飞行员在飞行动作模拟练习下的眼动模式的分析

发布时间：2017-10-16 18:28

本文关键词：飞行员在飞行动作模拟练习下的眼动模式的分析

【摘要】：飞行任务高度依赖于视觉。飞行员需要细致的注视来精确操控飞机，同时还要通过扫视从环境中获得飞行的情景意识（SA）。眼动仪是基于红外线角膜反射，实时地记录被试的眼球眼动情况。随着眼动技术的飞速发展，，眼动记录法在飞行领域也得到了大量应用。眼动指标（例如：注视时间、注视次数等）可以直接反映个体的心理过程。因此，通过分析飞行员的眼动过程便可了解其在执行任务过程中的注意力分配，进而分析其工作负荷及疲劳状态。为了深入探讨飞行员在飞行过程中的眼动模式，了解其注意力分配规律和视觉加工情况，本研究对飞行员的眼动一般特征进行了分析总结，同时采用了专家-新手范式。因为在飞行教纲中，还没有明确的标准界定何谓专家，因此，我们将实验组分为熟练组—新手组。实验通过模拟爬升飞行和模拟翻转任务，收集到了被试的眼动各项指标，分析和对比了两组飞行员完成任务的时间、完成任务的准确度、眼动指标的差异，以此来了解和探讨不同水平的飞行员在不同认知负荷下的认知模式和注意力分配情况，研究结果为新手飞行员的培训以及座舱布局设计提供参考和借鉴。本研究起始于2011年11月,终止于2012年3月。被试为到空军杭州航空医学鉴定训练中心疗养的Su-30战机飞行员。共包括两个实验实验一：科目：选取了仪表空间定向训练模拟器中的“模拟飞行”训练科目，该科目是要被试在模拟器上模拟现实中的飞行科目。我们的实验选择了爬升飞行和翻转飞行任务，在实验过程中同时佩戴眼动仪，观察和记录整个飞行过程中的眼动情况，在实验结束后对飞行员完成任务的时间和眼动指标进行记录。因为本实验是为了测量飞行员在不同任务难度下的飞行过程中的一般注意力分配情况和认知负荷等状态，随机抽取了18名，年龄分布在27~38岁，飞行总时间在300~2300小时之间，飞行Su-30该机种的时间在150~1800小时之间。实验二：选取了仪表空间定向训练模拟器中的“模拟飞行”训练科目，实验任务选择了翻转任务，在实验过程中同时佩戴眼动仪，观察和记录整个飞行过程中的眼动情况，记录两组的飞行绩效以及眼动指标差异。熟练组的总飞行时间是在1500小时以上，新手组的飞行时间在200小时以下。主要研究结果：实验一：不同任务难度下的各个眼动指标分析：（1）注视点的分布情况。在爬升任务中，各个兴趣区之间没有显著差异（p0.05），在翻转任务下，5个兴趣区的注视时间存在差异（p 0.05）；（2）注视时间的分布情况。在爬升任务中，各个兴趣区之间没有显著差异（p0.05），在翻转任务下，5个兴趣区的注视时间存在差异（p 0.05）；（3）平均瞳孔直径。在两种飞行任务下，被试者的瞳孔直径在三种仪表以及综合屏显之间有显著差异（p 0.05），在翻转任务下，被试的瞳孔直径都小于爬升任务。（4）平均扫视幅度。被试在翻转任务时的平均扫视幅度为8.50±4.33(°)，在爬升任务时为12.56±5.49(°)，二者对比时有显著差异（p 0.05），扫视幅度和任务难度有相关，既随着任务难度的加大平均扫视幅度减小。实验二：在同一难度下的熟练和新手的飞行绩效对比：（1）任务完成时间。熟练组的平均完成时间在50.5±10.2（s），新手组的平均完成时间为62.1±11.5（s）；（2）高度差。熟练组的平均高度差在10.2±2.4（m），新手组的平均高度差在32.8±6.5（m）；（3）偏航角。熟练组的平均偏航角为2.3±1.6(o)，新手组的平均偏航角为8.2±3.6(o)；（4）倾斜角。熟练组的平均倾斜角4.8±1.7(o)，新手组的平均倾斜角15.2±4.4(o)。熟练飞行员和新手飞行员的眼动参数的对比：（1）飞行员在注视频率、扫视频率、平均扫视速度、平均注视时间、平均扫视幅度这五个指标上存在着明显差异，熟悉飞行员的平均注视时间较短，扫视幅度较大，扫视速度较快，熟练飞行员具有较好的扫视频率和较大的注视频率；（2）熟练飞行员和新手飞行员在各个兴趣区的注视时间的对比。新手飞行员在外景和高度表上有较多的注视时间，而熟练飞行员在综合屏显上的时间较多，分配在外景上的时间较少，其他仪表的时间比较均衡；（3）新手飞行员在外景注视点个数最多，在综合平屏显上个数最少；而熟练飞行员在综合屏显上的注视点个数最多，在外景上最少。对两组飞行员的注视点个数进行t检验发现，熟练飞行员和新手飞行员在外景和综合屏显有显著差异（p 0.05）；（4）熟练飞行员和新手飞行员平均瞳孔直径的对比。两组飞行员的瞳孔直径在外景、地平仪和综合屏显之间有显著差异（p 0.05）,在高度表和速度表上无差异（p0.05）。研究结论如下 1、飞行员均在在座舱仪表分配更多的注视点和注视时间；在翻转任务中，飞行员在各个兴趣区的瞳孔直径都小于爬升任务中的直径；扫视幅度随着任务难度的加大而减小。 2、熟练飞行员和新手的飞行绩效和眼动模式存在明显的差异。 3、熟练飞行员的绩效好于新手，熟练飞行员有更短的注视时间、更多的注视点、更快的扫视速度、较大的扫视频率和较广的扫视范围。 4、熟练飞行员的瞳孔变化较小，他们的眼动模式有较低的心理负荷。在模拟飞行下，飞行员在座舱仪表分配更多的注视点和注视时间，提示对新手民兵在飞行训练中注意力应更多的集中在舱内仪表；同时该结论也为座舱仪表的合理设计提供依据。随着飞行任务难度的加大，飞行员的心理负荷加大，扫视幅度减小；熟练飞行员有更为简洁有效的眼动模式和较低的心理负荷，提示飞行学员的训练要促使建立高效的眼动模式。
【关键词】：军事飞行员 眼动 模拟飞行 注意力 情景意识
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：B845.66
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