[發(fā)明專利]飛機(jī)駕駛艙信息顯示界面布局對(duì)飛行員情境意識(shí)影響特性的測(cè)定系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310741936.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN103714254A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 完顏笑如;劉雙;莊達(dá)民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 北京金恒聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11324
• 代理人: 李強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種飛機(jī)駕駛艙信息顯示界面布局對(duì)飛行員情境意識(shí)影響特性的測(cè)定系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

飛機(jī)駕駛艙是一個(gè)典型的人在回路復(fù)雜人機(jī)交互系統(tǒng)，飛行員的工作績(jī)效會(huì)受到駕駛艙界面布局設(shè)計(jì)的極大影響。飛機(jī)駕駛艙信息顯示界面是飛行員與飛機(jī)進(jìn)行人機(jī)交互的關(guān)鍵裝置；在對(duì)駕駛艙顯示界面布局進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，飛行員的情境意識(shí)水平是關(guān)鍵測(cè)定指標(biāo)之一。相關(guān)研究表明，飛行員的情境意識(shí)和飛行安全有直接的關(guān)系：情境意識(shí)水平越高，飛行員就能夠越迅速有效地進(jìn)行操縱，飛行就越安全。情境意識(shí)的概念之所以在過(guò)去十幾年中受到廣泛重視，是因?yàn)榍榫骋庾R(shí)與支持的顯示器界面布局、設(shè)置有關(guān)，而且情境意識(shí)的缺乏與導(dǎo)致災(zāi)難和事故的人為因素有關(guān)。因此，在對(duì)駕駛艙顯示界面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)顯示界面布局的物理屬性對(duì)飛行員情境意識(shí)水平的影響特性進(jìn)行量化確定，其確定結(jié)果可應(yīng)用于對(duì)飛機(jī)信息顯示界面適人性特性的表征，有助于優(yōu)化界面設(shè)計(jì)提高飛行安全。

目前，對(duì)飛行員情境意識(shí)水平的測(cè)定主要從實(shí)驗(yàn)測(cè)量法及數(shù)學(xué)建模法兩個(gè)角度展開。其中實(shí)驗(yàn)測(cè)量法常采用：

①基于主觀測(cè)量的情境意識(shí)測(cè)定技術(shù)（Situation?Awareness?Rating?Technique,SART）。該方法采用測(cè)定量表或問(wèn)卷調(diào)查的形式，基于操作者對(duì)自己完成實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感受來(lái)測(cè)量情境意識(shí)，優(yōu)點(diǎn)是易于使用、成本較低，也比較實(shí)用，可用于模擬情境，也可用于實(shí)際的任務(wù)環(huán)境。

②基于作業(yè)績(jī)效的測(cè)量。研究表明高情境意識(shí)水平可能是良好績(jī)效的必要條件，但不是充分條件。因此最大問(wèn)題是可能并不能真正反映操作者的情境意識(shí)水平。這種測(cè)量方法屬于間接測(cè)量的客觀方法，利用任務(wù)表現(xiàn)來(lái)推測(cè)操作者的情境意識(shí)水平。該方法的優(yōu)點(diǎn)是客觀、無(wú)干擾，且易于使用。

③基于記憶探查的情境意識(shí)全球評(píng)估技術(shù)（Situation?Awareness?Global?Assessment?Technique，SAGAT）。該方法采用凍結(jié)方法對(duì)仿真任務(wù)中的操作者進(jìn)行實(shí)時(shí)提問(wèn)探查其認(rèn)知狀態(tài)的客觀方法。即模擬任務(wù)進(jìn)行時(shí)，在某些隨機(jī)時(shí)刻被凍結(jié)，同時(shí)顯示界面所有信息被清除，并立刻出現(xiàn)與模擬任務(wù)情境相關(guān)的問(wèn)題，考察操作者對(duì)當(dāng)前時(shí)刻模擬任務(wù)的認(rèn)知情況，統(tǒng)計(jì)所有回答問(wèn)題的正確率以反映情境意識(shí)水平。

④基于生理指標(biāo)的情境意識(shí)測(cè)量方法。很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，人們便開始使用人體一些生理指標(biāo)直接用于情境意識(shí)的研究還比較少，最關(guān)鍵的問(wèn)題是尚不清楚生理測(cè)量能否直接觸及包含情境意識(shí)的高水平的認(rèn)知過(guò)程，但是通過(guò)操作者的生理指標(biāo)，對(duì)操作者的情境意識(shí)水平進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐茢嗪吞剿餍缘难芯渴怯袃r(jià)值的。

實(shí)驗(yàn)測(cè)量法用于對(duì)飛行員的情境意識(shí)水平進(jìn)行分析，成本高昂，而且難以用于初期預(yù)測(cè)與方案篩選。在人機(jī)交互系統(tǒng)中，操作者的算法模型被有效用于對(duì)各種系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)過(guò)程。由于飛行任務(wù)及飛行環(huán)境的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，對(duì)飛行員的認(rèn)知行為進(jìn)行全面而深入的數(shù)學(xué)建模研究，歷來(lái)都受到航空工效學(xué)界的重視。在之前的研究中，用于預(yù)測(cè)界面布局方案中信息顯示的物理屬性對(duì)飛行員所產(chǎn)生情境意識(shí)水平影響的量化數(shù)學(xué)模型研究并不多，同時(shí)也缺乏將模型中的數(shù)學(xué)機(jī)理轉(zhuǎn)化為可直接應(yīng)用于航空工程實(shí)踐的技術(shù)手段，從而限制了其應(yīng)用價(jià)值。

基于上述考慮，需要開發(fā)一種更為直接便捷的工具，用于對(duì)界面信息顯示部分的物理屬性對(duì)飛行員情境意識(shí)的影響特性進(jìn)行模擬確定和表征。該模擬確定結(jié)果能夠應(yīng)用于對(duì)飛機(jī)駕駛艙信息顯示界面適人性特性的表征和比較，改善和優(yōu)化界面設(shè)計(jì)，從而為航空領(lǐng)域的安全高效及未來(lái)飛機(jī)的研制提供必要的技術(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的，是提供了一種飛機(jī)駕駛艙信息顯示界面對(duì)飛行員情境意識(shí)水平的影響特性的測(cè)定系統(tǒng)。在該測(cè)定系統(tǒng)中，將飛行員作為數(shù)學(xué)模型考慮，針對(duì)具體界面布局方案中信息顯示部分的物理屬性對(duì)飛行員情境意識(shí)的綜合影響特性進(jìn)行模擬確定，該模擬確定結(jié)果可為飛機(jī)駕駛艙信息顯示界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的飛機(jī)駕駛艙信息顯示界面布局對(duì)飛行員情境意識(shí)水平的影響特性的測(cè)定系統(tǒng)包括：

參數(shù)輸入模塊，用于針對(duì)待測(cè)定的駕駛艙顯示界面布局在選定飛行任務(wù)階段條件下的一組飛行顯示信息，提供情境意識(shí)水平計(jì)算模塊進(jìn)行的計(jì)算所必需的參數(shù)；

情境意識(shí)水平計(jì)算模塊，用于利用參數(shù)輸入模塊所采集到的參數(shù)，根據(jù)飛行員情境意識(shí)模型，針對(duì)界面布局方案對(duì)飛行員情境意識(shí)影響特性進(jìn)行量化計(jì)算；