本文關(guān)鍵詞：駕駛艙中飛行員動(dòng)態(tài)視覺特性及操縱特性建模與仿真

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【摘要】：航空安全是航空工業(yè)發(fā)展的重中之重。人機(jī)工效是改善和提高航空安全的重要途徑之一,飛行員認(rèn)知與操縱特性是飛機(jī)駕駛艙人機(jī)工效設(shè)計(jì)和評(píng)估的基礎(chǔ),是“以人為中心”的駕駛艙設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。掌握飛行員的認(rèn)知和操縱規(guī)律能夠提高駕駛艙人機(jī)工效的設(shè)計(jì)水平,減少由飛行員失誤引起的航空事故,提高航空安全。本文首先分析了飛行員認(rèn)知與操縱特性的研究進(jìn)展,在此基礎(chǔ)上確定本文的研究重點(diǎn)為飛行員動(dòng)態(tài)視覺特性和操縱特性。根據(jù)研究目的設(shè)計(jì)并開展了不同于傳統(tǒng)飛行仿真平臺(tái)上的進(jìn)近著陸滑行階段的飛行員實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選擇20名不同飛行經(jīng)驗(yàn)的航線飛行員在東方飛行培訓(xùn)中心的飛行模擬器上進(jìn)行了3個(gè)不同能見度,2條不同難度滑行路線等6個(gè)場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn),采集了飛行員主觀問卷數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、眼動(dòng)數(shù)據(jù)等；建立了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析方法；對(duì)不同場(chǎng)景下、不同經(jīng)驗(yàn)飛行員的注視模式進(jìn)行了分析。為論文后續(xù)的飛行員特性研究和建模仿真提供數(shù)據(jù)支撐和驗(yàn)證依據(jù)。針對(duì)飛行員動(dòng)態(tài)視覺特性,本文基于信息論,以任務(wù)難度與飛行員的注視頻率為變量建立了視覺績(jī)效指數(shù)模型,能夠表征飛行員在執(zhí)行任務(wù)過程中所需識(shí)別和編碼的信息量。通過飛行員地面滑行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了飛行員視覺績(jī)效指數(shù)模型的正確性。本模型綜合考慮任務(wù)客觀情況以及飛行員注視頻率,能夠定量的表征飛行員的注視行為,與視覺熵結(jié)合可以完整表征動(dòng)態(tài)視覺過程。以飛行員的個(gè)人能力與任務(wù)客觀特性為變量建立任務(wù)難度模型,模型綜合考慮飛行員的知識(shí)背景和經(jīng)驗(yàn)水平等個(gè)人能力,以及影響任務(wù)的外界環(huán)境和任務(wù)本身的復(fù)雜度等任務(wù)的客觀特性,能夠定量評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)不同飛行員完成不同滑行任務(wù)時(shí)的任務(wù)難度。針對(duì)飛行員操縱特性,本文基于駕駛艙環(huán)境下飛行員操縱特性實(shí)驗(yàn),分析了操縱目標(biāo)特征對(duì)飛行員操縱特性的影響,建立了能夠表征飛行員操縱特性的Fitts定律,提出了駕駛艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)中關(guān)鍵操縱設(shè)備設(shè)計(jì)與布置的建議；根據(jù)飛行員定位運(yùn)動(dòng)實(shí)際觸點(diǎn)的分布規(guī)律,建立了無故障寬度的計(jì)算模型,提出了理論上操作失誤率為零的按鈕設(shè)計(jì)寬度,揭示了操縱失誤產(chǎn)生的根本原因；以信息加工階段論為基礎(chǔ)建立了飛行員信息處理時(shí)間預(yù)測(cè)模型,結(jié)合飛行員的認(rèn)知和操縱特點(diǎn),提出了飛行員的視覺搜索策略和目標(biāo)編碼定位策略,利用該模型可預(yù)測(cè)飛行員對(duì)駕駛艙顯示信息的處理時(shí)間和信息識(shí)別編碼過程。針對(duì)飛行員認(rèn)知與操縱特性建模與驗(yàn)證,本文基于人的認(rèn)知特性規(guī)律,提出了建立飛行員仿真模型的方法,以ACT-R模型架構(gòu)為基礎(chǔ),建立了基于任務(wù)的飛行員仿真模型架構(gòu)；將飛行員的任務(wù)背景知識(shí)、動(dòng)態(tài)視覺特性以及操縱規(guī)律完整的表征在飛行員仿真模型的陳述性知識(shí)模塊、感知與作動(dòng)模塊、產(chǎn)生式系統(tǒng)中,完成了基于任務(wù)的飛行員認(rèn)知與操縱特性建模；提出了分場(chǎng)景分群體分層次的飛行員仿真模型驗(yàn)證方法,結(jié)合地面滑行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了仿真模型的正確性。利用飛行員仿真模型對(duì)韓亞空難進(jìn)行了多可能事件的仿真,仿真結(jié)果與韓亞航空公司的事故分析結(jié)論一致,進(jìn)一步表明了飛行員仿真模型的正確性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：飛行員認(rèn)知與操縱特性 飛行員仿真 任務(wù)難度 動(dòng)態(tài)視覺特性 視覺績(jī)效指數(shù) Fitts定律 ACT-R
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V323;V328
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-31
• 1.1 研究背景及意義11-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-27
• 1.2.1 認(rèn)知特性及建模研究15-19
• 1.2.2 操縱特性研究19-23
• 1.2.3 飛行員認(rèn)知與操縱特性建模研究23-27
• 1.3 研究?jī)?nèi)容27-29
• 1.3.1 飛行員動(dòng)態(tài)視覺特性28-29
• 1.3.2 駕駛艙環(huán)境下飛行員的操縱特性29
• 1.3.3 基于任務(wù)的飛行員認(rèn)知與操縱特性建模及仿真29
• 1.4 章節(jié)安排29-31
• 2 飛行員進(jìn)近著陸滑行實(shí)驗(yàn)31-51
• 2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>31-32
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方案32-38
• 2.2.1 被試32
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景設(shè)置32-37
• 2.2.3 實(shí)驗(yàn)要求37
• 2.2.4 實(shí)驗(yàn)流程37-38
• 2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)38-39
• 2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法39-43
• 2.4.1 實(shí)驗(yàn)宏觀數(shù)據(jù)分析39-40
• 2.4.2 眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析方法40-43
• 2.5 數(shù)據(jù)初步分析43-48
• 2.6 本章小結(jié)48-51
• 3 飛行員動(dòng)態(tài)視覺特性研究51-71
• 3.1 表征視覺特性的基本眼動(dòng)指標(biāo)及定義51-56
• 3.1.1 注視(Fixation)51-53
• 3.1.2 掃視(Saccade)53-54
• 3.1.3 眨眼(Blink)54
• 3.1.4 視覺熵(Visual Entropy)54-56
• 3.2 動(dòng)態(tài)視覺特性56-60
• 3.2.1 影響動(dòng)態(tài)視覺特性的主要因素分析56-58
• 3.2.2 動(dòng)態(tài)視覺特性建模58-60
• 3.3 任務(wù)難度建模60-65
• 3.3.1 任務(wù)難度模型60-61
• 3.3.2 飛行員執(zhí)行滑行任務(wù)的主觀難度61-62
• 3.3.3 飛行員執(zhí)行滑行任務(wù)的客觀難度62
• 3.3.4 飛行員執(zhí)行滑行任務(wù)的難度62-65
• 3.4 不同任務(wù)難度下的飛行員動(dòng)態(tài)視覺特性65-68
• 3.5 本章小結(jié)68-71
• 4 駕駛艙中飛行員操縱特性研究71-95
• 4.1 Fitts定律71-72
• 4.2 目標(biāo)特性對(duì)飛行員定位運(yùn)動(dòng)的影響72-86
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)72-74
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理74-80
• 4.2.3 目標(biāo)大小對(duì)定位運(yùn)動(dòng)特性的影響80-82
• 4.2.4 目標(biāo)形狀對(duì)定位運(yùn)動(dòng)特性的影響82
• 4.2.5 目標(biāo)方位對(duì)定位運(yùn)動(dòng)特性的影響82-85
• 4.2.6 無故障寬度85-86
• 4.3 按鈕密度對(duì)飛行員定位運(yùn)動(dòng)的影響86-92
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)87-88
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析88-89
• 4.3.3 飛行員信息處理時(shí)間預(yù)測(cè)模型89-92
• 4.4 本章小結(jié)92-95
• 5 基于任務(wù)的飛行員仿真模型及驗(yàn)證95-121
• 5.1 飛行員認(rèn)知和操縱特性建模95-107
• 5.1.1 ACT-R認(rèn)知建模工具96-97
• 5.1.2 飛行員的任務(wù)背景知識(shí)97-102
• 5.1.3 基于任務(wù)的飛行員認(rèn)知和操縱特性建模與仿真102-107
• 5.2 飛行員仿真模型的驗(yàn)證107-117
• 5.2.1 重度風(fēng)切變應(yīng)急場(chǎng)景飛行員仿真模型的驗(yàn)證108-112
• 5.2.2 正常場(chǎng)景下的飛行員仿真模型的驗(yàn)證112-117
• 5.3 基于任務(wù)的飛行員仿真117-119
• 5.4 本章小結(jié)119-121
• 6 總結(jié)121-128
• 6.1 本文的主要工作121-124
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)124-126
• 6.3 展望126-128
• 參考文獻(xiàn)128-138
• 致謝138-140
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況140-142
• 1) 發(fā)表論文情況140-141
• 2) 專著專利情況141
• 3) 參加科研情況141-142

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本文編號(hào)：672602