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.     

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.      

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.     

基于注意资源分配的情境意识模型

为预测飞行员情境意识的变化情况,在前期建立的注意资源分配模型及情境意识模型基础上,考虑任务环境中信息成分重要度对情境意识水平的影响,并结合人的认知特性及贝叶斯条件概率理论,提出了一种新的情境意识量化模型和求解方法.为验证模型的效度,采用20名被试在不同任务条件下开展仪表监视实验,并采用情境意识全面测量技术（SAGAT,Situation Awareness Global Assessment Technique）、三维度情境意识评定技术（3-D SART,3-Dimensional Situational Awareness Rating Technique）、操作绩效和眼动测量4种方法,对不同任务条件下的情境意识水平进行测评.综合测评结果表明,根据预测模型计算所得的情境意识水平变化趋势与被试实际操作所获得的实验结果高度相关.提出的情境意识量化模型对指导驾驶舱人机显示界面设计和减少人为失误有一定的参考价值.     

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.      

多界面多任务下不同任务权重的目标辨认

武器装备人机界面设计中目标辨认问题,必须通过目标辨认的实验和评价研究加以解决.根据飞行作业中所需完成的操作任务,提出一个多界面多任务目标辨认实验方案.通过测定被试完成实验主任务的反应时间和正确探测率,研究人在不同任务权重下对目标颜色、形状、位置的辨认情况,为人机界面设计目标编码提供科学依据.实验结果表明:在需要分配人注意力的条件下,无论任务权重如何,绿色、红色和三角形是界面设计中合适的目标编码,圆形和正方形必要时可用于目标编码;人对不同位置的目标辨认受到任务权重的影响,人机界面对目标位置的设计要充分考虑任务权重因素.      

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.     

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.     

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。      

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.      

飞机界面设计颜色匹配性

针对飞机显示界面设计中存在的问题,开发了一个用于工效学实验的飞行信息显示界面仿真模型.以该模型为背景开展实验,综合使用主观和客观测量方法对不同颜色匹配特性进行了研究.以反应时间作为绩效评价指标,并利用模糊数学的方法对主观数据进行处理.实验得到以下主要结果:确定了不同背景色和目标色匹配的辨识快慢顺序和喜好程度;不同颜色匹配的作业绩效和喜好程度不全相一致;白色/红色、棕色/黄色、暗灰/蓝色、黑色/淡绿、白色/蓝色较适宜作为背景/目标色组合,白色/黄色、黑色/蓝色则不适宜.     

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.     

基于数字样机的飞机研制项目监控技术

由于周期漫长、数据繁杂、并发事件多等特点,飞机研制项目需要高效的管理支撑环境.针对这种需求,提出了一种基于数字样机的项目监控方法.该方法首先在项目管理与产品数据管理集成模型的基础上创建一种面向项目监控的数字样机.通过将样机模型与任务信息进行绑定,实现多视图的项目监控环境.在进行样机模型可视化时,采用双层载入策略以降低系统显示负载.该方法以对数字样机的可视化与交互为基础,向项目管理人员提供一种支持多层面信息展示的项目监控界面,丰富了项目管理用户与企业信息间的交互方式.      

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。