民用飛機(jī)駕駛艙人機(jī)交互機(jī)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?yàn)轱w行機(jī)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(jī)組出現(xiàn)差錯的可能性。在整個飛行過程中，飛行機(jī)組基本都是在飛機(jī)駕駛艙中完成對飛機(jī)的操作。所以，為了減少飛行機(jī)組的差錯，應(yīng)該從飛行員與飛機(jī)及飛機(jī)自動化系統(tǒng)之間的人機(jī)交互行為出發(fā)進(jìn)行研究。本論文針對民用飛機(jī)駕駛艙中人機(jī)交互機(jī)理和交互行為進(jìn)行研究，提出兩種

2、人機(jī)交互評價方法：飛行任務(wù)復(fù)雜度方法和人機(jī)交互動量方法，具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，本論文構(gòu)建了民用駕駛艙人機(jī)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(jī)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(jī)及飛機(jī)自動化系統(tǒng)之間的交互行為進(jìn)行監(jiān)視，并采集相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)供后續(xù)處理。
　　其次，本論文利用駕駛艙人機(jī)交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對一個基礎(chǔ)駕駛艙人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)：告警狀態(tài)下的飛

3、行員響應(yīng)，從研究目的、研究方法和實(shí)驗(yàn)結(jié)果3個方面，對駕駛艙人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行說明。該實(shí)驗(yàn)使用人機(jī)交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并使用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不僅揭示了飛行經(jīng)驗(yàn)和飛行職責(zé)對飛行員在告警狀態(tài)下響應(yīng)的影響，也證明了人機(jī)交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)方法的可用性。駕駛艙告警狀態(tài)下的飛行員響應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究是駕駛艙人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)方法研究的一個實(shí)例。該實(shí)驗(yàn)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(jī)交互行為都是基于任務(wù)發(fā)生的，所以對任務(wù)本身，特別是任務(wù)復(fù)雜度進(jìn)行分析能夠從理論的角度理解人機(jī)交互行為。同時，為了對標(biāo)準(zhǔn)操作程序中預(yù)期的人機(jī)交互行為進(jìn)行定量化的評價，本論文建立了飛行任務(wù)復(fù)雜度TCIF（Task Complexity in Flight）方法。飛行任務(wù)復(fù)雜度TCIF方法中包含了四個子復(fù)雜度：任務(wù)動作邏輯復(fù)雜度、任務(wù)動作大小復(fù)雜度、信息控制交互復(fù)雜度以及控制模式復(fù)雜度。這四個子復(fù)雜度都是與人機(jī)交互行為緊密相關(guān)的，特別是信息

5、控制交互復(fù)雜度和控制模式復(fù)雜度。其中，信息控制交互復(fù)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(wù)復(fù)雜度的影響。為了驗(yàn)證飛行任務(wù)復(fù)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(wù)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，測量他們心率差值并要求他們填寫主觀工作負(fù)荷Bedford量表值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，飛行任務(wù)復(fù)雜度TCIF方法與心率差值以及Bedford量表值都有較好的相關(guān)性。
　　最后，本論文提出了人機(jī)

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