本文關鍵詞：民用飛機駕駛艙人機交互機理與評價方法研究

  更多相關文章： 人機交互 飛行任務復雜度 人機交互動量 工作負荷

【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組出現(xiàn)差錯的可能性。在整個飛行過程中,飛行機組基本都是在飛機駕駛艙中完成對飛機的操作。所以,為了減少飛行機組的差錯,應該從飛行員與飛機及飛機自動化系統(tǒng)之間的人機交互行為出發(fā)進行研究。本論文針對民用飛機駕駛艙中人機交互機理和交互行為進行研究,提出兩種人機交互評價方法:飛行任務復雜度方法和人機交互動量方法,具體研究內(nèi)容如下:首先,本論文構建了民用駕駛艙人機交互數(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)飛行員與飛機及飛機自動化系統(tǒng)之間的交互行為進行監(jiān)視,并采集相應的實驗數(shù)據(jù)供后續(xù)處理。其次,本論文利用駕駛艙人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對一個基礎駕駛艙人機交互實驗:告警狀態(tài)下的飛行員響應,從研究目的、研究方法和實驗結(jié)果3個方面,對駕駛艙人機交互實驗方法進行說明。該實驗使用人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集,并使用數(shù)理統(tǒng)計方法進行數(shù)據(jù)分析。實驗的結(jié)果不僅揭示了飛行經(jīng)驗和飛行職責對飛行員在告警狀態(tài)下響應的影響,也證明了人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和人機交互實驗方法的可用性。駕駛艙告警狀態(tài)下的飛行員響應實驗研究是駕駛艙人機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交互行為都是基于任務發(fā)生的,所以對任務本身,特別是任務復雜度進行分析能夠從理論的角度理解人機交互行為。同時,為了對標準操作程序中預期的人機交互行為進行定量化的評價,本論文建立了飛行任務復雜度tcif(taskcomplexityinflight)方法。飛行任務復雜度tcif方法中包含了四個子復雜度:任務動作邏輯復雜度、任務動作大小復雜度、信息控制交互復雜度以及控制模式復雜度。這四個子復雜度都是與人機交互行為緊密相關的,特別是信息控制交互復雜度和控制模式復雜度。其中,信息控制交互復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復雜度的影響。為了驗證飛行任務復雜度tcif方法的有效性和可用性,選取10名飛行員在11個飛行任務中進行實驗。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荷bedford量表值。實驗結(jié)果表明,飛行任務復雜度tcif方法與心率差值以及bedford量表值都有較好的相關性。最后,本論文提出了人機交互動量hmim(humanmachineinteractivemomentum)方法。該方法從人機交互機理的角度對飛行員、飛機及飛機自動化之間的交互行為進行分解、特征描述以及相關因素分析,定量的描述了飛行員與飛機及飛機自動化系統(tǒng)之間的信息流和控制流的交互。為了驗證人機交互動量hmim方法的有效性,首先討論在一種典型飛機機型下的人工手動進近著陸任務中,人機交互動量hmim方法的特征以及其與飛行績效和主觀工作負荷nasa-tlx方法的關系。其次,利用飛行任務復雜度tcif方法的研究結(jié)果,討論了在11個飛行任務中,人機交互動量hmim方法與飛行任務復雜度tcif方法、心率差值和主觀工作負荷bedford量表值之間的關系。研究結(jié)果表明,人機交互動量hmim方法能夠有效的對駕駛艙人機交互行為進行描述。上述研究工作的開展,對研究民用飛機駕駛艙中人機交互的機理和評價方法提供了重要的實驗依據(jù)和理論基礎。
【關鍵詞】：人機交互 飛行任務復雜度 人機交互動量 工作負荷
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：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 飛行機組的人為差錯20-22
• 1.3 駕駛艙人機交互22-28
• 1.3.1 駕駛艙人機交互與人為差錯22-23
• 1.3.2 人機交互研究現(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 民用飛機駕駛艙人機交互現(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 任務分析及任務復雜度分析方法34-40
• 2.2.1 任務分析34-36
• 2.2.2 任務復雜度分析36-40
• 2.3 工作負荷分析方法40-49
• 2.3.1 工作負荷定義40-41
• 2.3.2 工作負荷測量的意義41-42
• 2.3.3 工作負荷測量方法的要求42-43
• 2.3.4 典型的工作負荷測量方法43-49
• 2.4 本章小結(jié)49-50
• 第三章 民用飛機駕駛艙人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計50-56
• 3.1 人機交互數(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)的可復制性51
• 3.2 人機交互數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構成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 民用飛機駕駛艙人機交互實驗方法研究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 飛行任務復雜度測量方法研究71-94
• 5.1 研究目的71-73
• 5.2 方法73-88
• 5.2.1 熵值計算復雜度方法73-76
• 5.2.2 飛行任務復雜度TCIF方法76-78
• 5.2.3 飛行任務復雜度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 飛行任務復雜度TCIF88
• 5.3.2 飛行任務復雜度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 人機交互動量：一種描述駕駛艙人機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 人機交互動量定義96-100
• 6.2.1 人機交互動量定義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 飛行過程中任務復雜度測量方法研究119-120
• 7.1.2 人機交互動量：一種描述駕駛艙人機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122-131
• 附錄1 桌面式眼動儀SmartEye技術指標131-132
• 附錄2 頭戴式眼動儀Tobbi Glasses技術指標132-135
• 附錄3 生理參數(shù)采集設備BioHarness技術指標135-136
• 致謝136-138
• 攻讀博士學位期間主要研究成果138-140

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