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。     

驾驶员注意力分配定量方法研究

驾驶员在不同的路况环境下存在不同的注意力分配模式,为弄清其分配模式特点,利用露天体育场内作为模拟驾驶环境,并利用眼动设备,记录被试者在直道驾驶任务、弯道驾驶任务、复杂路况驾驶任务等3种路况下的眼动数据,采用划分兴趣区域的方式,把视觉信息源划分为原车道兴趣区域FL(Former Lane)和其他兴趣区域OA(Other Areas)两个兴趣区域,对平均百米注视次数、平均百米注视时间、不同兴趣区域注视次数百分比3个眼动指标在两个兴趣区域内的分布情况进行分析和对比,得出不同路况环境下不同的注意力分配模式来揭示驾驶员驾驶过程中的注意力分配特点。研究结果对于驾驶员驾驶培训侧重点的改进、对于预防交通事故都具有重要意义。     

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。     

飞机座舱工效多级模糊评价研究

主要从系统工程角度 ,对飞机座舱工效多级模糊评价方法中的评价因素集、因素权重值、模糊评价矩阵以及综合评价方法等的确定 ,进行了初步探索。在此基础上 ,构造了模糊评价矩阵、因素权重值数据库流程图 ,为飞机座舱工效的总体评价及其数据库系统的建立奠定了基础。最后 ,简单讨论了现存的问题及今后进一步的研究方向     

长时间单调模拟驾驶对疲劳的影响研究

通过模拟驾驶实验,综合评估长时间驾驶以及单调环境对驾驶员疲劳程度的影响是笔者研究的主要课题内容。借助于在模拟驾驶座舱上,4个健康样本分别参加高速公路(单调环境)和一般公路(非单调环境)的两组驾驶仿真实验,每组测试均持续两小时,一共进行10次实验。实验过程中,样本的操控数据(车速和方向盘转角)、反应时间、心电信号、主观疲劳状况等都同步记录并保存。实验结果表明长时间驾驶对操控能力、反应时间、心率、主观疲劳都有显著性影响(p<0.050),单调环境(高速公路)和非单调环境(一般公路)相比,车速方差区别显著,而尽管被试在高速公路的单调环境下驾驶后主观感觉更疲劳一些,但反应时间、心率等因素并没有显著性差异。     

高速公路广告牌设置参数对安全驾驶的影响

基于眼动试验,以广告牌设置参数(面积、高度、距离道沿距离)为分析对象,对驾驶员注视高速公路广告牌的视觉特性进行分析,研究广告牌设置参数对安全驾驶的影响.利用眼动仪测试驾驶员对广告牌的平均眼球移动速度、注视时间等数据,通过分析采集的数据,得出高速公路广告牌设置时应在满足相应法规的条件下以大面积、高尺寸为宜,距道沿的距离以...     

人机显示/控制界面适配性综合评价指标和评价方法

通过对驾驶舱人机显示 /控制界面适配性指标影响因素、视觉信息流工效的测定与评估方法的研究 ,建立了一套视觉信息流工效综合评估系统研究体系 ;研究的初步结果主要有 ,飞机驾驶员视域中存在最佳、较好、极限工效区 ,并且振动、反射眩光、噪声、显示字符的形状 /颜色特征 /对比度 /显示方式等是影响信息获取工效的主要因素 ;飞机驾驶舱显示布局及显示方式应符合视觉工效学设计原则。     

基于眼-脑生理指标的大型地下洞室驾驶员疲劳演化特征研究

为保障大型地下洞室驾驶安全，提出眼动和脑电双模态驱动的大型地下洞室驾驶疲劳评价方法，探究驾驶员疲劳演化特征。首先，根据实地数据设计大型地下洞室模拟场景，利用驾驶模拟技术开展驾驶试验，实时采集驾驶员的眼动和脑电数据；其次，对数据进行分段处理，基于格拉布斯准则剔除眼动异常数据，通过快速傅里叶变换分解出脑电节律，构建脑电疲劳指数模型；最后，开展不同区段下驾驶员平均瞳孔直径、眨眼持续时间、眨眼频率及θ、α、β节律等指标的差异性分析，以平均瞳孔直径和脑电疲劳指标F为参量，提出基于模糊综合评价的驾驶疲劳度量方法。结果表明，驾驶员的视觉疲劳出现明显早于精神疲劳，而精神疲劳可以更精确地体现影响驾驶状态的内在疲劳。相较于地上路段，驾驶员在大型地下洞室中的疲劳累积更快，呈现反复、波动式上升，且其综合疲劳程度在中后段达到峰值，之后受洞口光亮刺激在末段减弱。     

高速公路特长隧道环境中驾驶员视觉特性研究

为研究有不同经验的驾驶员在高速公路特长隧道环境中的视觉特性,在高速公路特长隧道中开展实车试验。利用眼动仪采集29名不同经验驾驶人的注视持续时间、注视点位置、扫视持续时间、扫视频率及扫视幅度等视觉特性参数,运用统计分析方法比较眼动行为的差异性,分析驾驶经验及驾驶环境对驾驶安全的影响。结果表明:相较于普通路段,驾驶员在特长隧道段的平均注视时间更长,注视点分布位置在水平方向更广,在垂直方向趋于集中,扫视更频繁,且扫视幅度变小;相较于非职业驾驶员,职业驾驶员在不同驾驶环境中的注视时间较短,注视点分布位置更广,扫视频率较低且扫视时间较短。     

战斗机座舱人机界面基本模型分析

讨论战斗机人机界面的组成部分及其功能,把各部分划分到飞行员和战斗机的三要素中,在此基础上建立了战斗机座舱人机界面三要素基本模型;通过分析要素组成部分间相互关系,利用不同的线条表示其不同程度的相互作用关系;对飞行员和战斗机的三要素组成部分进行了工效分析,进而探讨其在战斗机人机界面中的作用。通过人机界面模型的建立以及对战斗机座舱人机界面模型中的三要素进行的工效分析,得出了在人机界面中各个因素的重要程度及其功能作用,为战斗机座舱人机界面的设计提供了参考。     

飞机座舱设计人机工效评价探讨

利用模糊数学的理论 ,建立座舱设计方案的工效学评价体系。体系中采用多级模糊评价 ,对评价指标隶属度、评价指标权重均进行了考虑 ,为座舱工效设计评定研究奠定基础。     

模拟SPO情境中的飞行员脑力负荷测量与分析*

为探究单一飞行员驾驶模式（SPO）下飞行员的脑力负荷水平,设计并实施模拟单人驾驶情境中的非正常任务场景处置实验。首先,基于准5级模拟驾驶舱,设计飞行任务场景;其次,招募20名航线飞行员被试,开展模拟飞行实验,记录被试的生理数据心率变异性指标及眼动数据;最后,结合客观生理数据以及主观量表进行脑力负荷分析,记录单发失效故障处置时间并进行任务绩效分析。研究结果表明:与双人制机组相比,单人驾驶情境中飞行员的脑力负荷增幅并不显著,处于可接受范围;单人制驾驶舱的任务设计及智能辅助系统使用对于降低飞行员工作负荷,提升飞行绩效至关重要。研究结果可为单一飞行员驾驶模式实施提供理论支持,并为未来单人制驾驶舱及机载自动化系统设计提供指标参考。     

CREAM失误概率预测法在驾驶舱机组判断与决策过程中的应用

CREAM强调人在生产活动中的绩效输出不是孤立的随机性行为,而是依赖于人完成任务时所处的环境或工作条件,它通过影响人的认知控制模式和其在不同认知活动中的效应,最终决定人的响应行为。在驾驶舱内,机组的绩效输出不仅仅是人的自身行为,还依赖于其完成任务时所处的情景环境,所以CREAM方法能够结合驾驶舱环境对机组的认知差错进行分析。在飞行中,驾驶舱内机组非常重要的一个环节是判断与决策过程,这一过程中包括询问、讨论、确定方案、执行、反馈五个环节。本文将通过分析这五个环节的相互关系及影响,以明确这种讨论过程是减少机组人为差错发生的一种有益方式,然后应用CREAM的预测法对这五个环节进行定量化分析,得出机组判断与决策过程的失误概率,完成对机组认知行为的客观评价,并为以后能够定量化研究驾驶舱内飞行员认知差错提供方法的借鉴。     

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。     

Anthropometric evaluation of cockpit designs

The objective of this research is to evaluate all the critical reaches in a cockpit and determine the visual sufficiency of a cockpit to accommodate 90% of potential pilots. While mismatches of measurements with cockpit dimensions are revealed, proposals are made to improve cockpit ergonomics. Regression models were generated to predict and assure adequate exterior vision. Mean, lower and upper control limits of all measurements were found acceptable except eye level. There are very strong positive relationships between stature and eye level (R²?=?0.972, p?R²?=?0.994, p?SD smaller than the eye level mean or seating adjustment limits in height may be changed. In general, cockpit design is acceptable in terms of fit/reach accommodation for pilots, except eye level and visual variables that could be solved by better seat adjustments.     

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.     

Comparisons of ergonomic evaluation tools (ALLA,RULA, REBA and OWAS) for farm work

Introduction. The purpose of this study was to validate the agricultural lower limb assessment (ALLA) ergonomic checklist, which was developed for various agricultural tasks in Korea. Methods. One hundred and ninety-six working postures were selected from the real agricultural tasks to verify ALLA, a lower limb body posture assessment tool, and then evaluated by 16 ergonomic experts. Hit rate, quadratic weighted κ, one-way analysis of variance and t-test analyses were applied to compare ALLA with other assessment tools. Results. ALLA analysis had a superior hit rate with ergonomic expert assessment compared with other assessment tools. Quadratic weighted κ analysis also showed that ALLA provided superior estimates of risk levels for farm working postures. Discussion. ALLA would be an appropriate assessment tool to estimate risk factors for various lower limb body postures which frequently occur in agricultural tasks in Korea. ALLA is a simple and accurate risk assessment tool that could be usefully applied to identify and mitigate risk factors and work-related musculoskeletal disorders in agricultural tasks, and also to evaluate the effects of control and intervention for working conditions.