民用飛機駕駛艙人機交互機理與評價方法研究.pdf

1、人為差錯是威脅航空安全最主要的因素。統(tǒng)計表明超過70％的飛行事故都是由于人為差錯造成的，而其中又有超過了一半以上是因為飛行機組的差錯所引起。因此，提高航空安全最直接、最有效的方法就是減少飛行機組出現(xiàn)差錯的可能性。在整個飛行過程中，飛行機組基本都是在飛機駕駛艙中完成對飛機的操作。所以，為了減少飛行機組的差錯，應該從飛行員與飛機及飛機自動化系統(tǒng)之間的人機交互行為出發(fā)進行研究。本論文針對民用飛機駕駛艙中人機交互機理和交互行為進行研究，提出兩種

2、人機交互評價方法：飛行任務復雜度方法和人機交互動量方法，具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，本論文構建了民用駕駛艙人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由心理生理參數(shù)測量子系統(tǒng)、行為監(jiān)視子系統(tǒng)以及飛行數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)三個部分組成。人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠有效的對駕駛艙內(nèi)飛行員與飛機及飛機自動化系統(tǒng)之間的交互行為進行監(jiān)視，并采集相應的實驗數(shù)據(jù)供后續(xù)處理。
　　其次，本論文利用駕駛艙人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對一個基礎駕駛艙人機交互實驗：告警狀態(tài)下的飛

3、行員響應，從研究目的、研究方法和實驗結果3個方面，對駕駛艙人機交互實驗方法進行說明。該實驗使用人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，并使用數(shù)理統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)分析。實驗的結果不僅揭示了飛行經(jīng)驗和飛行職責對飛行員在告警狀態(tài)下響應的影響，也證明了人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和人機交互實驗方法的可用性。駕駛艙告警狀態(tài)下的飛行員響應實驗研究是駕駛艙人機交互實驗方法研究的一個實例。該實驗方法在后續(xù)的研究中將用于數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析。
　　由于駕駛艙中的人

4、機交互行為都是基于任務發(fā)生的，所以對任務本身，特別是任務復雜度進行分析能夠從理論的角度理解人機交互行為。同時，為了對標準操作程序中預期的人機交互行為進行定量化的評價，本論文建立了飛行任務復雜度TCIF（Task Complexity in Flight）方法。飛行任務復雜度TCIF方法中包含了四個子復雜度：任務動作邏輯復雜度、任務動作大小復雜度、信息控制交互復雜度以及控制模式復雜度。這四個子復雜度都是與人機交互行為緊密相關的，特別是信息

5、控制交互復雜度和控制模式復雜度。其中，信息控制交互復雜度包含兩個方面的內(nèi)容：信息控制交互的過程和此過程中信息資源通道占用對任務復雜度的影響。為了驗證飛行任務復雜度TCIF方法的有效性和可用性，選取10名飛行員在11個飛行任務中進行實驗。在實驗過程中，測量他們心率差值并要求他們填寫主觀工作負荷Bedford量表值。實驗結果表明，飛行任務復雜度TCIF方法與心率差值以及Bedford量表值都有較好的相關性。
　　最后，本論文提出了人機

6、交互動量HMIM（Human Machine Interactive Momentum）方法。該方法從人機交互機理的角度對飛行員、飛機及飛機自動化之間的交互行為進行分解、特征描述以及相關因素分析，定量的描述了飛行員與飛機及飛機自動化系統(tǒng)之間的信息流和控制流的交互。為了驗證人機交互動量HMIM方法的有效性，首先討論在一種典型飛機機型下的人工手動進近著陸任務中，人機交互動量HMIM方法的特征以及其與飛行績效和主觀工作負荷 NASA-TLX方