飛行員在飛行動(dòng)作模擬練習(xí)下的眼動(dòng)模式的分析.pdf

1、飛行任務(wù)高度依賴于視覺。飛行員需要細(xì)致的注視來(lái)精確操控飛機(jī),同時(shí)還要通過(guò)掃視從環(huán)境中獲得飛行的情景意識(shí)(SA)。眼動(dòng)儀是基于紅外線角膜反射,實(shí)時(shí)地記錄被試的眼球眼動(dòng)情況。隨著眼動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展,眼動(dòng)記錄法在飛行領(lǐng)域也得到了大量應(yīng)用。眼動(dòng)指標(biāo)(例如:注視時(shí)間、注視次數(shù)等)可以直接反映個(gè)體的心理過(guò)程。因此,通過(guò)分析飛行員的眼動(dòng)過(guò)程便可了解其在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中的注意力分配,進(jìn)而分析其工作負(fù)荷及疲勞狀態(tài)。
　　為了深入探討飛行員在飛行過(guò)程中

2、的眼動(dòng)模式,了解其注意力分配規(guī)律和視覺加工情況,本研究對(duì)飛行員的眼動(dòng)一般特征進(jìn)行了分析總結(jié),同時(shí)采用了專家-新手范式。因?yàn)樵陲w行教綱中,還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)界定何謂專家,因此,我們將實(shí)驗(yàn)組分為熟練組—新手組。實(shí)驗(yàn)通過(guò)模擬爬升飛行和模擬翻轉(zhuǎn)任務(wù),收集到了被試的眼動(dòng)各項(xiàng)指標(biāo),分析和對(duì)比了兩組飛行員完成任務(wù)的時(shí)間、完成任務(wù)的準(zhǔn)確度、眼動(dòng)指標(biāo)的差異,以此來(lái)了解和探討不同水平的飛行員在不同認(rèn)知負(fù)荷下的認(rèn)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(xùn)以及座艙布局設(shè)計(jì)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(xué)鑒定訓(xùn)練中心療養(yǎng)的Su-30戰(zhàn)機(jī)飛行員。共包括兩個(gè)實(shí)驗(yàn)
　　實(shí)驗(yàn)一:科目:選取了儀表空間定向訓(xùn)練模擬器中的“模擬飛行”訓(xùn)練科目,該科目是要被試在模擬器上模擬現(xiàn)實(shí)中的飛行科目。我們的實(shí)驗(yàn)選擇了爬升飛行和翻轉(zhuǎn)飛行任務(wù),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中同時(shí)佩戴眼動(dòng)儀,觀察和記錄整個(gè)飛行過(guò)程中的眼動(dòng)情況,在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)飛行員完成任務(wù)的時(shí)間

4、和眼動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行記錄。因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)是為了測(cè)量飛行員在不同任務(wù)難度下的飛行過(guò)程中的一般注意力分配情況和認(rèn)知負(fù)荷等狀態(tài),隨機(jī)抽取了18名,年齡分布在27～38歲,飛行總時(shí)間在300~2300小時(shí)之間,飛行Su-30該機(jī)種的時(shí)間在150~1800小時(shí)之間。
　　實(shí)驗(yàn)二:選取了儀表空間定向訓(xùn)練模擬器中的“模擬飛行”訓(xùn)練科目,實(shí)驗(yàn)任務(wù)選擇了翻轉(zhuǎn)任務(wù),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中同時(shí)佩戴眼動(dòng)儀,觀察和記錄整個(gè)飛行過(guò)程中的眼動(dòng)情況,記錄兩組的飛行績(jī)效以及眼動(dòng)指標(biāo)差

5、異。熟練組的總飛行時(shí)間是在1500小時(shí)以上,新手組的飛行時(shí)間在200小時(shí)以下。
　　主要研究結(jié)果:
　　實(shí)驗(yàn)一:不同任務(wù)難度下的各個(gè)眼動(dòng)指標(biāo)分析:(1)注視點(diǎn)的分布情況。在爬升任務(wù)中,各個(gè)興趣區(qū)之間沒有顯著差異(p>0.05),在翻轉(zhuǎn)任務(wù)下,5個(gè)興趣區(qū)的注視時(shí)間存在差異(p<0.05);(2)注視時(shí)間的分布情況。在爬升任務(wù)中,各個(gè)興趣區(qū)之間沒有顯著差異(p>0.05),在翻轉(zhuǎn)任務(wù)下,5個(gè)興趣區(qū)的注視時(shí)間存在差異(p<0.05

6、);(3)平均瞳孔直徑。在兩種飛行任務(wù)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(wù)下,被試的瞳孔直徑都小于爬升任務(wù)。(4)平均掃視幅度。被試在翻轉(zhuǎn)任務(wù)時(shí)的平均掃視幅度為8.50±4.33(°),在爬升任務(wù)時(shí)為12.56±5.49(°),二者對(duì)比時(shí)有顯著差異(p<0.05),掃視幅度和任務(wù)難度有相關(guān),既隨著任務(wù)難度的加大平均掃視幅度減小。
　　實(shí)驗(yàn)二:在同一難度下的熟練和新手的飛行績(jī)效對(duì)比:(

7、1)任務(wù)完成時(shí)間。熟練組的平均完成時(shí)間在50.5±10.2(s),新手組的平均完成時(shí)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(dòng)參

8、數(shù)的對(duì)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(shí)間、平均掃視幅度這五個(gè)指標(biāo)上存在著明顯差異,熟悉飛行員的平均注視時(shí)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(gè)興趣區(qū)的注視時(shí)間的對(duì)比。新手飛行員在外景和高度表上有較多的注視時(shí)間,而熟練飛行員在綜合屏顯上的時(shí)間較多,分配在外景上的時(shí)間較少,其他儀表的時(shí)間比較均衡;(3)新手飛行員在外景注視點(diǎn)個(gè)數(shù)最多,

9、在綜合平屏顯上個(gè)數(shù)最少;而熟練飛行員在綜合屏顯上的注視點(diǎn)個(gè)數(shù)最多,在外景上最少。對(duì)兩組飛行員的注視點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行t檢驗(yàn)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(duì)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(wú)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(diǎn)和注視時(shí)間;在翻轉(zhuǎn)任務(wù)中

10、,飛行員在各個(gè)興趣區(qū)的瞳孔直徑都小于爬升任務(wù)中的直徑;掃視幅度隨著任務(wù)難度的加大而減小。
　　2、熟練飛行員和新手的飛行績(jī)效和眼動(dòng)模式存在明顯的差異。
　　3、熟練飛行員的績(jī)效好于新手,熟練飛行員有更短的注視時(shí)間、更多的注視點(diǎn)、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(dòng)模式有較低的心理負(fù)荷。
　　在模擬飛行下,飛行員在座艙儀表分配更多的注視點(diǎn)和注視時(shí)間,提示對(duì)新