空管人员疲劳已成为航空安全的严重威胁,疲劳问题在空中交通管理系统中日益凸显。为有效预测管制人员的疲劳,防范民航管制人员疲劳作业,保证管制活动安全进行,建立一套管制员疲劳风险预测模型具有重要意义。本文在阅读、分析大量相关文献基础上,总结出管制员的疲劳特征及其影响因素,指出睡眠缺失是导致疲劳的主要原因,而睡眠缺失会使警觉性下降,所以本文提出了以警觉性为基础建立管制员疲劳风险预测模型的方法。为探究管制员疲劳后的表现以及获取疲劳的警觉性数据,设计并进行了36小时的睡眠剥夺实验。根据睡眠剥夺实验中获得的数据分别从警觉性、反应能力、作业量以及生理等方面分析了管制员疲劳后的表现。提出主导人员疲劳的“警觉能”的新概念,警觉能分为由显性的警觉性主导的“警觉动能”部分和由隐性的人体昼夜节律主导的“警觉势能”部分。只要睡眠警觉能就会补充,觉醒警觉能就会消耗。通过求解警觉能的一阶线性非齐次微分方程得到警觉能的通解。将睡眠剥夺实验采集的CPT反应时转化为警觉性,运用谱分析、辛普森积分和傅里叶级数展开等方法结合MATLAB、SPSS和Excel数据分析软件研究数据的周期性和警觉势能节律的表达式,进而得到警觉势能表达式,然后将警觉能减去警觉势能得到警觉动能表达式。将警觉动能按一定的关系转化为疲劳风险指数,建立了基于警觉能原理的管制员疲劳风险预测模型。最后用建立的疲劳风险预测模型来研究睡眠时长和睡眠类型(日间睡眠和夜间睡眠)对疲劳风险的影响规律,并通过实例来预测管制员值班日期内各个时段的疲劳风险状况。