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.      

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。     

人机界面中目标编码设计

研究虚拟战斗机驾驶员飞行过程中涉及的监视、计算记忆、攻击和探测4项任务,通过控制目标呈现时间和间隔时间改变工作的快慢节奏来影响脑力负荷,以正确反应率和反应时间来评价和分析被试在不同脑力负荷和任务权重下对目标颜色、形状及位置的辨认情况, 为人机界面中目标编码设计提供科学依据.实验结果表明:无论脑力负荷和任务权重如何,绿色、红色、正方形、圆形和三角形可作为人机界面设计中的目标编码,蓝色则不适合;人机界面设计时,必须对人的注意力分配问题进行评价,并作为确定目标位置的依据之一;对具有颜色、形状等多维目标的辨认,当目标的持续和间隔时间分别在1s以上时正确反应率都较高.      

面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型

针对多显示界面多飞行任务状态下的脑力负荷评价问题,设计了飞行仪表监控、飞行数字计算及飞行雷达探测3种不同类型的飞行任务,综合采用多种不同测评方法在飞行试验平台上开展脑力负荷实验测量和综合评价模型研究。实验结果表明:随着飞行任务类型的增多,NASA任务负荷指数（NASA-TLX）的主观评价分值显著增高;飞行正确探测率逐渐下降,反应时间显著延长;事件相关电位（ERP）测量技术中的P3a的峰值（在Fz电极处）逐步降低,心电（ECG）测量技术中的SDNN指标的数值逐步降低,眼电（EOG）测量技术中的眨眼次数没有显著变化。在此基础上,基于贝叶斯判别分析方法,建立了面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型,并将该综合评估模型与基于单一指标、双指标、三指标、四指标的模型进行了比较,结果显示:所提多维综合评估模型对于多显示界面多飞行任务中的显示界面脑力任务设计的等级分类预测准确率最高,其平均分类预测准确率为82.22%。所提多维综合评估模型为大型复杂系统中显示界面脑力任务设计提供了有效的量化方法和科学依据,有助于歼击机和运输类飞机设计人员优化显示界面脑力任务设计,并为相关型号飞机显示系统的适航审定工作提供新的验证工具。      

基于脑力负荷飞机座舱视觉显示界面优化设计

在飞机座舱视觉显示界面设计阶段,利用脑力负荷的综合评价,确定最佳设计方案.综合3种脑力负荷评价方法(主任务评价法、生理测量法、主观评价法),建立了飞机座舱视觉显示界面脑力负荷综合评价模型,对设计方案进行优化选择,并进行实验例证.在某型号歼击机视觉界面的不同设计方案中,利用这套评价模型,在降落任务下,得到了不同视觉界面的脑力负荷综合评价值,其中最佳脑力负荷值的设计方案也符合国军标中关于视觉界面的设计原则.在飞机座舱视觉界面脑力负荷的设计阶段,这套评价系统在设计阶段能够给出一个满意的评价结果,对于最终设计方案的确定很有帮助.      

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。      

飞行员注意力分配的定量测量方法

在实验室内让被试人员在飞行模拟器上完成了三个不同阶段的模拟飞行任务,同时用眼动仪器记录了被试者的眼动数据.采用划分兴趣区域的方式,把视觉信息源划分为座舱内仪表和外部视景两个兴趣区域,对三个眼动指标在两个兴趣区域内的分布情况进行了分析和对比.结果显示,三个模拟任务阶段被试者显示出了不同的扫视模式,在外景有更多的注视点比率、更多的注视时间比率和更长的平均注视时间.表明视觉飞行规则下,战斗机驾驶员主要从外景获取视觉信息,他们的大部分注意力都集中在外景.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,研究结果对于战斗机座舱显示信息的设计和飞行员的培训有一定的指导意义.     

空间立体信息缺失对机械臂遥操作任务的影响

视觉作为人认知环境的主要信息通道,在空间遥操作任务中有极其重要的作用。本研究面向空间站机械臂遥操作任务,通过对24名被试进行机械臂遥操作模拟平台实验,探索不同程度空间立体信息缺失对机械臂遥操作绩效、脑力负荷、距离感知和情境意识的影响,剖析不同立体信息在遥操作过程中的作用。实验结果表明:局部立体信息对提高遥操作任务完成率、减少撞击操作等指标有重要作用;而全局立体信息更有利于减少机械臂冗余行走距离和限位操作次数;两者对脑力负荷水平的降低有显著影响,而对距离估计偏差和情境意识水平影响不显著。因此,根据不同任务类型选取合适的立体信息补偿,从多个角度完善立体信息的呈现对于保障遥操作任务的顺利进行具有重要意义。     

基于多资源负荷理论的情境意识模型与应用

结合多资源负荷理论及信息认知加工理论,在注意-情境意识(A-SA)模型和注意资源分配SA模型基础上,提出了一种新的SA量化模型。该模型中,多资源负荷作用于低层次的注意感知,初期认知资源衰减结合情境激活后内在的高层次规则可用性匹配,最终输出为个体的SA水平。为验证模型可用性,采用15名被试在不同情境下开展飞行任务模拟,并结合主观的十维度情境意识测评技术(10-D SART)和客观的飞行绩效、情境意识全面测量技术(SAGAT)以及生理测量(心电、皮电及呼吸)进行实验测评。实验分析表明,模型计算的理论值变化趋势与实验结果显著相关,提出的SA量化模型对于指导驾驶舱人机界面设计和优化飞行任务分配具有一定的参考价值。      

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.     

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.     

飞行员视觉信息流强度模拟及适人性分析

为了合理地确定飞行员在执行飞行任务时的视觉信息流强度,开发了飞机座舱显示界面仿真模型,以被试的正确反应率和反应时间来评价作业绩效.通过实验和数据分析得到以下结果:所建立的视觉信息流模型中视觉信息流强度曲线符合正态分布.不同的视觉信息量完成任务差异显著,信息量增加到一定程度时辨识变慢,出现错误的几率升高;在相同视觉信息量情况下,夜晚与白天、动态与静态执行任务辨识和绩效差异显著,白天要比夜晚、静态要比动态辨识效率和绩效更好.      

飞行环境综合因素对飞机供氧参数的影响

飞行环境综合因素对飞行员的影响，尤其是对飞行员氧气防护装备性能参数的作用未见报道。本文测试了低空大速度飞行试验条件下飞行紧张因素对飞行员呼吸系统的影响。结果表明，尽管飞行过载是飞行劳动中的重要生理负荷，但低空大速度飞行时飞行员的心理工作负荷是飞行中更重要的精神负荷，高度的精神负荷致使飞行员通气和瞬时需氧量明显增加，高达２５５Ｌ／ｍｉｎ，应当引起高度的重视。这对设计和计算飞机氧气呼吸装备的耗氧量，载     

多因素条件下注意力分配建模

为预测飞行员注意力分配情况,在混合熵最大化模型的基础上,从信息加工的两条通路入手,应用主观期望效能理论及SEEV(Salient-Expectancy-Effort-Value)模型思想,提出了一个基于信息重要度、发生概率、突显性及努力的预测模型.为验证模型的效度,采用16名被试在不同任务权重及信息呈现方式下开展仪表监视实验,记录注视点分布作为注意力分配的评价指标.被试需要对平视显示器仿真界面中的目标信息状态进行监视,并通过按指定键对异常信息进行响应.实验结果表明:根据预测模型所计算的注意力分配理论值与被试注视点分布的实验值显著相关且吻合较好,可为飞机座舱显示界面的设计提供依据.