无机人机飞行姿态显示界面设计对恢复异常飞行姿态操作的影响

发布时间：2020-06-19 20:14

【摘要】：越来越多的领域采用无人机来完成日常生活和工作。然而人们对其操作仍不够熟练,从而导致事故频发。为提高无人机安全操作,相关人员提出了各方面的建议。其中,改善人机交互界面是保证航空安全的有效手段之一。地面控制站由各种人机交互界面构成,无人机操作员在其中执行对飞行器的各项操作,而飞行姿态显示界面是各项操作中尤为重要的显示系统。同时,以往研究者认为异常飞行姿态是导致航空事故发生的重要因素之一。因此,本研究将研究重点聚焦于无人机操作员对飞行姿态的操作这一环节,并将操作员对异常飞行姿态进行恢复的操作作为评价姿态显示界面的标准,从人类工效学角度出发对飞行姿态显示界面进行实证研究,并利用心理学理论层面分析各种飞行姿态显示界面发挥优势的内在原理。本研究的相关实验施测于有无飞行经验的两大群体(飞行学员与普通大学生)。实验一主要探讨飞行姿态界面中参考框架(MA、MH)对恢复异常飞行姿态操作的影响。实验二在实验一的基础上增加新型显示样式,探究两种参考框架(MA、MH)与三种显示样式(CON、CMD、PAS)对恢复异常飞行姿态操作的共同影响,以得出最具优势的搭配方案。实验三为探究形象化显示样式(PAS)是否具备同主观上的优势,采用继时性呈现多种显示样式的设计方案,即将CON显示样式与形象化显示样式(PAS)共同呈现的显示样式。通过比较单一显示样式(CON显示样式或PAS显示样式)和继时性显示样式(CON-PAS-CON显示样式或PAS-CON-PAS显示样式)下被试恢复异常飞行姿态的操作差异,以探究最佳的飞行姿态呈现方案。实验一(a)的结果为两种参考框架的总反应时长具有显著差异,两类群体的总反应时长也具有显著差异。实验一(b)的反应时结果表明旋转角度的主效应显著差异,并且参考框架和旋转角度的交互作用显著。正确数结果表明参考框架、旋转角度的主效应显著,且参考框架和旋转角度的交互作用显著。实验二(a)的总反应时长结果表明显示样式、参考框架的主效应显著,不同经验被试的总反应时长也具有显著差异,且显示样式和参考框架的交互作用显著。实验二(b)的反应时结果表明旋转角度的主效应显著。另外,显示样式与参考框架的交互作用显著,参考框架与旋转角度的交互作用显著。正确数结果表明显示样式、参考框架的主效应显著,旋转角度的主效应显著,且显示样式与参考框架、显示样式和旋转角度和参考框架与旋转角度的交互作用显著。实验三的结果表明四种继时性显示样式的主效应显著,反应时差值的主效应显著。本研究综合上述实验得出以下建议:(1)良好的飞行姿态显示界面能够适用于各种经验水平的无人机操作员。(2)对于参考框架(MA、MH)而言,MA参考框架的优势在于提高无人机操作员的恢复反应时间和简单任务操作,而MH参考框架的优势在于提高无人机操作员执行的正确恢复数量和多任务操作。(3)对于显示样式而言,相比于传统的状态显示样式(CON),新型显示样式(CMD、PAS)基于注意理论和视觉符号理论,具备一定程度的优势。(4)参考框架与显示样式之间存在多种适配方案。有效的飞行姿态显示界面有 CMD-MA、CMD-MH、PAS-MA 和 CON-MA。(5)相比于传统的状态显示样式,继时性显示样式存在操作优势,最具优势的显示样式为PAS-CON-PAS显示样式,其具备了状态显示样式(CON)和形象化显示样式(PAS)的优点且抵消了二者的不足。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V328
【图文】：

参考框架,反应时,旋转角度,因变量

置角度之间差异显著（ｐ＝．００４，邋／Ｋ．００１），７５度与两个倒置角度之间差异显著逡逑（尸．００１，邋／Ｋ．００１）。随着旋转角度的增加，ＭＨ参考框架中的反应时的增加幅度逡逑较大，而ＭＡ参考框架中的反应时增加幅度较为缓慢。如图１所示，当飞行姿态逡逑处于非倒置飞行姿态（４５度和７５度）时，ＭＡ参考框架的反应时长于ＭＨ参考框逡逑架的反应时，但当角度增加至１０５度时，被试对于ＭＨ参考框架的反应肘显著增逡逑加，导致倒置（１０５度和１３５度）的姿态旋转角度下，ＭＨ参考框架的反应时高于逡逑ＭＡ参考框架的反应时。有关飞行姿态旋转角度的多重比较分析得出在不同旋转角逡逑度下被试的反应时具有显著差异（ａｌｌ／Ｋ．０５）

参考框架,旋转角度,因变量,交互作用

９９产４．２８８，ｐ＝．０１８，邋〃２＝．１１５），简单效应检验得出ＭＡ参考框架下４５度与两个倒置逡逑角度之间差异显著（ａｌｌ户＜．００１邋），７５度与两个倒置角度之间差异显著（户＝．00７，逡逑；７＝．００４）。如图２，两种参考框架对应的恢复正确数都会随着飞行姿态旋转角度的逡逑增加而逐渐降低，但相比于ＭＨ参考框架，被试在ＭＡ参考框架中，旋转角度的逡逑增大（当增大至倒置飞行姿态时）会更大程度导致正确恢复数的减少，在小角度逡逑旋转角度（非倒置飞行姿态）时，两种参考框架的正确数无较大差异。有关飞行逡逑姿态旋转角度的多重比较分析得出在不同旋转角度下被试的正确恢复数具有显著逡逑差异（ａｌｌ／？＜．０１），但两个处于倒置旋转角度的飞行姿态间正确数差异不显著逡逑（ｐ＝．０９９）。逡逑２４逡逑

【参考文献】