飛行員在飛行動作模擬練習下的眼動模式的分析.pdf

1、飛行任務高度依賴于視覺。飛行員需要細致的注視來精確操控飛機,同時還要通過掃視從環(huán)境中獲得飛行的情景意識(SA)。眼動儀是基于紅外線角膜反射,實時地記錄被試的眼球眼動情況。隨著眼動技術的飛速發(fā)展,眼動記錄法在飛行領域也得到了大量應用。眼動指標(例如:注視時間、注視次數(shù)等)可以直接反映個體的心理過程。因此,通過分析飛行員的眼動過程便可了解其在執(zhí)行任務過程中的注意力分配,進而分析其工作負荷及疲勞狀態(tài)。
　　為了深入探討飛行員在飛行過程中

2、的眼動模式,了解其注意力分配規(guī)律和視覺加工情況,本研究對飛行員的眼動一般特征進行了分析總結(jié),同時采用了專家-新手范式。因為在飛行教綱中,還沒有明確的標準界定何謂專家,因此,我們將實驗組分為熟練組—新手組。實驗通過模擬爬升飛行和模擬翻轉(zhuǎn)任務,收集到了被試的眼動各項指標,分析和對比了兩組飛行員完成任務的時間、完成任務的準確度、眼動指標的差異,以此來了解和探討不同水平的飛行員在不同認知負荷下的認知模式和注意力分配情況,研究結(jié)果為新手飛行員的培

3、訓以及座艙布局設計提供參考和借鑒。
　　本研究起始于2011年11月,終止于2012年3月。被試為到空軍杭州航空醫(yī)學鑒定訓練中心療養(yǎng)的Su-30戰(zhàn)機飛行員。共包括兩個實驗
　　實驗一:科目:選取了儀表空間定向訓練模擬器中的“模擬飛行”訓練科目,該科目是要被試在模擬器上模擬現(xiàn)實中的飛行科目。我們的實驗選擇了爬升飛行和翻轉(zhuǎn)飛行任務,在實驗過程中同時佩戴眼動儀,觀察和記錄整個飛行過程中的眼動情況,在實驗結(jié)束后對飛行員完成任務的時間

4、和眼動指標進行記錄。因為本實驗是為了測量飛行員在不同任務難度下的飛行過程中的一般注意力分配情況和認知負荷等狀態(tài),隨機抽取了18名,年齡分布在27～38歲,飛行總時間在300~2300小時之間,飛行Su-30該機種的時間在150~1800小時之間。
　　實驗二:選取了儀表空間定向訓練模擬器中的“模擬飛行”訓練科目,實驗任務選擇了翻轉(zhuǎn)任務,在實驗過程中同時佩戴眼動儀,觀察和記錄整個飛行過程中的眼動情況,記錄兩組的飛行績效以及眼動指標差

5、異。熟練組的總飛行時間是在1500小時以上,新手組的飛行時間在200小時以下。
　　主要研究結(jié)果:
　　實驗一:不同任務難度下的各個眼動指標分析:(1)注視點的分布情況。在爬升任務中,各個興趣區(qū)之間沒有顯著差異(p>0.05),在翻轉(zhuǎn)任務下,5個興趣區(qū)的注視時間存在差異(p<0.05);(2)注視時間的分布情況。在爬升任務中,各個興趣區(qū)之間沒有顯著差異(p>0.05),在翻轉(zhuǎn)任務下,5個興趣區(qū)的注視時間存在差異(p<0.05

6、);(3)平均瞳孔直徑。在兩種飛行任務下,被試者的瞳孔直徑在三種儀表以及綜合屏顯之間有顯著差異(p<0.05),在翻轉(zhuǎn)任務下,被試的瞳孔直徑都小于爬升任務。(4)平均掃視幅度。被試在翻轉(zhuǎn)任務時的平均掃視幅度為8.50±4.33(°),在爬升任務時為12.56±5.49(°),二者對比時有顯著差異(p<0.05),掃視幅度和任務難度有相關,既隨著任務難度的加大平均掃視幅度減小。
　　實驗二:在同一難度下的熟練和新手的飛行績效對比:(

7、1)任務完成時間。熟練組的平均完成時間在50.5±10.2(s),新手組的平均完成時間為62.1±11.5(s);(2)高度差。熟練組的平均高度差在10.2±2.4(m),新手組的平均高度差在32.8±6.5(m);(3)偏航角。熟練組的平均偏航角為2.3±1.6(o),新手組的平均偏航角為8.2±3.6(o);(4)傾斜角。熟練組的平均傾斜角4.8±1.7(o),新手組的平均傾斜角15.2±4.4(o)。熟練飛行員和新手飛行員的眼動參

8、數(shù)的對比:(1)飛行員在注視頻率、掃視頻率、平均掃視速度、平均注視時間、平均掃視幅度這五個指標上存在著明顯差異,熟悉飛行員的平均注視時間較短,掃視幅度較大,掃視速度較快,熟練飛行員具有較好的掃視頻率和較大的注視頻率;(2)熟練飛行員和新手飛行員在各個興趣區(qū)的注視時間的對比。新手飛行員在外景和高度表上有較多的注視時間,而熟練飛行員在綜合屏顯上的時間較多,分配在外景上的時間較少,其他儀表的時間比較均衡;(3)新手飛行員在外景注視點個數(shù)最多,

9、在綜合平屏顯上個數(shù)最少;而熟練飛行員在綜合屏顯上的注視點個數(shù)最多,在外景上最少。對兩組飛行員的注視點個數(shù)進行t檢驗發(fā)現(xiàn),熟練飛行員和新手飛行員在外景和綜合屏顯有顯著差異(p<0.05);(4)熟練飛行員和新手飛行員平均瞳孔直徑的對比。兩組飛行員的瞳孔直徑在外景、地平儀和綜合屏顯之間有顯著差異(p<0.05),在高度表和速度表上無差異(p>0.05)。研究結(jié)論如下
　　1、飛行員均在在座艙儀表分配更多的注視點和注視時間;在翻轉(zhuǎn)任務中

10、,飛行員在各個興趣區(qū)的瞳孔直徑都小于爬升任務中的直徑;掃視幅度隨著任務難度的加大而減小。
　　2、熟練飛行員和新手的飛行績效和眼動模式存在明顯的差異。
　　3、熟練飛行員的績效好于新手,熟練飛行員有更短的注視時間、更多的注視點、更快的掃視速度、較大的掃視頻率和較廣的掃視范圍。
　　4、熟練飛行員的瞳孔變化較小,他們的眼動模式有較低的心理負荷。
　　在模擬飛行下,飛行員在座艙儀表分配更多的注視點和注視時間,提示對新