本文關(guān)鍵詞：民用飛機(jī)駕駛艙人機(jī)交互機(jī)理與評價方法研究

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【摘要】：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(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)的實驗數(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)交互實驗:告警狀態(tài)下的飛行員響應(yīng),從研究目的、研究方法和實驗結(jié)果3個方面,對駕駛艙人機(jī)交互實驗方法進(jìn)行說明。該實驗使用人機(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。實驗的結(jié)果不僅揭示了飛行經(jīng)驗和飛行職責(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)交互實驗方法的可用性。駕駛艙告警狀態(tài)下的飛行員響應(yīng)實驗研究是駕駛艙人機(jī)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(taskcomplexityinflight)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(fù)荷bedford量表值。實驗結(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)交互動量hmim(humanmachineinteractivemomentum)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方法的關(guān)系。其次,利用飛行任務(wù)復(fù)雜度tcif方法的研究結(jié)果,討論了在11個飛行任務(wù)中,人機(jī)交互動量hmim方法與飛行任務(wù)復(fù)雜度tcif方法、心率差值和主觀工作負(fù)荷bedford量表值之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明,人機(jī)交互動量hmim方法能夠有效的對駕駛艙人機(jī)交互行為進(jìn)行描述。上述研究工作的開展,對研究民用飛機(jī)駕駛艙中人機(jī)交互的機(jī)理和評價方法提供了重要的實驗依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：人機(jī)交互 飛行任務(wù)復(fù)雜度 人機(jī)交互動量 工作負(fù)荷
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V223.1
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-31
• 1.1 航空安全15-19
• 1.1.1 民用航空發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.1.2 航空事故16-17
• 1.1.3 導(dǎo)致航空事故的原因17-19
• 1.2 人為差錯19-22
• 1.2.1 人為差錯的不同形式19-20
• 1.2.2 飛行機(jī)組的人為差錯20-22
• 1.3 駕駛艙人機(jī)交互22-28
• 1.3.1 駕駛艙人機(jī)交互與人為差錯22-23
• 1.3.2 人機(jī)交互研究現(xiàn)狀23-28
• 1.4 論文的主要研究思路和內(nèi)容28-31
• 1.4.1 研究思路28-29
• 1.4.2 研究內(nèi)容29-31
• 第二章 民用飛機(jī)駕駛艙人機(jī)交互現(xiàn)有研究方法31-50
• 2.1 時間線分析方法31-34
• 2.1.1 時間線分析方法的作用31
• 2.1.2 時間線分析方法的描述31-34
• 2.2 任務(wù)分析及任務(wù)復(fù)雜度分析方法34-40
• 2.2.1 任務(wù)分析34-36
• 2.2.2 任務(wù)復(fù)雜度分析36-40
• 2.3 工作負(fù)荷分析方法40-49
• 2.3.1 工作負(fù)荷定義40-41
• 2.3.2 工作負(fù)荷測量的意義41-42
• 2.3.3 工作負(fù)荷測量方法的要求42-43
• 2.3.4 典型的工作負(fù)荷測量方法43-49
• 2.4 本章小結(jié)49-50
• 第三章 民用飛機(jī)駕駛艙人機(jī)交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計50-56
• 3.1 人機(jī)交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體要求50-51
• 3.1.1 數(shù)據(jù)的完備性50
• 3.1.2 系統(tǒng)的穩(wěn)定性50-51
• 3.1.3 系統(tǒng)的可復(fù)制性51
• 3.2 人機(jī)交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成51-55
• 3.2.1 心理生理參數(shù)測量子系統(tǒng)51-53
• 3.2.2 行為監(jiān)視子系統(tǒng)53-54
• 3.2.3 飛行數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)54
• 3.2.4 子系統(tǒng)集成54-55
• 3.3 本章小結(jié)55-56
• 第四章 民用飛機(jī)駕駛艙人機(jī)交互實驗方法研究56-71
• 4.1 研究目的56-59
• 4.2 研究方法59-63
• 4.2.1 被試59
• 4.2.2 實驗設(shè)備59-62
• 4.2.3 實驗流程62-63
• 4.3 實驗結(jié)果63-66
• 4.4 討論66-69
• 4.5 本章小結(jié)69-71
• 第五章 飛行任務(wù)復(fù)雜度測量方法研究71-94
• 5.1 研究目的71-73
• 5.2 方法73-88
• 5.2.1 熵值計算復(fù)雜度方法73-76
• 5.2.2 飛行任務(wù)復(fù)雜度TCIF方法76-78
• 5.2.3 飛行任務(wù)復(fù)雜度TCIF方法計算示例78-87
• 5.2.4 驗證方法87
• 5.2.5 被試87-88
• 5.3 結(jié)果88-91
• 5.3.1 飛行任務(wù)復(fù)雜度TCIF88
• 5.3.2 飛行任務(wù)復(fù)雜度TCIF與Bedford量表值以及心率差值88-91
• 5.4 討論91-93
• 5.5 本章小結(jié)93-94
• 第六章 人機(jī)交互動量：一種描述駕駛艙人機(jī)信息流控制流交互過程的方法研究94-119
• 6.1 研究目的94-96
• 6.2 人機(jī)交互動量定義96-100
• 6.2.1 人機(jī)交互動量定義96-97
• 6.2.2 信息量的確定97-99
• 6.2.3 控制量的確定99-100
• 6.3 實驗一100-111
• 6.3.1 實驗設(shè)備100-104
• 6.3.2 參試人員104
• 6.3.3 實驗流程104-105
• 6.3.4 實驗結(jié)果105-111
• 6.4 實驗二111-115
• 6.4.1 方法112
• 6.4.2 實驗結(jié)果112-115
• 6.5 討論115-118
• 6.6 本章小結(jié)118-119
• 第七章 總結(jié)與展望119-122
• 7.1 研究總結(jié)119-120
• 7.1.1 飛行過程中任務(wù)復(fù)雜度測量方法研究119-120
• 7.1.2 人機(jī)交互動量：一種描述駕駛艙人機(jī)信息流控制流交互過程的方法研究120
• 7.2 研究展望120-122
• 參考文獻(xiàn)122-131
• 附錄1 桌面式眼動儀SmartEye技術(shù)指標(biāo)131-132
• 附錄2 頭戴式眼動儀Tobbi Glasses技術(shù)指標(biāo)132-135
• 附錄3 生理參數(shù)采集設(shè)備BioHarness技術(shù)指標(biāo)135-136
• 致謝136-138
• 攻讀博士學(xué)位期間主要研究成果138-140

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