飞行员分配性注意机理与工效学应用研究

本项目以我国中长期航空工业战略规划为背景，围绕大型飞机系统领域研究中的重要科学和技术问题，通过多学科交叉渗透研究，为保障我国飞行安全以及解决飞机座舱中显示/控制设备的优化设计等问题提供必要的理论依据和技术支撑。本项目的研究特色和创新点集中在两个方面：（1）在飞行员分配性注意机理方面有：建立基于信息化飞行环境下的飞行员注意力分配认知机制及数学模型；飞行员注意力分配行为仿真方法及数学模型验证方法研究。（2）在航空工效学应用方面有：飞行员注意力分配行为与飞机人机显示界面设计参数间错综复杂的耦合关系研究；用于界面设计和工效评价的基于飞行仿真程序与快速虚拟仪表构建的综合仿真方法研究；基于飞行员注意力分配机理的飞机人机显示界面综合设计/评价体系研究，将建立集主观评价、客观评价及数学模型预测评价三位于一体的综合评价系统；飞机驾驶舱人机显示/控制界面优化设计方法研究。

现代航空人机系统中，飞行员由操作者逐渐转变为监控者和决策者。在飞行过程时，飞行员必须对驾驶舱内外多样化信息合理地分配有限的注意资源，从而保证信息收集的全面性、准确性和及时性。然而，对飞行员注意力分配机理与建模的研究则相对滞后，表现为国内外现有的注意力分配模型多以概念模型和定性描述为主，缺乏转化为定量化应用的设计依据。因此，如何对飞行员的注意力分配机制进行定量的求解，并将其外化为可控的因素以应用于人机界面的工效评价和优化设计是关键性的问题，其可助于改善飞行绩效，提高飞行安全。研究内容包括飞行员注意力分配的数学建模与实验验证以及航空工效学应用技术的研究。提出了一个基于信息重要度、发生概率、突显性及努力的多因素条件下的视觉注意力分配预测模型。在多因素模型基础上引入注意控制空间和资源分配空间概念，通过空间映射建立注意力分配预测模型，并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，开展基于异常信息恢复任务的工效学实验，通过眼动追踪装置记录注视点分布作为注意力分配指标。实验结果表明，注意力分配预测模型的理论结果与实验测试结果显著相关且吻合较好，验证了预测模型的可用性。开发了基于虚拟仪表快速构建的人机显示界面、可驱动虚拟仪表实时显示以反映飞行位姿参数的飞行仿真程序，并结合已有的实体飞机座舱工效评价实验台，构建了飞机显示界面优化设计与工效评价综合仿真平台。结合其对人注意力分配的影响，提出一种基于APU值考量的人机界面优化设计方法与界面模型。开发了集合主观评价、数学模型计算评价、眼动参数评价的基于注意力分配机理的人机显示界面综合设计与评价体系。