飞机座舱显示界面脑力负荷测量与评价

脑力负荷是影响飞行安全的重要因素之一,对飞行员脑力负荷进行客观测量,对于飞机座舱显示界面脑力任务的工效评价与优化设计具有重要意义.基于ERP（Eveat Related Potential）技术,选取失匹配负波（MMN,Mismatch Negativity）和P3a成分为指标,采用三刺激“oddball”模式,在飞行模拟任务条件下开展了三级脑力负荷的测量与评价研究.实验结果表明,MMN峰值和P3a峰值对脑力负荷变化敏感,随着脑力负荷的增加,MMN峰值显著增加,而P3a峰值显著降低,反应了被试者对异常信息的自动加工能力的提高以及朝向注意能力的减弱.与新异刺激相比,由偏差刺激所诱发的MMN与P3a成分对于与飞行任务相关的脑力负荷具有更好的敏感性,将可用于进一步的脑力负荷分级评价.      

飞机驾驶舱显示界面脑力负荷判别预测生理模型

针对飞机驾驶舱显示界面脑力负荷的客观判别预测问题,综合采用事件相关电位(ERP)、心电图(ECG)和眼电图(EOG)3类生理测量技术,结合主观测评法和绩效测评法,在同一飞行实验任务中开展脑力负荷的实验测量与数学建模研究。实验结果表明:随着脑力负荷的增加,ERP测量技术中的失匹配负波(MMN)成分的峰值幅度(在Fz电极处)显著增加,P3a成分的峰值(在Fz电极处)显著降低;ECG测量技术中的心率变异性指标全部窦性心搏RR间期(简称RR间期)的标准差(SDNN)的数值显著降低;EOG测量技术中的眨眼次数显著降低。在此基础上,基于Bayes判别方法构建了脑力负荷判别预测生理综合评估模型,并将生理综合评估模型判别结果与NASA任务负荷指数(NASA_TLX)量表判别结果进行了比较,生理综合评估模型判别结果略高于NASA_TLX判别结果。该模型为飞机驾驶舱显示界面脑力负荷状态的客观、实时判定和预测提供了一种新的方法,同时也为中国正在研发的新型战斗机和大型客机驾驶舱显示界面中的人为因素适航审定工作提供了新的符合性验证工具。      

基于视觉搜索的飞机显示界面设计原则

对飞行员在飞行中通过视觉搜索监视各种仪表信息的过程进行研究,探索时间压力和搜索难度两个因素对视觉搜索绩效的影响,从而为飞机座舱显示界面的工效学设计提供科学依据.设计视觉搜索程序来模拟飞机显示界面,并通过预实验确定时间压力水平和搜索难度水平的典型分级范围,在此基础上进行正式实验并记录反应正确率和反应时间.采用SPSS 19.0对实验结果进行双因素分析、简单效应、回归分析等,得到如下结论:不同水平的时间压力和搜索难度对反应正确率的影响具有显著性差异;不同水平的搜索难度对反应时间的影响具有显著性差异,并且在一定条件下反应时间和干扰项数目成线性递增关系;在保证较高正确率的状态下,即在人的认知能力范围之内,不同的时间压力水平对反应时间的影响没有显著性差异.因此,在飞机座舱显示界面视觉搜索的工效学设计中,要将时间压力和搜索难度进行最佳匹配才能取得较好的工作绩效.      

人机显示界面中的文字和位置编码

飞行员在驾驶飞机的过程中需要用到大量的信息,对信息进行合理的编码可以提高驾驶安全性.根据研究的需要,开发一个用于工效实验的作业任务模型.通过测量被试完成作业任务的正确率和反应时间,结合眼动仪测得的眼动数据,分析文字和位置编码对信息辨识的影响,为显示界面适人性设计提供科学依据.实验结果表明:人对文字信息的辨识受到位置编码影响,位置编码方式与视野范围和注意力分配策略相关;中心位置的辨识效率优于边缘位置,左侧位置优于右侧位置;中文信息的辨识效果优于英文信息,实际应用时应考虑母语的影响.      

基于源项辨识的飞机座舱污染浓度动态预测

随着大型民机飞行时间的延长,座舱空气污染事故发生概率也随之增大,快速准确的污染浓度预测对保证乘客生命安全具有重要意义.座舱各污染浓度的动态预测和污染源项强度辨识是实现座舱空气质量实时预测的关键技术.污染源项散发强度辨识,如采用最小二乘算法,参数估计是静态的,一般延迟较大;如采用单模卡尔曼滤波算法,虽能实现动态辨识,但不能同时兼顾稳态和过渡过程(突发污染)的参数估计性能,导致误差较大.为解决上述难题,本文提出基于源项辨识的飞机座舱污染浓度动态预测方法,同时完成污染源散发强度动态辨识和污染浓度状态实时预测.该算法由2个滤波器组成,分别用于匹配系统的稳态和突发过渡过程特征,提高浓度方程参数估计和状态预测性能,保证飞机座舱空气质量态势预测的快速性和准确性.仿真结果证实了该算法的有效性.     

基于空间映射的视觉注意力分配预测模型

为预测飞行员视觉注意力分配,在SEEV(Salient Effort Expectancy Value)模型和多因素模型的基础上引入注意控制空间和资源分配空间的概念.前者描述了影响注意力分配因素,而后者则反应了兴趣区域所获得的注意资源.并通过空间映射建立注意力分配的预测模型,应用模糊层次分析的方法对模型进行结算.为验证预测模型效度,采用16名被试在飞行模拟器上开展基于异常信息恢复的工效学实验,通过眼动追踪装置记录注视点分布作为注意力分配指标.被试需要根据实验条件对主飞行显示器仿真界面中的目标信息状态进行监视,并通过驾驶杆的指定操作对异常信息进行响应.实验结果表明,注意力分配预测模型的理论结果与工效实验中注视点分布的实验结果显著相关且吻合较好,验证了预测模型的可用性.     

基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测

现代军用飞机座舱驾驶系统信息高度密集、任务复杂多变。为探讨信息加工类型与多任务协同对飞行员脑力负荷的影响,依据ACT-R认知模块与脑力负荷决定性因素的关联性,将飞行员的脑力负荷划分为感知负荷与认知负荷,并基于四维多资源干扰理论,考虑多任务协同作用时的资源干扰对脑力负荷的影响,提出了基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测模型。为校验所提模型,选取16名被试完成4种模拟飞行任务的脑力负荷评价实验,结果显示：不同飞行任务在飞行绩效、NASA-TLX主观评价、平均扫视时间与扫视频率下的主效应显著（P<0.05）,总脑力负荷预测值与NASA-TLX主观评价、扫视频率和心率呈显著正相关,平均脑力负荷预测值与飞行绩效、瞳孔直径和平均扫视时间呈显著正相关。所提模型对飞行员脑力负荷的动态预测与评价具有应用价值。     

在模拟飞机降落过程中的眼动分析

通过分析眼睛运动规律,研究被试者的注意力分配特点.通过模拟飞机全部降落过程,用眼动测量设备采集了眼睛的注视点和速度数据.运用眼动数据对被试者如何在目标兴趣区域进行视觉转换和信息的初步认知加工过程进行了分析.结论认为,被试者主要利用由上到下(Top-down)的信息处理机制驱动眼动,良好的情景意识对飞行驾驶有重要意义.     

飞行模拟器环境下飞行员视觉特征

为了研究飞行员在各个阶段的视觉特征,构建了以固定式飞行模拟器为基础、采用先进的非接触式眼动仪FaceLAB4.0采集数据的实验测试平台.根据飞行员获取信息的来源将视觉区域划分为舱内仪表盘、前窗舱外景和其他3个部分,应用马尔科夫链的数学方法分析被试者的视觉注视数据在各视觉区域内的状态转移概率.研究发现,被试在观察舱内仪表盘和前窗舱外景区域时,无法在短时间内获得全部信息,需要长时间注视才能完成信息获取.该方法可用于分析飞行员在操作中的视觉注意力和注意力转移模式.     

基于视觉的无人作战飞机跑道障碍物检测方案

提出了基于视觉的无人作战飞机跑道障碍物检测方案.结合应用特征和流的障碍物检测方式的特点,使用多尺度特征点匹配光流估计方法代替普遍使用的微分光流计算方法,直接对图像序列计算稀疏光流场;利用相关假设,在存在一定导航误差的情况下,对跑道障碍物进行实时检测;同时对跑道障碍物视觉检测方案的误差和适用区间进行了分析;通过自主开发的"无人作战飞机自主着陆实时仿真验证平台"进行仿真,结果显示该方案能够有效检测跑道上存在的障碍物.      

军用飞机驾驶舱中飞行员上肢可达性分析

描述了获取上肢可达区数据的测量方法,并建立了可达区分析模型;以座椅参考点为坐标原点,采用坐标变换的方法将美国军用飞机飞行员的上肢可达区数据转换成中国歼(强)击机飞行员上肢可达区的近似数据;按照国家军用标准的规定,建立了座舱可达区的三种分析模型;借助建立的模型对某型号军用飞机电子化驾驶舱中的部分控制器的可达性进行了分析;最后利用军用飞机进行了实际检测,检测结果验证了可达区分析模型的正确性.     

显示界面字符编码工效设计与分析

针对人机显示界面中字符编码的工效设计问题,以封闭模拟驾驶舱为基础,采用32名被试开展静态模拟实验,选取反应时间和反应正确率为工效评价指标,得出不同光照水平、颜色匹配和字符高度下显示界面呈现的中文、英文、数字及符号的辨识绩效.实验结果表明:中/英文、数字和普通符号的辨识绩效差异显著;0 ～ 600 lx范围内4个水平光照变化对字符编码辨识绩效影响较小;颜色匹配方式对字符编码辨识绩效影响显著,黄/白、绿/青的字符/背景色匹配方式辨识绩效较差,在字符编码设计中尽量避免使用.通过实验结论及对实验数据的深入分析,建立显示界面字符编码设计的数学模型,为飞机驾驶舱人机显示界面编码设计提供参考.     

Optimization design of satellite separation systems based on Multi-Island Genetic Algorithm

The separation systems are crucial for the launch of satellites. With respect to the existing design issues of satellite separation systems, an optimization design approach based on Multi-Island Genetic Algorithm is proposed, and a hierarchical optimization of system mass and separation angular velocity is designed. Multi-Island Genetic Algorithm is studied for the problem and the optimization parameters are discussed. Dynamic analysis of ADAMS used to validate the designs is integrated with iSIGHT. Then the optimization method is employed for a typical problem using the helical compression spring mechanism, and the corresponding objective functions are derived. It turns out that the mass of compression spring catapult is decreased by 30.7% after optimization and the angular velocity can be minimized considering spring stiffness errors. Moreover, ground tests and on-orbit flight indicate that the error of separation speed is controlled within 1% and the angular velocity is reduced by nearly 90%, which proves the design result and the optimization approach.     

基于机器视觉的高精度顶桥施工位姿测量系统

分析了现有的顶桥施工中位姿测量系统的特点,指出其目前存在的主要问题.针对这 些问题和现场需求,基于计算机视觉反馈理论,设计了一种由CCD传感器、激光准直仪和倾 角传感器组成的新型高精度光电测量系统.在建立了相关数学模型的基础上,搭建了硬件系 统,给出了视频采集、图像处理和多串口通信等关键技术的具体实现方法,完成了各功能模 块的软件开发.该测量系统具有精度高、实时性好、操作简单、维护方便和成本低廉的优点 ,能够替代以往效率低下的人工测量方式,而且其实现方法为其他大型施工测量系统的设计 提供了新技术.      

一种基于基准优选的双目视觉位置解算方法

针对近距离空间非合作目标相对位姿测量任务需求,基于双目视觉原理建立了特征点位置测量模型与误差分析模型,分析了特征点位置解算奇异及奇异点附近位置解算误差过大的问题,提出了一种采用异面光轴配置和基准优选策略的双目视觉特征点位置解算方法。该方法通过错角安装相机光轴防止特征点在两个相机基准下进行位置解算时同时发生奇异,针对不同基准在测量域内误差分布的差异,建立了基准优选策略和相应的面向特定测量域的基准优选指标确定方法,从而获得了高精度测量结果。仿真结果表明,采用所提出的方法解决了特征点位置解算奇异问题,提高了测量域内特征点位置测量精度。     

基于置信度的TOF与双目系统深度数据融合

为了解决铁路火车等结构单一环境的三维重建问题,提出了置信度的概念,将TOF系统与双目系统的互补性特点有效结合。通过联合标定,建立起TOF系统与双目系统的坐标关系,将TOF中的点映射到左相机视角下,得出双目系统左相机视角下的TOF测量视差图,再利用图像分割以及曲面拟合对其上采样处理至双目图像的分辨率大小。根据各系统特点定义置信度,确定数据融合的不同系统权重。利用Middlebury的数据集处理结果,融合后的匹配精度较双目系统精度提高一倍以上,且视差图的分辨率提升至与双目系统相同大小。