基于眼动和绩效分析的管制员情境意识测量

情境意识(SA)是影响管制员决策和操作绩效的重要因素。为探究有效测量管制员SA水平的客观指标,搭建模拟塔台管制员眼动试验平台,设计并完成3组不同任务难度的试验。利用最近邻算法(NNI)量化识别被试眼动注视特征,并分析不同注视特征管制员的SA和操作绩效。研究结果表明:随着任务难度的增加,被试的SA水平均呈下降趋势;注视模式呈离散型分布的被试有更高的SA水平和操作绩效;眼动分析中的NNI注视指数是未来实时人因工程中测量SA水平的潜力指标。     

眼动指标检测管制疲劳的性能研究

为了挖掘更多检测管制疲劳的眼动指标,利用模拟塔台管制软件和眼动仪搭建试验平台,采集被试的眼动数据和主观疲劳的程度值,通过其疲劳前后眼动指标差异的显著性、与疲劳的相关性、以及受试者的工作特征曲线(ROC)分析,探讨了各眼动指标检测管制疲劳的性能。结果表明:疲劳前后被试的扫视速度、注视点和平均注视时长差异显著,扫视幅度无显著差异;扫视幅度与疲劳无相关性,平均注视时长与疲劳呈弱相关,扫视速度和注视点数与疲劳均呈中等以上的显著相关;利用注视点、扫视速度二元分类识别疲劳的效果为接近较好水平,是有潜力的管制疲劳检测指标,可为管制员疲劳检测和预警提供试验支撑。     

深井受限空间内作业人员的眼动特征研究

为探索能反映深井受限空间对作业者影响程度的眼动指标,为井下行为安全管理提供依据,将20名眼动指标相近的成员随机分为A,B两组,分别在普通环境中和高温深井环境中开展实验,以文献摘要为刺激材料,运用Tobii X2-30眼动仪进行眼动测量,运用单因素多元方差分析及多重比较法分析眼动数据。发现注视点总数、总注视时间、眼跳次数和总眼跳时间指标的差异有显著性,B组值大于A组;注视点平均注视时间、平均眨眼时间、平均瞳孔直径和总眼跳时间占比等指标无显著差异;两组被试的注视轨迹变化显著,因此 对井下人员的生理信息采集应当注重5个关键的眼动指标。     

基于注意力分配的管制员调配飞行冲突认知过程研究

发现和解决飞行冲突是保障安全飞行的关键环节,也是空中交通管制员的核心任务。为探索管制员在调配飞行冲突时的注意力分配情况,利用Tobii TX300眼动仪记录了20名被试在解决飞行冲突时的眼动数据。采用动态兴趣区划分的方法,将雷达显示界面划分为8个区域。通过马尔可夫链理论计算被试者在不同兴趣区间注视的一步转移概率和平稳分布。结果表明:无论是熟练管制员还是非熟练管制员对飞机标牌的关注度都要高于飞机本身,对进场飞机的关注度都要显著高于离场飞机;熟练管制员并不是一次注视就能获取足够的信息,需要多次连续重复的注视,非熟练管制员注意力分配不合理,对飞机信息关注过少,不能很好地判断冲突点位置,导致其管制效率较低。     

情境意识及注视转移方式对塔台管制冲突的影响

为分析塔台管制中情境意识(SA)水平和注视转移方式对冲突的影响,利用模拟塔台管制软件和眼动仪构建试验平台,根据航班起降架次频率设计并实施简单和困难2组情景试验。利用三维SA评定技术(3D-SART)评价被试的SA水平,利用连接分析法分析被试在4个兴趣区域(AOI)间的注视转移方式,综合分析SA水平与注视转移方式对管制冲突的影响。结果表明,被试的SA水平和注视转移方式具有个体差异性;SA水平高的被试有更好的注意分配和决策能力,SA水平低的被试注意分配不够合理,决策占用较多注意资源;航班流量较大时,SA水平低的被试更容易疏漏重要信息,出现决策错误,甚至失去SA,造成管制冲突。     

进近管制员监听错误的影响因素分析

监听/复诵环节是管制员和航空器驾驶员陆空通话中确保信息准确传递的重要组成部分。基于监听错误对航空安全的重要性,首先利用雷达管制运行仿真试验平台获取5 351句进近管制模拟机陆空通话数据,采用文字记录分析法处理语音数据,从通话特征、空中交通情况和管制员个体特征3大方面,利用Logistic模型分析影响管制员监听错误的因素。结果表明:进离港航空器越多,管制员的监听错误越多;空中交通复杂度对监听错误有显著负向影响,即空中交通越复杂,管制员的监听错误越少;管制员工作单位不同,其监听错误也有显著差异。     

基于脑电数据的管制架次对管制员疲劳影响研究

为量化研究管制区域内飞机架次的时空变化对管制员疲劳的影响,设计相应测试方案进行试验研究。有针对性地选取20名在职管制员分别在大、小夜班的班前和班后进行试验,采集完成不同流量等级下雷达模拟机任务过程中的管制员的脑电(EEG)信号数据,从数据中提取疲劳指标值,运用SPSS20.0软件统计分析指标值,根据管制员的岗龄将其分成2组进行比较,线性拟合班前班后的管制员疲劳指标值。结果表明:岗龄≥10年的管制员疲劳指标值及其波动性明显低于岗龄<10年的管制员;班前管制员疲劳指标值随管制架次的增加中后期呈下降趋势;班后管制员的疲劳指标值随管制架次的增加而增长,随时间呈3次曲线变化。     

驾驶员接管自动驾驶车辆的眼动特性和行为分析

为探究接管自动驾驶车辆期间驾驶员的视觉特性,分析眼动与接管反应操控行为的关系,开展驾驶模拟试验收集驾驶行为及眼动数据。运用统计学方法,分析驾驶员感知不同接管场景的视觉特性,探究接管请求(TOR)前后眼动指标的变化规律;并基于视觉分配和瞳孔变化特性分析驾驶行为,揭示眼动特性与接管反应及驾驶操纵策略的内在联系。结果表明:TOR前,相较于静态场景,驾驶员感知动态场景诱发元素扫视更频繁且平均注视时间更短;此时驾驶员的视觉分配特性与其接管反应行为存在显著相关性。TOR后,驾驶员的注视时间增加,眨眼频率降低,瞳孔直径扩张,眼跳幅度增大;不同场景下驾驶员的瞳孔差异表明其应对动态场景时具备更好的警戒水平和更平稳的操纵策略。     

基于飞行航迹数据的飞机发动机排放量估算方法

针对目前缺乏科学、定量的评价技术和手段研究空管运行技术对飞机油耗和污染物排放量影响的问题,建立了基于四维航迹数据的飞机污染物排放量估算模型,采用Visual Studio C#开发了民用飞机油耗及污染物排放量估算软件,能够根据二次雷达记录数据、ADS-B采集数据和管制模拟机记录数据来进行油耗及排放量计算,并以某管制单位雷达记录数据为例进行了计算分析。结果表明,管制员的技能差异对民航节能减排有重要影响;该模型可用来量化分析管制运行新技术及管制员技能差异对民航节能减排的影响,确保在飞行安全及管制容量的前提下更好地兼顾绿色运行的要求,提升空中交通运行质量。     

融合VR-眼动的施工现场隐患识别视觉注意与搜索特征研究

为探究施工现场隐患识别视觉注意与搜索特征,提升识别绩效水平,融合虚拟现实(Virtual Reality, VR)和眼动追踪技术,开展VR施工场景内的隐患识别试验,收集不同隐患识别经验群体的眼动数据;运用统计学方法,对比分析累计注视时间、注视百分比等眼动指标的差异性,揭示隐患识别经验与注意力资源分配方式的内在联系;基于眼动轨迹匹配法,聚类首次视觉搜索轨迹,结合施工现场空间布局,探究隐患识别经验影响下搜索习惯的差异。结果表明：经验知识水平对隐患识别绩效具备驱动作用,但隐患专业度过低则会弱化经验知识的效果;被试的注意资源大多集中于具有视觉显著性特征的无关要素,仅有小部分分配于隐患,然而,具有较高经验知识水平的被试对隐患信息更加敏感,分配于隐患的注意资源占比更高;相较于新手组同一区域多次重复的搜索习惯,专家组大多采用某一区域的详细搜索再切换到下一区域的方式。     

疲劳及紧张状态管制员通话语音反应特征研究

为预防管制员工作中陷入疲劳及紧张状态,研究处于这2种状态时管制员的管制通话语音反应特征。通过管制模拟试验方式采集管制员在正常、疲劳、紧张和疲劳且紧张等4种状态的管制语音数据,并提取各状态下管制员回复机长的语音次数和反应时间,统计平均每架航班反应次数、整个管制任务及不同时段平均反应时间等3种参数,分析疲劳和紧张导致这些参数的变化特征。研究表明:疲劳和紧张将使管制员完成同等管制任务需要更多反应次数,疲劳时管制员反应速度变慢、稳定性降低,且两者会随工作时间增加变得更差;紧张将使反应时间稳定性降低,并使反应随工作时间增长而变慢。     

基于眼动特性的疏散决策和寻路行为研究

为探究疏散过程中个体风险型决策行为特征和通道结构对疏散行为的影响,开展带计分奖励规则的模拟疏散试验。被试分别基于电脑端和地下车库疏散任务进行连续决策,利用眼动追踪技术采集被试在此过程中的眼动参数,采用注视时间、注视次数等眼动特性数据表征被试的视觉分配与感知特性,结合决策中冒险行为统计结果,分析疏散过程中被试面对风险时的决策行为变化特征,以及路径特征对寻路行为的影响。结果表明：对于模拟疏散中连续出现的风险型决策任务,随体力消耗,被试更倾向于选择风险较低的路径;被试感觉临近出口时,冒险行为比例增加;被试对首次感知或潜在目标的关键信息会给予更多关注,对疏散决策行为有一定影响;与平坦笔直路径相比,被试在消防门区域、不规则岔路口、连续转弯区域等通道突变处注视时间增加4～6倍,表现出更多的犹豫和折返行为。     

基于眼动数据的管制员注意力特征评价

为提高管制员培训的针对性和有效性,提升管制过程的安全性,提出使用注意力稳定性、注意力分配与转移和注意力广度3个指标,作为注意力特征的评价指标;设计并开展管制过程模拟管制试验,采集分析36名成熟管制员的眼动数据;提出选取兴趣区访问次数方差(VVC)、马尔可夫转移概率(MTP)和特情反应时间(RT)3个参数,将其作为刻画注意力特征3个评价指标对应的量化参数值,再使用K-Means聚类分析法对管制员的注意力特征进行分类,得到管制员注意力特征的评价值的结果分类区间,并对比评价结果与教员打分结果。结果表明：根据注意力特征,将管制员分成4类,一类为最优,四类为最差。优秀管制员具有注意力稳定性好、注意力分配合理、注意广度大和对特情敏感的特点,其量化参数值包括：VVC为13.48～95.46,MTP为0.03～0.22,RT为3～31 s。     

2类礼貌属性消防安全标语的眼动行为规律研究*

为研究不同礼貌属性消防安全标语的眼动行为规律,采用眼动技术对个体在阅读标语过程中的眼动行为进行记录,并对实验数据进行统计分析。研究结果表明:在注视次数和总注视时间上,不礼貌属性标语大于礼貌属性标语,在首次注视时间上2者未存在显著差异;在阅读路径上,不礼貌属性标语的路径更长且回视现象更多;在关键词方面,结果导向关键词的注视时间和次数大于行为指导类关键词,其中恶性结果导向关键词最大。     

事故案例展示方式和发展阶段对认知的影响研究

为研究安全培训中事故案例展示方式和发展阶段对认知的影响，以皮电和眼动追踪生理测量指标反映内在认知，设计双因素重复测量方差试验进行研究。针对事故原因设计调查问卷以反映培训效果。试验选择70位学生分成两组作为被试，统计分析皮电和眼动追踪4个生理指标的差异性和调查问卷数据。结果表明：视频相对于文字，情境诱发性更好；被试对事故前兆线索的关注度、警觉性更好；事前和事后阶段杂乱眼动行为偏少。对不同危险线索的注视时间显著不同反映出被试先验知识影响对事故前兆的感知，而此过程在文字下表现不明显。此外，平均注视时间反映视频下全程认知难度高于文字；无论哪种方式危险呈现时均以专注的注视行为为主；对事后原因分析关注度均不高，这与调查问卷对比分析结果一致。因此，事故案例培训过程可优先以视频动态方式展示，但培训教师需明确事故关键线索，特别强调事故原因以提高培训效果。     

不同煤矿噪声暴露时间对视觉认知影响研究

噪声是煤矿井下主要危害,对人体视觉系统的影响不容忽视。为了提高暴露在噪声环境中工人的视觉认知能力,进而减少人因事故的发生,针对视觉认知随噪声暴露时间的变化进行研究,利用Eye Link II眼动仪采集被试者的平均注视时间、平均眼跳幅度和眼跳次数3个眼动指标来衡量视觉认知能力随着综采工作面噪声暴露时间的变化。结果表明:1)噪声能够使视觉注意力下降,对视觉认知效率的影响不显著,对视觉辨识能力的影响较复杂;2)噪声在0~10 min和40~55 min时间段对视觉注意力影响较严重,在0~15 min和50~80 min时间段对视觉辨识能力影响较严重;3)被试者随时间变化出现视觉性疲劳后,噪声可轻微提高视觉认知效率和视觉辨识能力。     

情感诉求对交通安全广告效果的影响

为检验交通公益广告中情感诉求变化对广告效果的影响,采用试验法操作广告情感诉求类型,使用眼动技术和Go/no-go联想测验(GNAT),通过比较不同效价和唤醒度的情感诉求广告对受众的注意力和内隐态度的影响,评估交通安全广告情感诉求类型的说服效果。研究发现:被试对低唤醒广告文字区的眼动注视时间和注视点个数显著长于/多于对高唤醒广告文字区的注视时间和注视点个数;被试观看高唤醒消极的广告后,正确驾驶行为的积极态度显著下降,而低唤醒消极/高唤醒积极/低唤醒积极的公益广告对于被试的内隐态度的改变没有显著差异。结果表明,高唤醒度积极广告能够提升受众的注意力,而高唤醒度消极广告则会损害受众对正确驾驶行为的内隐态度。     

民航空中交通管制员危险感知差异研究

为探究不同经验的民航空中交通管制员危险感知能力差异性及其与管制安全行为的关系,采用场景分类法和问卷调查法进行试验,研究不同经验下管制员危险感知能力。根据情景难度、扇区内航空器数量、气象等条件将管制情境划分为4种场景,利用数据挖掘中的关联规则Apriori算法对比分析4组数据,寻找不同管制情境对管制员危险感知影响差异性。研究结果表明:危险感知能力与管制经验相关联;二级管制员感知危险数量最多,只有二级管制员能将管制指令时间作为危险感知的标准,三级和助理管制员做不到这点;影响管制员危险感知能力的关键因素是指令时间、安全间隔、航路拥挤与气象条件。     

农村公路复杂环境中新老驾驶人视觉特性研究

为研究新老驾驶人在农村公路复杂环境中的视觉特性,采用眼动仪测量若干被试人员在实际驾驶过程中的视觉生理指标,运用统计学和数据挖掘方法分析新老驾驶人的瞳孔直径、注视特性、扫视特性和追随眼动特性,进而辨析新老驾驶人的驾驶行为特性差异。结果表明,在农村公路复杂道路环境中,新老驾驶人的视觉特性和驾驶行为具有明显差异。新驾驶人的瞳孔直径变化剧烈,表现出长时间注视和注视反馈特性;老驾驶人具有较多短时间注视特性,注视前瞻性和反馈特性都很明显,并且具有追随眼动特性。     

驾驶人认知分心识别随机森林模型研究

为识别驾驶人认知分心状态,招募13名驾驶人参与驾驶模拟器试验。通过眼动仪采集被试正常驾驶及认知分心状态下的眼动数据,提取5 s时间窗口内的眼动特征。运用随机森林方法构建认知分心识别模型,应用网格搜索确定最优模型参数,并采用100次留出法评估模型性能。根据随机森林模型特征重要性度量结果,进一步分析认知负荷对驾驶人注视及眨眼持续时间的影响。结果表明:当决策树数量为125、最大特征数为5时,模型识别平均准确率为83.69%;注视持续时间及噪声持续时间是认知分心识别的2个关键特征,随着认知负荷的提高,驾驶人注视持续时间减少、眨眼时间增加。