员疲劳,规避工作期间疲劳风险,研究其轮班方法将十分重要。从疲劳管理角度出发,对空中交通管制员轮班问题进行研究,以更好地缓解疲劳。空中交通管制员疲劳管理为规避工作期间的疲劳风险,通过分析疲劳影响因素、疲劳形成机理以及疲劳管理科学原理,提出空中交通管制员疲劳管理流程,从疲劳评价、疲劳风险评估以及疲劳缓解进行研究。针对疲劳管理流程的第一阶段疲劳评价研究,基于生物数学理论,从昼夜节律、睡眠稳态及睡眠惯性三个要素,分析了轮班疲劳的变化规律,并对其进行量化,进而构建了空中交通管制员疲劳评价模型。实例结果表明,空中交通管制员疲劳评价模型与其他模型的Pearson相关系数平均为90.6%,可用于评价工作期间的疲劳值,为轮班优化研究提供疲劳依据。此外,基于空中交通管制员疲劳评价模型对实际轮班计划进行疲劳风险评估,结果表明轮班计划存在疲劳风险。基于疲劳风险评估的研究,实际轮班计划存在不合理性,以科学化的轮班方法规避疲劳风险。根据实际轮班情况提出常规情景和非常规情景的两种轮班优化方法。基于疲劳最小化的空中交通管制员轮班优化模型是在常规情景下提出的,以最大程度降低疲劳峰值为优化目标,结合实际轮班要求,依次构建单次轮班优化模型和周期轮班优化模型。实例结果表明,基于疲劳最小化的空中交通管制员轮班优化模型求解结果与实际轮班计划相比,疲劳峰值平均降低8.2%、疲劳均值平均降低4.5%,且工作期间的疲劳值未超过疲劳管理规定的上限。空中交通管制员灵活轮班优化模型是为应对异常情况引起的疲劳风险而提出,以最少在岗人员数量为优化目标,以疲劳值满足疲劳管理规定的范围为前提,结合实际轮班要求,构建空中交通管制员灵活轮班优化模型。实例结果表明,在岗人员数量由原来的19人减少到14人,可为异常情况提供专门的应对人员,避免不必要的疲劳风险发生。