单人制机组运行自动化等级自适应调节方法

为满足单人制机组运行(SPO)驾驶舱自动化的需求,提出驾驶舱人机交互自适应架构。首先,基于生理指标及对飞机运行状态参数和环境参数的连续监测,建立认知状态评估模型、任务认知需求模型和认知预测模型;然后,通过仿真验证不同外部条件和自动化水平的飞行员生理指标和认知状态变化;最后,构建自动化水平自适应调节功能模型,灵活调整自动化水平,动态分配飞行员和自动化的工作负荷。结果表明:基于专家系统的人机交互自适应框架可评估飞行员认知状态,实时转换自动化等级,合理分配驾驶舱工作负荷,将飞行员的负荷指数稳定在0.4左右;还能使疲劳累积速度放缓,从而保持飞行员的最佳认知状态。     

基于任务情境的航线飞行员脑力负荷特征研究

为探究飞行任务中航线飞行员的脑力负荷特征，开展了2种经验水平(机长、副驾驶)×3种任务阶段(进近阶段、火警阶段、着陆阶段)的混合双因素设计试验，记录HR、HRV、EDA和眼动指标作为因变量，建立广义线性混合模型并分析数据。结果显示，与副驾驶组相比，机长组HR均值、SCL、SCR和平均瞳孔直径更小，IBI均值和PNN20更大；被试在不同任务阶段的脑力负荷生理特征亦存在差异。研究表明，航线飞行员的脑力负荷特征受到经验水平的影响，机长在全部任务阶段中脑力负荷均低于副驾驶；不同任务阶段的脑力负荷特征存在差异，由进近阶段到着陆阶段，航线飞行员的脑力负荷表现出逐级上升的趋势。研究结果可为实现循证训练、提高训练效率提供数据支持，有助于提升飞行安全水平。     

面向SPO的飞行员诱发振荡自适应抑制策略仿真研究

单人制机组运行(Single Pilot Operation, SPO)场景中，飞行员负荷与疲劳会使飞机操控精度降低，甚至出现飞行员诱发振荡(Pilot Induced Oscillation, PIO)现象。为缓解PIO问题，分析了飞行员操作增益和时延对飞机振荡的影响作用，并建立基于生理指标和外部条件的认知能力评估模型，以设计飞行员诱发振荡自适应调节策略。通过建立认知能力与飞行员操作水平的对应关系，实现了基于飞行员身体状态和外部条件所需为输入的飞行员诱发振荡抑制过程。以A320机型为例设置模拟场景，采用MATLAB进行仿真。结果显示：在诱发振荡初期，飞机驾驶超调量降低了约25%;50 s内，相同参数下的诱发振荡超调量平均减少了约66%,并逐渐步入稳定状态。这表明基于认知能力评估的自适应调节模型能够缓解单一飞行员工作负荷和疲劳，增加飞行员操纵的动态和静态稳定性，有效抑制了单人制机组运行时由人的因素引起的诱发振荡问题。     

多源信息下驾驶员认知负荷的测度方法研究

为分析多源出行信息对驾驶员认知负荷的影响机制,设计包含可变信息板(VMS)、交通广播以及这两者相结合的3种模拟驾驶场景,通过建立驾驶员认知负荷测评量表,采集驾驶仿真试验及认知负荷量表数据,测度多源信息影响下的驾驶员认知负荷。结果表明:3种场景中的出行信息均会影响驾驶员的认知负荷,单一VMS场景的认知负荷最低,多源信息场景最高;单一VMS场景中信息搜寻的认知负荷低于交通广播,获取和决策过程则高于交通广播;多源出行信息对认知负荷的影响维度主要是脑力负荷和时间负荷;出行经验对认知总负荷的影响与场景相互独立。     

使用车载导航系统下驾驶员脑力负荷影响因素分析

基于试验数据,分析使用车载导航系统对驾驶员脑力负荷的影响,以及任务难度、时间压力、驾驶经验、性别差异等因素在该任务中的实际影响效果.通过编程模拟驾驶员使用车载导航系统进行驾驶的任务,采取主任务评价法作为脑力负荷的评价方法.选取偏离正确路线的次数、偏离的水平位移、到达预定目标所用时间、偏离方向的次数、根据导航系统提示完成相应动作的反应时间5个参数作为评价指标,选取40名大学生作为被试完成主任务(追踪)和辅任务(使用车载导航系统的脑力工作).对试验数据进行比较分析,结果表明,车载导航系统的使用在一定程度上加大了驾驶员的脑力负荷,并随驾驶难度的增加而加剧.任务难度、工作时间及驾驶经验等因素都对使用车载导航系统的驾驶员的脑力负荷产生影响,而性别差异的影响并不明显.     

面向特情的航线飞行员视觉注意分配研究

为降低飞行中人因事件的发生比例，保障飞行安全，面向进近过程中飞机发动机火警处置任务，开展模拟飞行试验，探究飞行特情中飞行员视觉注意分配情况；记录被试在4个兴趣区域(AOI)的5项视觉注意分配指标，同时，记录试验中被试的决策行为和飞行绩效指标；结果显示，火警发生前后，飞行员被试在主飞行显示器(PFD,即AOI 2)上的5个视觉注意分配指标均显著高于其他AOI;在火警前阶段，被试在主火警灯(即AOI 1)的注视点数(FC)、注视时间(FT)、FC占比(PFC)、FT占比(PFT)和平均注视时间(AFD)值显著低于导航显示器(ND,即AOI 3)和发动机显示和机组警告系统(EICAS,即AOI 4),而在火警阶段，AOI 1的FC、FT、PFC和PFT显著高于AOI 4;机长组被试在PFD上的FC、FT、PFC和PFT显著低于副驾驶组；机长组更多选择落地后执行火警记忆项目。研究结果表明：飞行特情中，飞行员的视觉注意分配仍服从驾驶—导航—交流—系统管理任务优先规则；主火警灯故障会对飞行员的注意分配造成干扰；飞行经验可以改善飞行员的视觉注意分配。     

基于专家-新手范式的飞行员模拟仪表进近注视特征差异研究

为探究飞行员注意资源在驾驶舱仪表间的分配策略,利用眼动仪、DA-42飞行模拟机等搭建仪表进近模拟飞行试验平台,基于专家-新手范式采集飞行教员和飞行学员的眼动数据,并利用注视熵率表征被试者扫视行为的随意性.结果表明:在最后进近航段,全体被试者高度关注姿态仪、水平状态指示器和高度表3个兴趣区,注视时间占总注视时间的78％以上;绩效优组在空速表、高度表、垂直速度表和其他区域的注视时间百分比显著高于绩效差组,而在各兴趣区的平均注视时长显著低于绩效差组;绩效优组的注视熵率显著高于绩效差组,这意味着其在仪表进近过程中的扫视灵活性更大.研究可为指导飞行员培训、预防飞行员人为差错提供参考.     

基于驾驶模拟的自动驾驶接管行为研究*

为探索有条件自动驾驶对非驾驶相关任务的允准边界,基于实车驾驶模拟器,设计自动驾驶接管试验典型场景,招募30名被试者开展驾驶模拟试验;要求驾驶人执行3种分心形式的驾驶次任务,系统发出接管请求提示后,驾驶人接管车辆控制权以避免险情发生,并分析驾驶人接管反应时间、驾驶负荷以及驾驶绩效等相关数据。结果表明:驾驶次任务涉及的分心形式越复杂,接管过程安全性越差,视觉分心任务与操作分心任务对接管行为影响显著;驾驶人更倾向于选择制动操作接管车辆,次任务分心程度越高,制动接管比例越大;与乘客聊天对接管行为影响不显著,看视频和玩手机游戏均会显著延长接管反应时间,增加工作负荷与车辆纵向减速度,玩手机游戏还会显著提升车辆横向加速度。     

机组资源管理与安全绩效关系研究

为提高飞行安全绩效,基于航线安全审计3要素,并结合我国1988—2003年49起民航飞行事故中机组资源管理缺陷统计分析数据,确定影响机组资源管理的4个要素:机组沟通、工作负荷、机组决策和情景意识。应用结构方程模型(SEM),构建机组资源管理与飞行安全绩效关系假设模型,并选取我国航空公司一线民航飞行人员为研究对象,进行实证研究。结果表明:机组沟通、工作负荷、机组决策、情景意识与安全情境绩效和安全任务绩效显著相关;安全情境绩效与安全任务绩效显著相关。改善机组沟通、提高情景意识、优化机组决策以及均衡工作负荷,均能有效提高飞行安全水平。     

脑力疲劳对视觉选择性注意影响的研究

为探究人的脑力疲劳对其视觉选择性注意的影响,开展监控作业系统人机工效设计试验。以32名男性为被试,采用140 min记忆刷新试验任务(2-back任务)模拟监控作业诱发脑力疲劳,然后采用2×3因素设计的中心线索提示范式模拟自动告警测量选择性注意能力,通过分析行为学及脑电(EEG)数据,研究脑力疲劳对视觉选择性注意的影响。结果表明:140 min 2-back任务诱发了脑力疲劳,脑力疲劳状态下,中心线索提示范式中的无效线索和目标刺激的疲劳效应最强,有效线索和干扰刺激的疲劳效应最弱,被试的选择性注意任务绩效下降、P300潜伏期显著延长、幅值显著减小,脑力疲劳对视觉选择性注意能力有负性影响。     

无人机操作主观心理负荷测评与心率数据比较

为探究在无人机实操试验的心理负荷测量中主观量表与心率测评工具的性能,招募14名从未接触过无人机操作的被试者,在参加飞行操作培训后进行4种不同难度的无人机飞行操作情景试验;使用Polar V800监测被试者试验过程中的心率变化,并在试验结束后采用NASA-TLX,MCH,SWAT 3种主观量表进行评分,以比较飞行难度间各...     

Effects of controller-pilot communication medium,flight phase and the role in the cockpit on pilots’ workload and situation awareness

This study explores the effects of communication medium, flight phase, and the role in the cockpit on pilots’ workload and situation awareness. Eight pilots with the experience of Controller-Pilot Data Link Communications (CPDLCs) participated in this simulated experiment. Two types of communication medium (voice and datalink), three types of flight phase (departure, cruise, and arrival), and two types of role (pilot flying and pilot non-flying) were investigated in the experiment. The results indicated that flight phase is a significant factor and cruise is the most suitable phase for datalink use on pilots’ acceptance, workload, and situation awareness performance. Both medium and role were not the significant factors. Since there is no significant difference on medium when no extra tasks and interferences involved in a normal flight, that the use of CPDLC can be justified during all phases of a no-event flight. In addition, the results of usability indicated that the simulated CPDLC with command selection functions proposed in this study provides good utility for the participants. In order to use the CPDLC for all phases of flight in the future, adding more command selection functions in place of typing messages by pilots and accommodating appropriate interfaces for different phases are recommended to enhance the usability of the CPDLC unit.     

基于模拟飞行任务下的眼动指标分析

分析眼动指标在定量测量飞机驾驶员的注意力分配规律和工作负荷变化中的作用。让4个被试者在飞行模拟器上完成了3个不同阶段的模拟飞行任务,同时用眼动仪器记录了注视、扫视、瞳孔尺寸方面的眼动指标,划分为座舱外景和内部仪表两个兴趣区域对数据进行了对比和认知分析。被试者在外景有更多的注视点、更多和更长的注视时间,在仪表上的平均瞳孔尺寸比外部视景要大,平均扫视幅度随任务难度增大而减小。眼动指标可以客观地反映驾驶员的注意力分配规律和工作负荷变化;视觉飞行规则下,飞行员主要从外景获取视觉信息,他的大部分注意力都集中在外景。     

HUD状态下飞行员视觉注意资源分配机制研究

为了解决平视显示器（Head Up Display,HUD）飞行中的注意资源分配问题，基于飞行模拟器，设计双作业飞行任务开展相关研究。基于事件相关电位（Event Related Potential，ERP）技术，选取行为绩效和P300成分为评价指标，采用oddball模式，在双作业飞行任务条件下开展实验研究。结果表明:随主任务难度的增加，主、辅任务的作业绩效均显著下降，被试者对HUD上异常信息的正确操作率降低，且反应时间延长；随主任务难度的增加，由辅任务所诱发的P300的波幅显著降低。在实验结果的基础上，最终提出了HUD状态下飞行员视觉注意资源分配机制。     

不同类型压力对飞行员安全绩效的影响规律研究

为探究各类型压力对飞行员安全绩效的影响规律,为飞行员日常工作管理提供依据,选取某航空公司200名飞行员进行压力测试,并调取其近6 a的飞机品质(QAR)数据,通过相关性分析和线性回归分析将飞行员压力数据与其QAR数据进行对比分析,探究飞行员压力对飞行安全绩效的影响规律。研究结果表明:工作负荷压力、家庭压力、人际关系压力和组织管理压力会显著负向影响飞行员安全绩效;角色压力和专业发展压力会显著正向影响飞行员安全绩效。     

驾驶工效综合评定座舱实验台的研制

为了在实验室内 ,能定性 /定量的研究飞机驾驶员工作时的复杂、实时操作感觉 ,开发了一台驾驶工效综合评定座舱实验台。该实验台主要由硬件 (包括座舱外壳、驾驶杆、座椅以及两台液晶显示器 )、软件两部分 (座舱视景系统、座舱仪表显示系统、飞机动力学系统、飞机控制系统、座舱网络通讯系统 )组成 ,通过使用眼动仪、触摸屏等设备来记录驾驶员的眼动及手动数据。该实验台可通过数据处理计算机实现人机界面的作业运动和进行工效综合评定。工效评定实验台的研制 ,可以提高座舱人机交互工效设计的可信度 ,是飞机驾驶舱面板优化设计的基础和依据 ,是研究保障安全飞行和提高作战能力以及效率等重大技术性能的重要手段。     

防疫豁免政策下的飞行机组舱内警觉性预测仿真

为验证《疫情期间豁免机组成员值勤期、飞行时间限制的实施办法》的可行性,以及为其提供科学依据。以飞行机组成员在驾驶舱内的警觉性变化为验证指标,基于警觉能理论,建立量化评估驾驶舱内飞行机组警觉性的数学模型,以飞行过程中的轮换安排为例进行舱内机组警觉性的数值模拟仿真,并对比分析"CCAR-121部"规章与"豁免办法"中不同飞行时间限制下的舱内机组警觉性预测仿真结果。结果表明:以文中排班和轮换安排的情况下,以"豁免办法"进行运行时,驾驶舱内飞行机组的警觉性整体上不低于"CCAR-121部"规定,因此,"豁免办法"的实施具有可行性和科学性。     

航空工效中情境觉知的研究

随着航空设备自动化 /智能化水平的不断提高 ,现代飞机座舱中动态信息越来越多 ,而飞行员的主要作用已由操作控制向监视转移 ,即人的体力负荷下降、心理负荷增加的现象变得更加突出。鉴于此 ,有关飞行员情境觉知研究已成了目前航空工效研究领域中比较活跃的一个方向 ,笔者通过对情境觉知的发展历史、概念定义、影响因素、定性模型分析 ,并结合前人的研究成果建立了一个新的情境觉知定义和相应的情境觉知多级触发定性分析模型 ,初步揭示了高级飞行员和飞行学员之间的情境认知差别 ,并为进一步建立定量的情境觉知多级触发分析模型 (包括不同情境下飞行员的感觉、理解、预测等阶段的临界值 )打下了基础。     

飞行安全技术影响因素及其作用机制研究

为通过管控飞行安全技术的影响因素提高飞行员飞行技术水平,从信息感知、信息处理、判断决策和反应行动4个方面分析了影响飞行安全技术的因素,并对影响作用做出假设。采用问卷调查获取数据,并应用结构方程模型定量分析各因素对飞行安全技术的作用。研究结果表明:判断决策相关因素、信息处理相关因素、反应行动相关因素、信息感知相关因素对飞行安全技术的影响程度依次递减;平衡觉、运动觉、视觉、震动觉、听觉通过作用于飞行员的信息感知进而影响飞行安全技术且影响程度依次递减;飞行经验、注意、理论知识、记忆通过作用于飞行员的信息处理进而影响飞行安全技术且影响程度依次递减;空间定向、风险感知、逻辑推理、快速运算通过作用于飞行员的判断决策进而影响飞行安全技术且影响程度依次递减;动作协调性、动作准确性、动作及时性通过作用于飞行员的反应行动进而影响飞行安全技术且影响程度依次递减。     

眼动技术在飞行安全中的应用概述

近年来,眼动技术开始广泛应用在道路交通、广告设计、军用飞机飞行员眼动模式的研究中。本文介绍了国内外眼动技术的应用现状,从飞机驾驶舱人机界面设计、机场道路环境建设、飞机驾驶员培训和飞机驾驶安全等四个方面阐述了眼动技术在民航飞行领域中的研究现状及应用前景,为眼动技术在民航飞行领域的应用研究提供借鉴。