智能化信息系統(tǒng)對(duì)飛行員視覺(jué)搜索特性的影響

譚維, 王文青, 汪磊, 張之洋, 邵鏗睿, 孫源

(1.中國(guó)民航大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院, 天津 300300; 2.民航航空公司人工智能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津 300300)

隨著對(duì)飛行員駕駛安全性和高效性等要求的不斷提高,加快對(duì)駕駛艙內(nèi)系統(tǒng)的升級(jí)已然成為其重要發(fā)展途徑。飛行員在駕駛艙中獲取的信息除了來(lái)自電子儀表系統(tǒng)、操作面板、指示燈等,還包括在特定場(chǎng)景下需要查找的各類(lèi)飛行手冊(cè)上的信息,如性能圖表、航圖、操作程序等。早期按法規(guī)要求必須配備的紙質(zhì)版機(jī)載手冊(cè)質(zhì)量大,使用周期短,修訂程序復(fù)雜,印刷和保存都需要一定的費(fèi)用和空間,并且查找時(shí)間長(zhǎng)、使用效率低?，F(xiàn)代駕駛艙大多使用電子飛行包內(nèi)的電子文檔存儲(chǔ)格式的飛行手冊(cè),電子化手冊(cè)解決了紙質(zhì)版手冊(cè)的一部分問(wèn)題,但查找具體操作程序依舊存在效率低、所需時(shí)間長(zhǎng)、無(wú)法同時(shí)瀏覽不同頁(yè)面等缺點(diǎn)。隨著智能化駕駛技術(shù)的發(fā)展,從電子飛行包升級(jí)到交互系統(tǒng),其工作原理是通過(guò)與飛機(jī)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交聯(lián),自動(dòng)感知場(chǎng)景以便及時(shí)準(zhǔn)確地顯示操作程序和建議等信息,減少飛行員信息搜索的時(shí)間,提高飛行操作效率,保證飛行安全。

交互系統(tǒng)作為智能化駕駛場(chǎng)景的新型手段,其工效學(xué)問(wèn)題考慮不當(dāng)?shù)脑?huà),就會(huì)容易導(dǎo)致飛行差錯(cuò)從而制約飛行安全[1]。視覺(jué)是人類(lèi)獲取外界信息的一個(gè)重要渠道,80%～90%的信息都來(lái)自視覺(jué)通道。在實(shí)際飛行過(guò)程中,飛行員的中樞神經(jīng)和視覺(jué)器官始終處于注意力集中的緊張狀態(tài),同時(shí)還需要不斷進(jìn)行信息的收集、整合、分析、判斷和決策等處理過(guò)程。研究表明[2],信息的接收-分析-處理過(guò)程是引起眼疲勞和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疲勞的主要因素。然而,駕駛艙內(nèi)的大部分信息都是通過(guò)視覺(jué)呈現(xiàn)的,且超過(guò)75%的飛行員錯(cuò)誤都與感知失誤有關(guān)[3]。因此,在進(jìn)行飛機(jī)智能駕駛操作界面及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮飛行員的視覺(jué)認(rèn)知特點(diǎn)[4]。

視覺(jué)搜索是一種復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程,是人類(lèi)獲取外界信息進(jìn)行加工的一種重要方式[5]。目前,視覺(jué)搜索的研究主要集中在閱讀[6-7]、汽車(chē)駕駛[8-10]、界面可用性評(píng)估和設(shè)計(jì)[11-13]等領(lǐng)域。在航空領(lǐng)域也有開(kāi)展相關(guān)研究。范曉麗等[14]研究了飛行員在實(shí)際飛行中監(jiān)視各種儀表信息的視覺(jué)搜索過(guò)程,得出不同水平的時(shí)間壓力和搜索難度對(duì)視覺(jué)搜索績(jī)效水平的影響具有顯著差異;Li等[15]通過(guò)眼動(dòng)跟蹤技術(shù)研究了飛行員在與兩種不同設(shè)計(jì)的機(jī)組警報(bào)系統(tǒng)交互時(shí)的視覺(jué)掃描模式,得出集成設(shè)計(jì)優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì),尤其體現(xiàn)在提供由視覺(jué)行為決定的準(zhǔn)確指令方面;Yu等[16]使用特定的飛行模擬器和便攜式眼動(dòng)跟蹤設(shè)備來(lái)捕獲飛行員在飛行操作期間的視覺(jué)掃描模式,得出將眼動(dòng)跟蹤設(shè)備集成到模擬器中可能是提高飛行員情境意識(shí)訓(xùn)練的一種有效方法,并且通過(guò)對(duì)視覺(jué)掃描模式和信息處理機(jī)制的深入理解,可提高飛行員飛行訓(xùn)練的有效性;陳劍政等[17]研究了不同模擬光環(huán)境下不同視力者視覺(jué)搜索績(jī)效的差異,得出不同光環(huán)境對(duì)視力低于正常者的視覺(jué)搜索績(jī)效存在顯著影響;Lazaro等[18]研究了駕駛艙顯示器中的視覺(jué)復(fù)雜性對(duì)飛行員視覺(jué)搜索時(shí)間和準(zhǔn)確性的影響,結(jié)果表明,視覺(jué)復(fù)雜性的增加導(dǎo)致了視覺(jué)搜索時(shí)間和目標(biāo)檢測(cè)錯(cuò)誤的增加;王燕青等[19]通過(guò)分析正常著陸和單發(fā)失效著陸兩個(gè)模擬場(chǎng)景中飛行學(xué)員搜索信息時(shí)的注視方式及其對(duì)團(tuán)隊(duì)情境意識(shí)和績(jī)效的影響,發(fā)現(xiàn)在正常著陸場(chǎng)景下飛行學(xué)員應(yīng)多關(guān)注駕駛艙外的情境,在單發(fā)失效場(chǎng)景下飛行學(xué)員應(yīng)平均分配對(duì)駕駛艙內(nèi)外景的注意力才能獲得較高的團(tuán)隊(duì)情境意識(shí),進(jìn)而提高著陸績(jī)效。當(dāng)前研究只是利用有限的視覺(jué)參數(shù)進(jìn)行視覺(jué)搜索績(jī)效、掃描模式的研究,而沒(méi)有在接近真實(shí)飛行場(chǎng)景的環(huán)境中通過(guò)實(shí)驗(yàn)深入分析其他視覺(jué)參數(shù)與視覺(jué)搜索特征及績(jī)效間的影響關(guān)系。

因此,現(xiàn)通過(guò)分析眼動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)探究飛行員使用交互系統(tǒng)和電子手冊(cè)處置故障時(shí)的視覺(jué)搜索特征,構(gòu)建視覺(jué)搜索績(jī)效評(píng)估模型探究飛行員視覺(jué)搜索績(jī)效水平,研究信息系統(tǒng)智能化程度的提高在復(fù)雜場(chǎng)景下能對(duì)飛行員工作績(jī)效產(chǎn)生的影響,以期為駕駛艙人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)、優(yōu)化及迭代提供參考,從而提高飛行員的安全操作水平,保證飛行安全。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 被試人員

實(shí)驗(yàn)招募20名航線飛行員作為被試,其中機(jī)長(zhǎng)教員6名,機(jī)長(zhǎng)4名,副駕駛10名,總飛行小時(shí)數(shù)2 000～18 000 h,平均飛行小時(shí)數(shù)(6 771.80±4 297.02) h。所有被試身體健康,無(wú)色盲色弱,視力、聽(tīng)力均正常。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)在A320駕駛艙人機(jī)交互模擬仿真平臺(tái)上進(jìn)行,如圖1所示,能模擬各類(lèi)正常場(chǎng)景和非正常場(chǎng)景下駕駛艙內(nèi)的實(shí)際狀態(tài)。被試在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中需全程佩戴Tobii Pro Glasses 2頭戴式眼動(dòng)儀,以有效追蹤并采集被試視覺(jué)行為數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景及被試實(shí)際操作情況對(duì)眼動(dòng)儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行興趣區(qū)(area of interest,AOI)劃分,最終劃定5個(gè)興趣區(qū)如圖1所示,即主飛行顯示(primary flight display, PFD)、導(dǎo)航顯示(navigation display, ND)、發(fā)動(dòng)機(jī)/警告顯示(engine/warning display, E/WD)、系統(tǒng)顯示(system display,SD)、信息系統(tǒng)(交互系統(tǒng)/電子手冊(cè))。

圖1 A320駕駛艙人機(jī)交互模擬仿真平臺(tái)及AOI劃分Fig.1 A320 cockpit human-computer interaction simulation platform and AOI division

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)中被試分別使用兩種不同智能化等級(jí)的信息系統(tǒng)(交互系統(tǒng)和電子飛行包內(nèi)的以文檔格式存儲(chǔ)的飛行手冊(cè))來(lái)處置單發(fā)失效和襟翼卡阻兩個(gè)復(fù)雜故障場(chǎng)景。具體如下:設(shè)定飛機(jī)從廣州白云機(jī)場(chǎng)02L跑道起飛,離地后在爬升過(guò)程中一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效(無(wú)損傷),被試先執(zhí)行飛機(jī)電子中央監(jiān)控(electronic centralized aircraft monitor,ECAM)操作程序,再執(zhí)行交互系統(tǒng)或電子手冊(cè)上的重新點(diǎn)火程序及操作建議,設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)重新點(diǎn)火成功。在返場(chǎng)的進(jìn)近過(guò)程中,當(dāng)襟翼設(shè)置到形態(tài)2時(shí)設(shè)置襟翼卡阻故障,被試按ECAM顯示保持安全速度,查閱SD提示信息,再執(zhí)行交互系統(tǒng)或電子手冊(cè)上的襟翼卡阻程序并查找相應(yīng)性能數(shù)據(jù),最終帶著故障落地,實(shí)驗(yàn)結(jié)束。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景路線圖Fig.2 Roadmap of the experimental scenario

為消除學(xué)習(xí)效應(yīng),被試按飛行員型別等級(jí)與飛行經(jīng)驗(yàn)平均分配的原則分為兩組,一組10人先使用交互系統(tǒng)處置場(chǎng)景1即單發(fā)失效,再使用電子手冊(cè)處置場(chǎng)景2即襟翼卡阻;另一組10人先使用電子手冊(cè)處置場(chǎng)景1,再使用交互系統(tǒng)處置場(chǎng)景2。

1.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

研究以信息系統(tǒng)類(lèi)別為自變量,以視覺(jué)搜索特性為因變量設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),通過(guò)分析眼動(dòng)數(shù)據(jù)[14-20],從視覺(jué)搜索特征和視覺(jué)搜索績(jī)效水平兩方面來(lái)對(duì)飛行員的視覺(jué)搜索特性展開(kāi)研究。同時(shí),根據(jù)劃定的AOI選取了5個(gè)眼動(dòng)指標(biāo)來(lái)研究飛行員使用交互系統(tǒng)和電子手冊(cè)處置故障時(shí)的視覺(jué)搜索特性[21-28],分別為:注視總持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間占比、注視次數(shù)、注視次數(shù)占比、總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間。

研究選取被試處置故障時(shí)的完整過(guò)程作為研究階段,所有統(tǒng)計(jì)分析均使用SPSS 25.0,P<0.05表示存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗(yàn),符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),反之采用非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法曼-惠特尼U檢驗(yàn)。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)被試在單發(fā)失效和襟翼卡阻兩個(gè)場(chǎng)景下分別使用不同信息系統(tǒng)的眼動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,其結(jié)果如圖3和圖4所示。兩個(gè)故障處理的重點(diǎn)有所差異,可體現(xiàn)飛機(jī)不同故障下飛行員注意力分配的差異。場(chǎng)景1單發(fā)失效需要飛行員關(guān)注飛行參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)變化(信息分布在PFD、ND、E/WD和SD上),同時(shí)還要按照標(biāo)準(zhǔn)操作程序處置(信息分布在E/WD、SD和信息系統(tǒng)上)。場(chǎng)景2襟翼卡阻需要飛行員花大量精力在著陸性能計(jì)算、操作程序閱讀(信息分布在E/WD、SD和信息系統(tǒng)上)和襟翼狀態(tài)參數(shù)獲取上(信息分布在PFD、ND、E/WD和SD上)。

*表示P<0.05;**表示P<0.01

*表示P<0.05;**表示P<0.01

對(duì)場(chǎng)景1單發(fā)失效的AOI眼動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),使用交互系統(tǒng)在PFD的注視總持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間占比、注視次數(shù)、注視次數(shù)占比和總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間均大于使用電子手冊(cè)的,在E/WD、信息系統(tǒng)均小于使用電子手冊(cè)的,在ND、SD大小接近。差異性分析發(fā)現(xiàn),被試在使用不同信息系統(tǒng)處置場(chǎng)景1時(shí),PFD的注視總持續(xù)時(shí)間占比、注視次數(shù)占比差異顯著(P<0.05),E/WD的注視總持續(xù)時(shí)間、總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間差異顯著(P<0.05),信息系統(tǒng)的注視總持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間占比和注視次數(shù)差異顯著(P<0.05),注視次數(shù)占比和總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間差異特別顯著(P<0.01)。

對(duì)場(chǎng)景2襟翼卡阻的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),使用交互系統(tǒng)在PFD的注視總持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間占比、注視次數(shù)和總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間均小于電子手冊(cè),在信息系統(tǒng)的注視總持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間占比、注視次數(shù)、注視次數(shù)占比和總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間均小于電子手冊(cè),在E/WD的注視總持續(xù)時(shí)間占比和注視次數(shù)占比均大于電子手冊(cè),其他AOI大小接近。差異性分析發(fā)現(xiàn),被試在使用不同信息系統(tǒng)處置場(chǎng)景2時(shí),SD的注視總持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間占比、注視次數(shù)、注視次數(shù)占比和總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間差異顯著(P<0.05),信息系統(tǒng)的注視總持續(xù)時(shí)間占比和注視次數(shù)占比差異顯著(P<0.05),注視總持續(xù)時(shí)間、注視次數(shù)和總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間差異特別顯著(P<0.01)。

2.2 視覺(jué)搜索績(jī)效分析

研究表明[18,29-31],視覺(jué)搜索績(jī)效主要通過(guò)視覺(jué)搜索所花費(fèi)的時(shí)間和搜索準(zhǔn)確度來(lái)量化反映。根據(jù)飛行員執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)對(duì)速度和效率的高要求,對(duì)飛行員視覺(jué)搜索績(jī)效研究主要從搜索速度和搜索效率兩方面展開(kāi)分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)采集的眼動(dòng)數(shù)據(jù)確定視覺(jué)搜索績(jī)效評(píng)估指標(biāo),并建立視覺(jué)搜索績(jī)效評(píng)估模型[32],確定了用搜索速度(用S表示)和搜索效率(用A表示)來(lái)表征飛行員視覺(jué)搜索績(jī)效水平。

注視總持續(xù)時(shí)間(用D表示)可以反映人認(rèn)知過(guò)程的困難程度,即數(shù)值越大表示被試確認(rèn)目標(biāo)的時(shí)間越長(zhǎng),認(rèn)知越困難,因此,將搜索速度S定義為某個(gè)興趣區(qū)注視總持續(xù)時(shí)間的倒數(shù)[33],表達(dá)式為

S=D-1

(1)

由式(1)可知,被試認(rèn)知越困難,注視總持續(xù)時(shí)間D越長(zhǎng),視覺(jué)搜索速度S越小。

被試在進(jìn)行目標(biāo)搜索的過(guò)程中,若對(duì)當(dāng)前注視點(diǎn)的信息獲取不足則會(huì)重返上一個(gè)注視點(diǎn)來(lái)重新獲取信息,這種行為被稱(chēng)為回溯注視。這些回溯注視點(diǎn)的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間(用V表示)大于注視總持續(xù)時(shí)間,且隨著回溯注視點(diǎn)的增多,總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間增多[22]。因此,將搜索效率A定義為某個(gè)興趣區(qū)總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間V與注視總持續(xù)時(shí)間D的比值[32],表達(dá)式為

(2)

由式(2)可知,當(dāng)A>1時(shí),有回溯現(xiàn)象發(fā)生,且A越大,表明視覺(jué)搜索效率越低。

對(duì)實(shí)驗(yàn)采集的眼動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、計(jì)算,可得被試在單發(fā)失效、襟翼卡阻兩個(gè)場(chǎng)景下分別使用交互系統(tǒng)和電子手冊(cè)的視覺(jué)搜索績(jī)效評(píng)估模型的評(píng)價(jià)結(jié)果如圖5和圖6所示。

圖5 單發(fā)失效下的視覺(jué)搜索績(jī)效結(jié)果Fig.5 Visual search performance results under engine failure

圖6 襟翼卡阻下的視覺(jué)搜索績(jī)效結(jié)果Fig.6 Visual search performance results under flap locked

可以看出,單發(fā)失效下,在E/WD、SD和信息系統(tǒng)3個(gè)AOI上,使用交互系統(tǒng)的搜索速度大于電子手冊(cè),在PFD和ND上,使用交互系統(tǒng)的搜索速度小于電子手冊(cè)。

單發(fā)失效下,在5個(gè)AOI上,使用交互系統(tǒng)的搜索效率均高于電子手冊(cè),且在PFD處最高。

襟翼卡阻下,在5個(gè)AOI上,使用交互系統(tǒng)的搜索速度均大于電子手冊(cè),且在ND處最大。

襟翼卡阻下,除在信息系統(tǒng)這個(gè)AOI上,使用交互系統(tǒng)的搜索效率低于電子手冊(cè),其他4個(gè)AOI的搜索效率均高于電子手冊(cè),且在SD處最高。

2.3 討論

通過(guò)對(duì)比分析眼動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)探究飛行員使用交互系統(tǒng)和電子手冊(cè)在處置單發(fā)失效和襟翼卡阻時(shí)的視覺(jué)搜索特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明飛行員使用不同信息系統(tǒng)處置故障時(shí)的視覺(jué)搜索特性存在顯著差異,具體表現(xiàn)為:使用交互系統(tǒng)有效減少了飛行員處置單發(fā)失效時(shí)在E/WD(判斷故障與系統(tǒng)狀態(tài))、處置襟翼卡阻時(shí)在SD(執(zhí)行帶故障的進(jìn)近操作程序)及處置兩種故障時(shí)在信息系統(tǒng)(執(zhí)行故障處置程序)的注視總持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間占比、注視次數(shù)、注視次數(shù)占比和總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間。使用交互系統(tǒng)對(duì)飛行員處置單發(fā)失效時(shí)對(duì)信息系統(tǒng)的注視總持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間占比和注視次數(shù)影響顯著(P<0.05),對(duì)總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間和注視次數(shù)占比影響特別顯著(P<0.01);在處置襟翼卡阻時(shí)對(duì)信息系統(tǒng)的注視總持續(xù)時(shí)間占比和注視次數(shù)占比影響顯著(P<0.05),對(duì)總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間和注視次數(shù)影響特別顯著(P<0.01)。結(jié)果還發(fā)現(xiàn)使用電子手冊(cè)處置故障在信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)差較大,且比使用交互系統(tǒng)的大。一方面,因?yàn)槭褂秒娮邮謨?cè)處置故障需要飛行員在執(zhí)行程序的同時(shí)對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行判斷,再做出相應(yīng)決策,缺少了交互系統(tǒng)的智能決策功能;另一方面,由于不同飛行員的決策水平與思考時(shí)間有所差異,飛行員注視電子手冊(cè)的時(shí)間反映了他們的決策時(shí)間,故飛行員使用電子手冊(cè)處置故障在信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)差偏大。

Kotval等[21]研究指出注視持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短可以反映提取信息的難度,注視點(diǎn)的數(shù)量可以反映AOI的重要性。Hornof等[23]發(fā)現(xiàn),注視次數(shù)、注視持續(xù)時(shí)間不僅能夠反映視覺(jué)搜索效率,還能夠有效反映視覺(jué)搜索策略,即采取更系統(tǒng)的視覺(jué)搜索模式需要更少的重訪次數(shù)和注視時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)使用兩種信息系統(tǒng)在復(fù)雜飛行場(chǎng)景中的注視總持續(xù)時(shí)間和注視次數(shù)均在信息系統(tǒng)最大,其次是E/WD,這表明信息系統(tǒng)和E/WD上的信息是飛行員處置故障的重要信息來(lái)源,與實(shí)際情況相一致。結(jié)果表明,使用交互系統(tǒng)能夠有效降低飛行員搜索和提取信息的難度,提高視覺(jué)搜索效率,同時(shí)還促使飛行員采取更系統(tǒng)的視覺(jué)搜索策略,有利于快速處置故障,保證飛行安全。

不同的故障屬性及飛行情境決定了飛行員的視覺(jué)搜索特征。在場(chǎng)景1單發(fā)失效中,使用交互系統(tǒng)在PFD(顯示主要飛行參數(shù))、ND(顯示導(dǎo)航信息)處的注視總持續(xù)時(shí)間、注視總持續(xù)時(shí)間占比、注視次數(shù)、注視次數(shù)占比和總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間均大于電子手冊(cè);在場(chǎng)景2襟翼卡阻中,使用交互系統(tǒng)在E/WD(警告信息及排故程序)的注視總持續(xù)時(shí)間占比、注視次數(shù)占比均大于電子手冊(cè)。在故障處置過(guò)程中,提示信息量的增加會(huì)降低飛行員的搜索績(jī)效,如使用交互系統(tǒng)處置單發(fā)失效時(shí)在PFD和ND處的搜索速度,處置襟翼卡阻時(shí)在信息系統(tǒng)的搜索效率均小于電子手冊(cè)。結(jié)合實(shí)際情況分析,單發(fā)失效發(fā)生在起飛后爬升階段,飛行員主要從PFD獲取相關(guān)飛行參數(shù)以保證關(guān)鍵階段飛行操縱的穩(wěn)定性;襟翼卡阻發(fā)生在進(jìn)近階段,飛行員需要從E/WD上獲取故障信息及進(jìn)近性能數(shù)據(jù),從而執(zhí)行操作程序與著陸評(píng)估,保證飛行安全。

研究還基于眼動(dòng)數(shù)據(jù)建立了視覺(jué)搜索績(jī)效評(píng)估模型,該模型指出使用交互系統(tǒng)能夠有效提高被試處置故障的視覺(jué)搜索績(jī)效水平?；诖私Y(jié)論并結(jié)合Beck等[34]、Moacdieh等[35]在駕駛艙顯示界面視覺(jué)復(fù)雜性方面的研究,發(fā)現(xiàn)視覺(jué)復(fù)雜性越高導(dǎo)致搜索時(shí)間越長(zhǎng)和錯(cuò)誤率越高。而使用交互系統(tǒng)能有效提高視覺(jué)搜索速度和效率,即交互系統(tǒng)能有效提高視覺(jué)搜索績(jī)效水平,降低駕駛艙顯示系統(tǒng)的視覺(jué)復(fù)雜性,幫助被試快速找到目標(biāo)信息并處置故障,保證飛行安全。

3 結(jié)論

(1) 使用交互系統(tǒng)顯著減少了飛行員在處置單發(fā)失效時(shí)E/WD、襟翼卡阻時(shí)SD以及在處置兩個(gè)故障時(shí)信息系統(tǒng)的注視總持續(xù)時(shí)間和總訪問(wèn)持續(xù)時(shí)間。

(2) 使用交互系統(tǒng)能夠縮短飛行員決策和判斷的時(shí)間;起飛后單發(fā)失效場(chǎng)景下飛行員在E/WD、SD和信息系統(tǒng)3個(gè)AOI上,使用交互系統(tǒng)的搜索速度大于電子手冊(cè),在PFD和ND上使用交互系統(tǒng)的搜索速度小于電子手冊(cè)。進(jìn)近過(guò)程中襟翼卡阻場(chǎng)景下飛行員在5個(gè)AOI上使用交互系統(tǒng)的搜索速度均大于電子手冊(cè),且在ND處最大。

(3) 使用交互系統(tǒng)能有效提高飛行員在處置單發(fā)失效和襟翼卡阻故障時(shí)的視覺(jué)搜索效率。起飛后單發(fā)失效場(chǎng)景下飛行員在5個(gè)AOI上,使用交互系統(tǒng)的搜索效率均高于電子手冊(cè),且在PFD處最高。進(jìn)近過(guò)程中襟翼卡阻場(chǎng)景下,除在信息系統(tǒng)這個(gè)AOI上,使用交互系統(tǒng)的搜索效率低于電子手冊(cè),其他4個(gè)AOI的搜索效率均高于電子手冊(cè),且在SD處最高。

(4) 研究結(jié)果表明信息系統(tǒng)智能化程度的提高在復(fù)雜場(chǎng)景下能對(duì)飛行員工作績(jī)效產(chǎn)生正效應(yīng),可為駕駛艙人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)、優(yōu)化及迭代提供理論參考,保證飛行安全。