CN109145485B - 一种人机工效测试方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种人机工效测试方法，包括：获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的测量和仿真数据；将测量和仿真数据按照预定时长划分得到多组飞行人因单元初始数据；基于每组飞行人因单元初始数据，通过人机工效计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据；将多组人机工效结果数据根据预设场景约束分类，得到预设显控布局参数及预设场景约束下飞行员操作的人机工效结果数据集；对人机工效结果数据集进行加权平均得到人机工效结果统计值，该人机工效结果统计值即为预设显控布局参数及预设场景约束下的人机工效测试数据。本申请可更直观的获取人机工效结果统计值与驾驶舱显示控制布局参数变化的相互关系，同时方便驾驶舱显示控制布局设计的迅速迭代与优化设计。

Description

一种人机工效测试方法及系统

技术领域

本申请涉及飞行安全技术领域，尤其涉及一种人机工效测试方法及系统。

背景技术

人为因素是影响飞行器运行效果与飞行安全的重要因素，而驾驶舱是飞行员进行飞行操作的主要工作环境。中国民航规章在多处条例中规范了驾驶舱对人为因素的影响，要求“驾驶舱及其设备”必须为飞行器操纵者提供“足够宽阔、清晰和不失真的视界”(CCAR25.773),必须保证“操作方便并防止混淆和误动”(CCAR25.777-779-781)，以实现机组在执行职责时“不致过分专注或疲劳”(CCAR25.771)。从宏观上划分，人为因素可分为生理人因(包括人体工学、环境人因等)与认知人因两大部分。

在利用人体工学原理获得了驾驶舱初始布局后，其距离最终的商用布局还有一段很长了迭代周期与步骤，即不断的将最新版本的布局结构应用在飞行仿真驾驶舱或者真机上，以人机工效测试评估结果(或称认知人因)为依据不断进行布局调整。人机工效测试的主要内容是工作负荷测量，其主要包括三大类测量方法：

主观评价法：利用操作者在任务过程中的切身感受对任务难度、压力及努力程度等被测项进行量化，典型的量化评价表包括一维评价量表(如改进的Cooper Harper量表、Bedford量表等)和多维评价量表(如SWAT量表、NASA-TLX量表和Workload ProfileTechnique量表等)；

绩效测量法：利用工作负荷对任务绩效的影响，可以利用主任务绩效测量法和次任务绩效测量法等，通过最终绩效反推工作负荷程度；

生理测量法：利用神经系统在面对认知需求和环境变化时的相关应激反应所表征出来的生理信号波动，作为工作负荷的评价输入信号。

在建立了利用工作负荷情况进行人机工效测试的体系后，驾驶舱将进入“提出-实施-测试-优化-再提出”的迭代周期，直至迭代结果满足相关适用性与经济性目标后，才能进入商用领域。

现有技术中的人机工效测试方法仅仅只能进行条例的有效性判断，其结果往往仅能通过专家讨论分析才能得出系统性优化方案，对驾驶舱显示控制布局参数无法直观给出简单易懂的修改建议。

发明内容

(一)发明目的

本申请的目的是提供一种人机工效测试方法及系统，通过获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的数据，进行一系列的处理，得到人机工效结果统计值即预设显控布局参数下的人机工效测试数据，由此可获得人机工效测试结果需求变化对于驾驶舱显控布局参数的调整要求，进而实现驾驶舱显控布局参数的迭代优化，解决了现有技术中的人机工效测试方法对驾驶舱显控布局参数无法直观给出简单易懂的修改建议的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本申请的第一方面提供了一种人机工效测试方法，包括：获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的测量和仿真数据；将所述测量和仿真数据按照预定时长划分得到多组飞行人因单元初始数据；基于每组所述飞行人因单元初始数据，通过计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据；将多组所述人机工效结果数据按预设场景约束分类，得到所述预设显控布局参数及预设场景约束下飞行员操作的人机工效结果数据集；对所述人机工效结果数据集进行加权平均得到人机工效结果统计值，该人机工效结果统计值即为所述预设显控布局参数及预设场景约束下的人机工效测试数据。本申请提供的人机工效测试方法，可以更直观的获取人机工效结果统计值与显控布局变化的相互关系，同时方便显控布局设计的迅速迭代与优化设计。

进一步，所述基于每组所述飞行人因单元数据，通过计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据的步骤包括：基于每组所述飞行人因单元数据，计算得到飞行人因单元过程数据；基于每组所述飞行人因单元过程数据，通过人机工效计算，得到飞行人因单元目标数据；基于每组所述飞行人因单元目标数据，进行相关性计算，得到飞行人因单元的人机工效结果数据。

进一步，所述飞行人因单元初始数据包括眼部信号、手部信号、生理信号、肢体信号、操控信号和飞行信号；所述飞行人因单元过程数据包括操作反应时间、操作完成时间和操作偏差。

进一步，所述基于每组所述飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据的步骤包括：基于所述眼部信号、手部信号和生理信号，计算得到操作反应时间；基于所述手部信号、肢体信号和操控信号，计算得到操作完成时间；基于所述操控信号和飞行信号，计算得到的操作偏差。

进一步，所述飞行人因单元目标数据包括认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果。

进一步，每组所述飞行人因单元的人机工效结果数据用一个测评八边形表示，所述测评八边形包括四个极和四个极之间的维度；所述四个极分别表示认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果；所述四个极之间的维度分别表示认-工相关性、控-工相关性、控-绩相关性和认-绩相关性。

进一步，所述预设场景约束为：飞行阶段、飞行事件或飞行流程中的任意一种。

根据本申请的另一个方面，提供了一种人机工效测试系统，用于上述所述的方法，包括：获取模块，用于获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的测量和仿真数据，并将所述测量和仿真数据按照预定时长划分得到多组飞行人因单元初始数据；第一计算模块，用于基于每组所述飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据；分类模块，用于将多组所述人机工效结果数据按预设场景约束分类，得到预设显控布局参数及预设场景约束下飞行员操作的人机工效结果数据集；第二计算模块，用于对所述人机工效结果数据集进行加权平均得到人机工效结果统计值，该人机工效结果统计值即为预设显控布局参数及预设场景约束下的人机工效测试数据。

进一步，所述第一计算模块包括：第一计算单元，用于基于每组所述飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据；第二计算单元，用于基于每组所述飞行人因单元过程数据，通过人机工效计算，得到飞行人因单元目标数据；第三计算单元，用于基于每组所述飞行人因单元目标数据，进行相关性计算，得到飞行人因单元人机工效结果数据。

进一步，所述飞行人因单元初始数据包括眼部信号、手部信号、生理信号、肢体信号、操控信号和飞行信号；所述飞行人因单元过程数据包括操作反应时间、操作完成时间和操作偏差。

进一步，所述第一计算单元包括：第一计算子单元，用于基于所述眼部信号、手部信号和生理信号，计算得到操作反应时间；第二计算子单元，用于基于所述手部信号、肢体信号和操控信号，计算得到操作完成时间；第三计算子单元，用于基于所述操控信号和飞行信号，计算得到操作偏差。

进一步，所述飞行人因单元目标数据包括认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果。

进一步，每组所述飞行人因单元的人机工效结果数据可以用一个测评八边形表示，所述测评八边形包括四个极和四个极之间的维度；所述四个极分别表示认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果；所述四个极之间的维度分别表示认-工相关性、控-工相关性、控-绩相关性和认-绩相关性。

进一步，所述预设场景约束为：飞行阶段、飞行事件或飞行流程中的任意一种。

(三)有益效果

本申请的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本申请提供的一种人机工效测试方法，通过获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的测量和仿真数据，进行一系列的处理，得到人机工效结果统计值即预设显控布局参数下的人机工效测试数据，由此可获得人机工效测试结果需求变化对于驾驶舱显控布局参数的调整要求，进而实现驾驶舱显控布局参数的迭代优化，解决了现有技术中的人机工效测试方法对驾驶舱显控布局参数无法直观给出简单易懂的修改建议的技术问题。本申请的人机工效测试方法和人机工效测试系统，可以更直观的获取人机工效结果统计值与显控布局参数变化的相互关系，同时方便显控布局设计的迅速迭代与优化设计。

附图说明

图1是本申请实施例一提供的飞行过程仿真示意图；

图2是本申请实施例一提供的人机工效测试方法的方法流程图；

图3是本申请实施例一提供的基于每组飞行人因单元初始数据，通过计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据的方法流程图；

图4是本申请实施例一提供的基于每组飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据的方法流程图；

图5是本申请实施例二提供的人机工效测试系统组成图；

图6是本申请实施例二提供的第一计算模块的组成示意图；

图7是本申请实施例二提供的第一计算单元的组成示意图。

附图标记：

1、获取模块，2、第一计算模块，21、第一计算单元，211、第一计算子单元，212、第二计算子单元，213、第三计算子单元，22、第二计算单元，23、第三计算单元，3、分类模块，4、第二计算模块。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本申请进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。

在以下实施例中，“显控布局”具体是指“驾驶舱显示控制布局”，“显控布局参数”具体是指“驾驶舱显示控制布局结构参数”。

实施例一

图1是本申请实施例一提供的飞行过程仿真示意图。

图2是本申请实施例一提供的人机工效测试方法的方法流程图。

请参照图1和图2，本申请实施例一提供一种人机工效测试方法，其根据预定时长内的被测信号，进行人机工效计算得到描述人机工效的四个要素，分别为认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果，再对认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果进行相关性计算，得到预定时长内的人机工效测试数据。

本实施例提供的人机工效测试方法包括：

S1，获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的测量和仿真数据。

S2，将测量和仿真数据按照预定时长划分得到多组飞行人因单元初始数据。

其中，飞行人因单元初始数据包括眼部信号、手部信号、生理信号、肢体信号、操控信号和飞行信号。

可选的，预定时长为1分钟，在人机工效测试中，将测量和仿真数据按时间分片，以“分钟”为单元记为多个“飞行人因单元”，得到多组飞行人因单元初始数据，但本申请不以此为限制，预定时长也可以为其他时间长度。

S3，基于每组飞行人因单元初始数据，通过计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据。

S4，将多组人机工效结果数据按预设场景约束分类，得到预设显控布局参数及预设场景约束下飞行员操作的人机工效结果数据集。

其中，预设场景约束为飞行阶段、飞行事件或飞行流程中的任意一种。

可选的，预设场景约束为飞行阶段，即按飞行阶段划分飞行人因单元，其中，飞行阶段包括：起飞前、起飞、爬升、巡航、下降、进近、降落和场面引导。

可选的，预设场景约束为飞行事件。

可选的，预设场景约束为飞行流程。

依据飞行阶段、飞行事件或飞行流程将“飞行人因单元”分类，便可得到特定显控布局下相应飞行阶段、飞行事件或飞行流程中飞行员操作的人机工效结果数据集。S5，对人机工效结果数据集进行加权平均得到人机工效结果统计值，该人机工效结果统计值即为预设显控布局参数及预设场景约束下的人机工效测试数据。

具体的，依据人机工效结果数据集，利用加权平均方法，可以获得预设显控布局下任意飞行阶段、飞行事件或飞行流程中人机工效结果统计值即人机工效测试数据。

图3是本申请实施例一提供的基于每组飞行人因单元初始数据，通过计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据的方法流程图。

请参照图2和图3，步骤S3基于每组飞行人因单元初始数据，通过计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据的步骤包括：

S31，基于每组飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据。

其中，飞行人因单元过程数据包括操作反应时间、操作完成时间和操作偏差。

S32，基于每组飞行人因单元过程数据，通过人机工效计算，得到飞行人因单元目标数据。

其中，飞行人因单元目标数据包括认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果。此处，认知反应用于描述飞行员的认知速度与效率；工作负荷用于描述飞行员的紧张程度；控制活动用于描述飞行员的控制操作；绩效结果用于描述飞行代价与操作效率。

S33，基于每组飞行人因单元目标数据，进行相关性计算，得到飞行人因单元的人机工效结果数据。

每组飞行人因单元的人机工效结果数据用一个测评八边形表示，测评八边形包括四个极和四个极之间的维度；四个极分别表示认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果；四个极之间的维度用于描述四极间的数据相关性，分别表示认-工相关性、控-工相关性、控-绩相关性和认-绩相关性。任意驾驶舱显示控制布局下的一个完整飞行过程中人机工效的表现可视为一系列八边形的连续串接。

图4是本申请实施例一提供的基于每组飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据的方法流程图。

请参照图3、图4，步骤S31基于每组飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据的步骤包括：

S311，基于眼部信号、手部信号和生理信号，计算得到操作反应时间。

其中，操作反应时间为从事件发生到飞行员开始操作响应的时间间隔。

S312，基于手部信号、肢体信号和操控信号，计算得到操作完成时间。

其中，操作完成时间为飞行员完成一套飞行操作的时间。

S313，基于操控信号和飞行信号，计算得到的操作偏差。

其中，操作偏差为实际操作与典型操作之间的差异或错误。

在本实施例中,眼部信号、手部信号、生理信号、肢体信号、操控信号和飞行信号的具体内容如下:

眼部信号包括：注视时间、眨眼间隔、扫视频率、瞳孔直径。

手部信号包括：指尖轨迹、按压时间。

生理信号包括：心率、呼吸频率、呼吸幅度、肌电信号。

肢体信号包括：手臂轨迹、身形姿态和头部运动。

操控信号包括：手柄输出、触控屏按压信号。

飞行信号包括：飞行计划、真实轨迹、发动机推力、燃油消耗、仪表信息、场景信息和空-地语音信号。

在本实施例中，预设显控布局参数是根据人机工效结果统计值需求(如规定起飞阶段人机工效测试八面体的数值范围与期望)设定的显控布局参数，并对显控布局进行调整，以得到与预设显控布局参数对应的显控布局，并基于该显控布局进行飞行过程仿真。显控布局参数包括驾驶舱布局数据和仪表布局数据。其中，驾驶舱布局数据包括前仪表板俯仰角、顶板高度纵摆与俯仰角、中控台高度与俯仰角、双侧面板位置、座椅高度与纵摆值，仪表布局数据包括各仪表在各屏幕的相对坐标。

在本实施例中，人机工效结果统计值是与预设显控布局参数相对应的一组度量指标，用于评价预设显控布局参数在人机工效方面的优异程度，可以更直观的获取人机工效结果统计值与显控布局参数变化的相互关系，同时方便显控布局设计的迅速迭代与优化设计。

实施例二

图5是本申请实施例二提供的人机工效测试系统组成图。

请参照图5，本实施例提供一种人机工效测试系统，包括：获取模块1、第一计算模块2、分类模块3和第二计算模块4。

获取模块1，用于获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的测量和仿真数据，将测量和仿真数据按照预定时长划分得到多组飞行人因单元初始数据。

第一计算模块2，用于基于每组飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元人机工效结果数据。

其中，飞行人因单元初始数据包括眼部信号、手部信号、生理信号、肢体信号、操控信号和飞行信号。

分类模块3，用于将多组人机工效结果数据按预设场景约束分类，得到预设显控布局参数及预设场景约束下飞行员操作的人机工效结果数据集。

第二计算模块4，用于对人机工效结果数据集进行加权平均得到人机工效结果统计值，该人机工效结果统计值即为预设显控布局参数及预设场景约束下的人机工效测试数据。

其中，预设场景约束为飞行阶段、飞行事件或飞行流程中的任意一种。

可选的，预设场景约束为飞行阶段，即按飞行阶段划分飞行人因单元，其中，飞行阶段包括：起飞前、起飞、爬升、巡航、下降、进近、降落和场面引导。

可选的，预设场景约束为飞行事件。

可选的，预设场景约束为飞行流程。

图6是本申请实施例二提供的第一计算模块的组成示意图。请参照图6，在本实施例中，第一计算模块2包括：第一计算单元21、第二计算单元22和第三计算单元23。

第一计算单元21，用于基于每组飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据。

其中，飞行人因单元过程数据包括操作反应时间、操作完成时间和操作偏差。

第二计算单元22，用于基于每组飞行人因单元过程数据，通过人机工效计算，得到一个飞行人因单元目标数据。

其中，飞行人因单元目标数据包括认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果。具体的，认知反应用于描述飞行员的认知速度与效率；工作负荷用于描述飞行员的紧张程度；控制活动用于描述飞行员的控制操作；绩效结果用于描述飞行代价与操作效率。

第三计算单元23，用于基于每组飞行人因单元目标数据，进行相关性计算，得到飞行人因单元人机工效结果数据。

每组飞行人因单元的人机工效结果数据用一个测评八边形表示，测评八边形包括四个极和四个极之间的维度；四个极分别表示认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果；四个极之间的维度用于描述四极间的数据相关性，分别表示认-工相关性、控-工相关性、控-绩相关性和认-绩相关性。任意驾驶舱显示控制布局下的一个完整飞行过程中人机工效的表现可视为一系列八边形的连续串接。

图7是本申请实施例二提供的第一计算单元的组成示意图。

请参照图7，在本实施例中，第一计算单元21包括：第一计算子单元211、第二计算子单元212和第三计算子单元213。

第一计算子单元211，用于基于眼部信号、手部信号和生理信号，计算得到操作反应时间。

第二计算子单元212，用于基于手部信号、肢体信号和操控信号，计算得到操作完成时间。

第三计算子单元213，用于基于操控信号和飞行信号，计算得到操作偏差。

在本实施例中，眼部信号、手部信号、生理信号、肢体信号、操控信号和飞行信号的具体内容如下:

眼部信号包括：注视时间、眨眼间隔、扫视频率、瞳孔直径。

手部信号包括：指尖轨迹、按压时间。

生理信号包括：心率、呼吸频率、呼吸幅度、肌电信号。

肢体信号包括：手臂轨迹、身形姿态和头部运动。

操控信号包括：手柄输出、触控屏按压信号。

飞行信号包括：飞行计划、真实轨迹、发动机推力、燃油消耗、仪表信息、场景信息和空-地语音信号。

本申请旨在保护一种人机工效测试方法及系统，通过获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的测量和仿真数据，进行一系列的处理，得到人机工效结果统计值即预设显控布局参数下的人机工效测试数据，由此可获得人机工效测试结果需求变化对于驾驶舱显控布局参数的调整要求，进而实现驾驶舱显控布局参数的迭代优化，解决了现有技术中的人机工效测试方法对驾驶舱显控布局参数无法直观给出简单易懂的修改建议的技术问题。本申请的人机工效测试方法和人机工效测试系统，可以更直观的获取人机工效结果统计值与显控布局参数变化的相互关系，同时方便显控布局设计的迅速迭代与优化设计。

应当理解的是，本申请的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本申请的原理，而不构成对本申请的限制。因此，在不偏离本申请的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。此外，本申请所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (7)

1.一种人机工效测试方法，其特征在于，包括：

获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的测量和仿真数据；

将所述测量和仿真数据按照预定时长划分得到多组飞行人因单元初始数据；所述飞行人因单元初始数据包括眼部信号、手部信号、生理信号、肢体信号、操控信号和飞行信号；

基于每组所述飞行人因单元初始数据，通过计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据；基于每组所述飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据；基于每组所述飞行人因单元过程数据，通过人机工效计算，得到飞行人因单元目标数据；

所述基于每组所述飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据的步骤包括：基于所述眼部信号、手部信号和生理信号，计算得到操作反应时间；基于所述手部信号、肢体信号和操控信号，计算得到操作完成时间；基于所述操控信号和飞行信号，计算得到的操作偏差；

将多组所述人机工效结果数据按预设场景约束分类，得到所述预设显控布局参数及预设场景约束下飞行员操作的人机工效结果数据集；

对所述人机工效结果数据集进行加权平均得到人机工效结果统计值，该人机工效结果统计值即为所述预设显控布局参数及预设场景约束下的人机工效测试数据。

2.根据权利要求1所述的人机工效测试方法，其特征在于，所述基于每组所述飞行人因单元初始数据，通过计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据的步骤包括：

基于每组所述飞行人因单元目标数据，进行相关性计算，得到飞行人因单元的人机工效结果数据。

3.根据权利要求2所述的人机工效测试方法，其特征在于，

所述飞行人因单元目标数据包括认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果。

4.根据权利要求3所述的人机工效测试方法，其特征在于，

每组所述飞行人因单元的人机工效结果数据用一个测评八边形表示，所述测评八边形包括四个极和四个极之间的维度；

所述四个极分别表示认知反应、工作负荷、控制活动和绩效结果；

所述四个极之间的维度分别表示认-工相关性、控-工相关性、控-绩相关性和认-绩相关性。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的人机工效测试方法，其特征在于，

所述预设场景约束为：飞行阶段、飞行事件或飞行流程中的任意一种。

6.一种人机工效测试系统，用于权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，包括：

获取模块(1)，用于获取基于预设显控布局参数仿真飞行过程中的测量和仿真数据，并将所述测量和仿真数据按照预定时长划分得到多组飞行人因单元初始数据；所述飞行人因单元初始数据包括眼部信号、手部信号、生理信号、肢体信号、操控信号和飞行信号；

第一计算模块(2)，用于基于每组所述飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元的人机工效结果数据；

分类模块(3)，用于将多组所述人机工效结果数据按预设场景约束分类，得到预设显控布局参数及预设场景约束下飞行员操作的人机工效结果数据集；

第二计算模块(4)，用于对所述人机工效结果数据集进行加权平均得到人机工效结果统计值，该人机工效结果统计值即为预设显控布局参数及预设场景约束下的人机工效测试数据；

所述第一计算模块(2)包括：

第一计算单元(21)，用于基于每组所述飞行人因单元初始数据，计算得到飞行人因单元过程数据；

第二计算单元(22)，用于基于每组所述飞行人因单元过程数据，通过人机工效计算，得到飞行人因单元目标数据；

第三计算单元(23)，用于基于每组所述飞行人因单元目标数据，进行相关性计算，得到飞行人因单元人机工效结果数据。

7.根据权利要求6所述的人机工效测试系统，其特征在于，所述第一计算模块(2)还包括：

第三计算单元(23)，用于基于每组所述飞行人因单元目标数据，进行相关性计算，得到飞行人因单元人机工效结果数据。