CN109165457B - 一种显控布局验证与优化方法及平台 - Google Patents

Abstract

一种显控布局验证与优化方法，包括：基于多组样本显控布局参数，分别利用人机工效测试方法，得到多组样本统计值；建立样本显控布局参数与样本统计值的初始函数；基于对标显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到对标统计值；将对标统计值代入初始函数，得到理论显控布局参数；基于理论显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到理论统计值；验证理论统计值是否优于或等于对标统计值；若是，则将理论显控布局参数作为优化显控布局参数，并输出；若否，则基于理论显控布局参数和理论统计值对初始函数进行调整以得到优化函数；将优化函数代替初始函数，返回步骤S4。本申请的方法实现了显控布局设计的迅速迭代与优化设计。

Description

一种显控布局验证与优化方法及平台

技术领域

本申请涉及航空电子系统技术领域，尤其涉及一种显控布局验证与优化方法及平台。

背景技术

驾驶舱是飞行员进行飞行操作的主要工作环境，同时也是飞行员与飞机进行人机交互的主要场所。驾驶舱设计成果将直接影响飞行员操作舒适性，并进一步影响驾驶安全性与可靠性。当代主流民航驾驶舱内部功能模块包括但不限于：航电显示控制系统(部分集成有电子飞行包)、多电控制与操纵负荷系统、断路与防火装置等，其中显示控制系统是驾驶舱的主要功能设备，是飞行员获取飞行器运行数据、掌握飞行器态势并进行相应反馈的主要媒介。显示控制系统的布局结构、显示方案与控制方式深刻地影响着飞行员获取飞行信息的姿态、飞行操控的动作与人机交互的效率，其设计与调整进程是驾驶舱设计工作的主要内容。

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”,必须保证“操作方便并防止混淆和误动”，以实现机组在执行职责时“不致过分专注或疲劳”。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。

驾驶舱显示控制系统是驾驶舱的主要功能设备，是飞行员获取飞行状态和飞行信息的首要渠道。显示控制系统的布局结构、显示方案与控制方式影响着飞行过程中飞行员对飞行信息的专注程度与飞行操作疲劳程度，而其影响程度的度量值通常由人机工效测试给出。在仪表显示界面布置方面，其一般遵循一定的设计准则：

1.重要性准则：重要的显示内容与按键需要位于易于观察的视觉区域；

2.使用顺序准则：对于被用于同一飞行操作流程的控制器或显示器，其在物理上也应按同一的顺序进行排列布置；

3.使用频率准则：按键或显示界面的使用/扫视频率应与操作区/可视区的优越性成正比；

4.兼容性准则：功能相同或相关的控制/显示项目应置于同一操作区/可视区，以方便使用者明了其相互关联。

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：

1.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)；

2.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；

3.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评的体系后，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。

在驾驶舱布局优化设计，尤其是显控系统布局优化设计中，类飞行模拟器设备的应用可以有效的加快布局方案的验证与调整。飞行模拟器的主要用途在于驾驶舱内的操作训练，其内部陈设是以真实飞行器为模板进行复现的，其显示内容是以与真实飞行状态一致为标准。

民用飞机驾驶舱通过长期的历史积累和技术革新，形成了一套有效的设计流程与相关约束条件(尤其是FAR25中关于动态人为因素影响的1302条款)，但针对显示控制系统布局优化方面，存在以下技术问题：

1、在传统布局优化流程中，在利用(认知)人为因素测评进行人机工效测试时，单次测试中显控系统的硬件空间布局往往是固定的，其调整与修改往往是耗时且昂贵的，无法针对性的快速研究“显控空间布局状态”对于人机工效的影响。

2、传统的人机工效测试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，无法直观给出更为易懂的修改意见。

3、对于飞行模拟器，虽然已有部分设备具备了可重构的框架结构与多种飞行器的显控界面，但其本质上仍然是一类训练设备而非设计辅助设备，其在用于驾驶舱辅助设计时，主要针对特定机型驾驶舱进行仿真复现，一般不具备显控布局调整的功能。

发明内容

(一)发明目的

本申请的目的是提供一种显控布局验证与优化方法及平台，通过建立样本显控布局参数与样本统计值的初始函数并对初始函数进行验证与调整，实现了显控布局的验证与优化，解决了现有技术中无法有针对性的快速研究“显控布局”对于人机工效的影响，以及现有技术中的人机工效测试仅仅只能进行条例的有效性判断，且仅能通过专家讨论分析才能得出系统性优化方案，无法直观给出更为易懂的修改意见的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本申请第一方面提供了一种显控布局验证与优化方法，用于对显控布局进行验证与优化，包括：S1，基于多组样本显控布局参数，分别利用人机工效测试方法，得到与多组所述样本显控布局参数一一对应的多组样本统计值；S2，基于多组所述样本显控布局参数和样本统计值，建立所述样本显控布局参数与所述样本统计值的初始函数；S3，基于对标显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与所述对标显控布局参数对应的对标统计值；S4，将所述对标统计值代入所述初始函数，得到与所述对标统计值对应的理论显控布局参数；S5，基于所述理论显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与所述理论显控布局参数对应的理论统计值；S6，验证所述理论统计值是否优于或等于所述对标统计值；S61，若是，则将所述理论显控布局参数作为优化显控布局参数，并输出；S62，若否，则基于所述理论显控布局参数和所述理论统计值对所述初始函数进行调整以得到优化函数；将所述优化函数代替所述初始函数，返回步骤S4。

本申请第二方面提供了一种显控布局验证与优化平台，使用上述显控布局验证与优化方法对显控布局进行验证与优化，包括：人机工效测试系统，用于基于预设显控布局参数，进行人机工效测试，得到与所述预设显控布局参数对应的人机工效结果统计值；所述预设显控布局参数为样本显控布局参数、对标显控布局参数和理论显控布局参数中的任意一种；所述人机工效结果统计值包括样本统计值、对标统计值和理论统计值中的任意一种；调整方案生成系统，包括：函数映射与调整模块和验证模块；所述函数映射与调整模块用于基于多组所述样本显控布局参数和样本统计值，建立所述样本显控布局参数与所述样本统计值的初始函数；所述验证模块用于验证所述理论统计值是否优于或等于所述对标统计值；所述函数映射与调整模块还用于在所述理论统计值劣于所述对标统计值时，基于所述理论显控布局参数和所述理论统计值对所述初始函数进行调整以得到优化函数，并将所述优化函数代替所述初始函数。

(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：

本申请提供的显控布局验证与优化方法及平台，通过建立样本显控布局参数与样本统计值的初始函数并对初始函数进行验证与调整，实现了显控布局的验证与优化，解决了现有技术中无法有针对性的快速研究“显控布局”对于人机工效的影响，以及现有技术中的人机工效测试只能进行条例的有效性判断，且仅能通过专家讨论分析才能得出系统性优化方案，无法直观给出更为易懂的修改意见的技术问题。本申请的显控布局验证与优化方法，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，实现了显控布局设计的迅速迭代与优化设计。

附图说明

图1是本申请一实施例提供的显控布局验证与优化方法的方法流程图；

图2是本申请一实施例提供的基于多组样本显控布局参数，分别利用人机工效测试方法，得到多组样本统计值的方法流程图；

图3是本申请一实施例提供的基于对标显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到对标统计值的方法流程图；

图4是本申请一实施例提供的基于理论显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到理论统计值的方法流程图；

图5是本申请另一实施例提供的飞行过程仿真示意图；

图6是本申请另一实施例提供的人机工效测试方法的方法流程图；

图7是本申请另一实施例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8是本申请另一实施例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9是本申请又一实施例提供的显控布局验证与优化平台的组成示意图；

图10是本申请又一实施例提供的人机工效测试系统的组成示意图；

图11是本申请又一实施例提供的第一计算模块的组成示意图；

图12是本申请又一实施例提供的第一计算单元的组成示意图；

图13是本申请又一实施例提供的显控布局调整系统的结构示意图；

图14是本申请又一实施例提供的显控布局调整系统的显示设备组成示意图。

附图标记：

100、显控布局调整系统，101、可运动支架机构，1011、驱动部件，1012、末端执行器，10121、活动关节，102、显示设备，1021、前方面板，10211、前仪表板，10212、遮光罩，1022、顶部面板，1023、中控面板，1024、两侧面板，103、操控设备，1031、驾驶座，1032、脚蹬，1033、操纵手柄，104、控制设备，105、测量设备，200、飞行过程仿真系统，300、人机工效测试系统，301、获取模块，302、第一计算模块，3021、第一计算单元，30211、第一计算子单元，30212、第二计算子单元，30213、第三计算子单元，3022、第二计算单元，3023、第三计算单元，303、分类模块，304、第二计算模块，400、调整方案生成系统，401、函数映射与调整模块，402、验证模块，403、布局调整指令生成模块。

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”。

在以下实施例中，驾驶舱坐标系中的x轴、y轴和z轴的具体定义为：以驾驶舱中心(即水平地板上中控台的中心位置)为原点，以指向副驾驶座的方向为x轴方向，以指向驾驶舱正前方的方向为y轴方向，以指向天空的方向为z轴方向。

图1是本申请一实施例提供的显控布局验证与优化方法的方法流程图。

请参照图1，本申请一实施例提供一种显控布局验证与优化方法，包括：

S1，基于多组样本显控布局参数，分别利用人机工效测试方法，得到与多组样本显控布局参数一一对应的多组样本统计值；

S2，基于多组样本显控布局参数和样本统计值，建立样本显控布局参数与样本统计值的初始函数；

可选的，采用机器学习的方法，获取样本显控布局参数与样本统计值之间的映射关系，建立样本显控布局参数与样本统计值的初始函数。但本申请不以此为限制，也可以采用其他方法建立样本显控布局参数与样本统计值的初始函数。

S3，基于对标显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与对标显控布局参数对应的对标统计值；

S4，将对标统计值代入初始函数，得到与对标统计值对应的理论显控布局参数；

S5，基于理论显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与理论显控布局参数对应的理论统计值；

S6，验证理论统计值是否优于或等于对标统计值；

S61，若是，则将理论显控布局参数作为优化显控布局参数，并输出；

S62，若否，则基于理论显控布局参数和理论统计值对初始函数进行调整以得到优化函数；将优化函数代替初始函数，返回步骤S4。

其中，样本显控布局参数利用经验与现有案例确定，是在适航法规、咨询通告和行业标准规范下选取的与极限显控布局参数；对标显控布局参数是与对标机型驾驶舱的布局对应的显控布局参数。

图2是本申请一实施例提供的基于多组样本显控布局参数，分别利用人机工效测试方法，得到多组样本统计值的方法流程图。

请参照图2，在本申请一实施例中，步骤S1基于多组样本显控布局参数，分别利用人机工效测试方法，得到与多组样本显控布局参数一一对应的多组样本统计值的步骤包括：

S11，基于多组样本显控布局参数，分别生成多条第一布局调整指令，多条第一布局调整指令用于将显控布局分别调整为多个样本显控布局；

具体地，基于每组样本显控布局参数，生成一条第一布局调整指令，基于多组样本显控布局参数，分别生成多条第一布局调整指令。

S12，在每个样本显控布局下，仿真飞行过程；、

S13，在仿真飞行过程中，利用人机工效测试方法得到与该样本显控布局参数对应的样本统计值；

S14，重复步骤S11至S13，得到与多组样本显控布局参数一一对应的多组样本统计值。

具体地，在步骤S1中，基于每组样本显控布局参数，得到相应的第一布局调整指令，显控布局调整系统根据该第一布局调整指令进行布局调整，得到与该组样本显控布局参数对应的样本显控布局，在该样本显控布局下仿真飞行过程并进行人机工效测试，可得到一组样本统计值，重复上述步骤，可得到与多组样本显控布局参数一一对应的多组样本统计值。步骤S1和步骤S2为初始函数的建立过程，同时也是样本集的建立过程，该样本集包括多组样本显控布局参数、与多组样本显控布局参数一一对应的多组样本统计值以及样本显控布局参数与样本统计值的初始函数。

图3是本申请一实施例提供的基于对标显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到对标统计值的方法流程图。

请参照图3，在本申请一实施例中，步骤S3基于对标显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与对标显控布局参数对应的对标统计值的步骤包括：

S31，基于对标显控布局参数，生成第二布局调整指令，第二布局调整指令用于将显控布局调整为对标显控布局；S32，在对标显控布局下，仿真飞行过程；

S33，在仿真飞行过程中，利用人机工效测试方法，得到与对标显控布局参数对应的对标统计值。

图4是本申请一实施例提供的基于理论显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到理论统计值的方法流程图。

请参照图4，在本申请一实施例中，步骤S5基于理论显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与理论显控布局参数对应的理论统计值的步骤包括：

S51，基于理论显控布局参数，生成第三布局调整指令，第三布局调整指令用于将显控布局调整为理论显控布局；

S52，在理论显控布局下，仿真飞行过程；

S53，在仿真飞行过程中，利用人机工效测试方法，得到与理论显控布局参数对应的理论统计值。

图5是本申请另一实施例提供的飞行过程仿真示意图。

图6是本申请另一实施例提供的人机工效测试方法的方法流程图。

请参照图5和图6，在本申请另一实施例中，人机工效测试方法是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。主要包括以下步骤：

S101，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。

具体地，预设显控布局参数为样本显控布局参数、对标显控布局参数和理论显控布局参数中的任意一种。

S102，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。

S103，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。

S104，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。

S105，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7是本申请另一实施例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6和图7，步骤S103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：

S1031，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。

S1032，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。

S1033，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8是本申请另一实施例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7和图8，步骤S1031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：

S10311，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。

S10312，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。

S10313，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，通过对显控布局进行调整，可得到与预设显控布局参数对应的预设显控布局，并基于该预设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(具体为样本统计值、对标统计值和理论统计值中的一种)是与预设显控布局参数(具体为样本显控布局参数、对标显控布局参数和理论显控布局参数中的一种)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。

图9是本申请又一实施例提供的显控布局验证与优化平台的组成示意图。

请参照图9，本申请又一实施例提供一种显控布局验证与优化平台，使用上述实施例中的显控布局验证与优化方法对显控布局进行验证与优化，包括：人机工效测试系统300和调整方案生成系统400。

人机工效测试系统300，用于基于预设显控布局参数，进行人机工效测试，得到与预设显控布局参数对应的人机工效结果统计值。

调整方案生成系统400包括：函数映射与调整模块401和验证模块402。

函数映射与调整模块401用于基于多组样本显控布局参数和样本统计值，建立样本显控布局参数与样本统计值的初始函数。

验证模块402用于验证理论统计值是否优于或等于对标统计值。

函数映射与调整模块401还用于在理论统计值劣于对标统计值时，基于理论显控布局参数和理论统计值对初始函数进行调整以得到优化函数，并将优化函数代替初始函数。

在本实施例中，调整方案生成系统400还包括：布局调整指令生成模块403。

布局调整指令生成模块403用于基于预设显控布局参数，得到预设布局调整指令；预设布局调整指令包括第一布局调整指令、第二布局调整指令和第三布局调整指令中的任意一种。

布局调整指令生成模块403包括：第一布局调整指令生成单元、第二布局调整指令生成单元和第三布局调整指令生成单元。

其中，第一布局调整指令生成单元用于基于多组样本显控布局参数，分别生成多条第一布局调整指令，该多条第一布局调整指令用于将显控布局分别调整为多个样本显控布局。

第二布局调整指令生成单元用于基于对标显控布局参数，生成第二布局调整指令，该第二布局调整指令用于将显控布局调整为对标显控布局。

第三布局调整指令生成单元用于基于理论显控布局参数，得到第三布局调整指令，该第三布局调整指令用于将显控布局调整为理论显控布局。

图10是本申请又一实施例提供的人机工效测试系统的组成示意图。

请参照图10，在本申请又一实施例中，人机工效测试系统300包括：获取模块301、第一计算模块302、分类模块303和第二计算模块304。

获取模块301，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302，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303，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304，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11是本申请又一实施例提供的第一计算模块的组成示意图。

请参照图11，在本申请又一实施例中，第一计算模块302包括：第一计算单元3021、第二计算单元3022和第三计算单元3023。

第一计算单元3021，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3022，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3023，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12是本申请又一实施例提供的第一计算单元的组成示意图。

请参照图12，在本申请又一实施例中，第一计算单元3021包括：第一计算子单元30211、第二计算子单元30212和第三计算子单元30213。

第一计算子单元30211，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30212，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30213，用于基于操控信号和飞行信号，计算得到操作偏差。

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。

图13是本申请又一实施例提供的显控布局调整系统的结构示意图。

图14是本申请又一实施例提供的显控布局调整系统的显示设备组成示意图。

请参照图9和图13，在本申请又一实施例中，显控布局验证与优化平台还包括：显控布局调整系统100，显控布局调整系统100用于基于预设布局调整指令将显控布局调整为预设显控布局；预设显控布局包括样本显控布局、对标显控布局和理论显控布局中的任意一种。

在本实施例中，显控布局调整系统100包括：可运动支架机构101、显示设备102、操控设备103和控制设备104。

可运动支架机构101包括驱动部件1011以及与驱动部件1011连接的多个末端执行器1012。

其中，每个末端执行器1012上设置有活动关节10121。

显示设备102包括多个面板，每个面板至少与一个末端执行器1012连接。

操控设备103包括两个驾驶座1031和脚蹬1032，驾驶座1031和脚蹬1032分别连接一个末端执行器1012。

其中，驾驶座1031设置为可沿y轴移动和沿z轴移动。具体的，驾驶座1031沿y轴移动使得驾驶座1031具有纵摆自由度，驾驶座1031沿z轴移动使得驾驶座1031具有升降自由度。

脚蹬1032设置为可沿y轴移动，使得脚蹬1032具有纵摆自由度。

在本实施例中，操控设备103还包括设置在两个驾驶座1031之间的操纵手柄1033，以及分布于两个驾驶座1031周边的监控传感器外设安装托架。

控制设备104与可运动支架机构101连接，用于根据布局调整指令控制可运动支架机构101运动。

在本实施例中，可运动支架机构101在控制设备104的控制下带动显示设备102和操控设备103运动以进行布局调整，实现了显控布局的快速调整，该显控布局调整系统100的投入使用可以有针对性的研究“显控布局”对于人机工效的影响，同时可大大缩短驾驶舱设计的迭代周期，降低迭代费用。

具体的，可运动支架机构101的驱动部件1011在控制设备104的控制下带动末端执行器1012上的活动关节10121运行和制动，可运动支架机构101的末端执行器1012用于支撑显示设备102和操控设备103，并带动显示设备102和操控设备103运动以进行布局调整。具体的，末端执行器1012用于支撑显示设备102的多个面板和操控设备103的相关操控附件。

在本实施例中，该显控布局调整系统100还包括测量设备105，该测量设备105与多个末端执行器1012上的活动关节10121连接，用于获取活动关节10121的关节信息。

在本实施例中，可运动支架机构101为主动型架构和被动型架构两种，主动型架构利用串联或并联机器人实现活动关节10121的主动运行和制动；被动型架构利用串联或并联机构实现活动关节10121的被动运行和制动。可运动支架机构101集合了所有的活动关节10121，在结构关系上，在所有活动关节10121状态确定的情况下，末端执行器1012和可运动支架机构101的形态就固定了。

当可运动支架机构101为主动型架构时，驱动部件1011的动力源为舵机或者带信号反馈的电机，通过自动控制驱动活动关节10121主动运行和制动，并保持在预设位置。但本申请不以此为限制，驱动部件1011的动力源还可以为其他具有主动控制功能的部件。具体的，主动型架构利用串联或并联机器人实现，其活动关节10121的主动运行和制动由舵机或者带信号反馈的电机实现。主动型架构的具体控制过程为，控制设备104在接到了布局调整指令后，首先确定可运动支架机构101在所需自由度上的真实值，然后根据具体使用的串联或并联机器人参数结构式将布局调整指令拆分换算为各活动关节10121的关节角度，并驱使与末端执行器1012上的活动关节10121连接的各电机执行相关的计算结果，各电机执行的结果通过测量设备105反馈回控制设备104，直至活动关节10121运动并保持在预设位置。

其中，布局调整指令由调整方案生成系统400根据显控布局的构型方案生成，显控布局的构型方案具体表现为显控布局参数。

当可运动支架机构101为被动型架构时，驱动部件1011的动力源为人工，通过手动控制将活动关节10121调整到预设位置，并通过锁扣、插销或者摩擦片进行锁死，实现活动关节10121的被动运行和制动。具体的，被动型架构利用串联或并联机构实现活动关节10121的被动运行和制动。被动型架构的具体控制过程为，控制设备104在接到了布局调整指令后，首先确定可运动支架机构101在所需自由度上的真实值，然后根据具体使用的串联或并联机器人参数结构式将布局调整指令拆分换算为各活动关节10121的关节角度，并将相关的计算结果展示给操作人员。操作人员通过驱动部件1011对末端执行器1012施加外力来驱动末端执行器1012上的活动关节10121运动，以调整可运动支架机构101的位置，在此过程中，控制设备104根据测量设备105反馈回控制设备104的活动关节10121的关节信息判断可运动支架机构101是否处于构型方案的需求位置，当控制设备104确认可运动支架机构101处于构型方案的需求位置时，由操作人员对可运动支架机构101的活动关节10121进行锁死。

上述预设位置是指当可运动支架机构101处于显控布局的构型方案的需求位置时，活动关节10121应处的位置。由于可运动支架机构101上的末端执行器1012用于连接并支撑显示设备102和操控设备103，当可运动支架机构101处于显控布局的构型方案的需求位置时，显示设备102或操控设备103也就处于显控布局的构型方案的需求位置。

请参照图13和图14，在本实施例中，显示设备102包括：前方面板1021。

前方面板1021，设置在驾驶座1031的前方，包括可相对转动的前仪表板10211和遮光罩10212，前仪表板10211和遮光罩10212设置为可绕x轴旋转。具体的，前仪表板10211和遮光罩10212可相对转动，前仪表板10211绕x轴旋转使得前仪表板10211具有俯仰自由度，遮光罩10212绕x轴旋转使得遮光罩10212具有俯仰自由度。

可选的，前仪表板10211具有至少三块独立的显示区域，其总显示面积不少于1530mm×290mm，遮光罩10212的显示面积不少于800mm×100mm。

在本实施例中，显示设备102还包括：顶部面板1022。

顶部面板1022,设置在驾驶座1031的顶部，包括多个顶部仪表板，多个顶部仪表板设置为可沿y轴同时移动和可沿z轴同时移动，且每个顶部仪表板设置为可单独绕x轴旋转。具体的，顶部面板1022即传统的顶仪表板显示区域，包括多个顶部仪表板，该多个顶部仪表板设置为沿y轴同时移动，使得该多个顶部仪表板具有统一的纵摆自由度；多个顶部仪表板还设置为沿z轴同时移动，使得该多个顶部仪表板具有统一的升降自由度；同时，每个顶部仪表板还可以单独绕x轴旋转，使得每个顶部仪表板具有独立的俯仰自由度。

可选的，顶仪表板显示区域具有至少两块独立的显示区域，且总显示面积不少于610mm×740mm。

在本实施例中，显示设备102还包括：中控面板1023。

中控面板1023，设置在驾驶座1031之间的中控台显示控制区，包括多个显示界面，多个显示界面设置为可沿z轴同时移动，且可单独绕x轴旋转。具体的，该多个显示界面均可沿z轴同时移动，使得该多个显示界面具有统一的升降自由度；该多个显示界面均可单独绕x轴旋转，使得该多个显示界面具有独立的俯仰自由度。

具体的，中控面板1023是位于两个驾驶座1031的中间区域，包括传统CDU、油门台等中控显示控制区域，其区域面积不小于290mm×1000mm。

在本实施例中，显示设备102还包括：两侧面板1024。

两侧面板1024，设置在两个驾驶座1031两侧的扩展显示区，其包括左侧面板和右侧面板，左侧面板和右侧面板设置为可沿x轴、y轴和z轴移动，且可绕x轴、y轴和z轴旋转。具体的，两个驾驶座1031分别为主驾驶座和副驾驶座，面向驾驶舱正前方时，左侧为主驾驶座，右侧为副驾驶座，此时，左侧面板是指位于主驾驶座的左手边的面板，右侧面板是指位于副驾驶座的右手边的面板。左侧面板和右侧面板均设置为可沿x轴、y轴和z轴移动，且可绕x轴、y轴和z轴旋转，使得左侧面板和右侧面板具有六个方向的自由度。

具体的，左侧面板和右侧面板的显示区域的面积均不小于373mm×210mm。

请参照图13和图14，显控布局中各区域的初始空间位置来源于人体工学设计，而其具体的自由度信息需要通过本申请的显控布局调整系统100进行调整确定，具体的调节范围如下：

(1)驾驶员眼点到驾驶舱地板之间的正常距离范围是1072-1214mm，当驾驶员抬头时，驾驶员的眼点高度范围是1134-1254mm；

(2)驾驶员眼点与前仪表板10211下沿之间沿y轴方向的距离范围是555-613mm；

(3)驾驶员眼点与操纵手柄1033中心之间沿y轴方向的距离范围是296-328mm；

(4)驾驶员眼点与脚蹬1032之间沿y轴方向的距离范围是734-812mm；

(5)前仪表板10211(或遮光罩10212)上边沿与地面之间的垂直距离范围是861-952mm；

(6)前仪表板10211下沿与地面之间的垂直距离范围是466-516mm；

(7)顶部面板1022后边沿与地面之间的垂直距离范围是1620-1790mm；

(8)顶部面板1022前边沿与地面之间的垂直距离范围是1229-1359mm；

(9)顶部面板1022中前面板(前电子板)和后面板(后电子板)的夹角范围是8°-10°；

(10)驾驶员双脚位置的高度范围是466-516mm。

可选的，可运动支架机构101为主动型架构和被动型架构两种，当与末端执行器1012连接的被调整部件(显示设备102和操控设备103所包括的各部件)的结构尺寸较大，或者重量较重，或者不方便人工调整时，采用主动型架构进行调整；当被调整部件的结构尺寸不大，或重量较轻，人工调整容易实现时，则采用被动型架构。但本申请不以此为限制，主动型架构或被动型架构的选择原则还可以根据其他条件进行确定。

可选的，可运动支架机构101为主动型架构，驱动部件1011的动力源为舵机或者带信号反馈的电机，通过自动控制驱动活动关节10121主动运行和制动，并保持在预设位置。具体地，可运动支架机构101为主动型架构时，驱动部件1011采用舵机或者带信号反馈的电机驱动，使得末端执行器1012上的所有活动关节10121均具有主动运行和制动的能力。

可选的，可运动支架机构101为被动型架构，驱动部件1011的动力源为人工，通过手动控制将活动关节10121调整到预设位置，并通过锁扣、插销或者摩擦片进行锁死，实现活动关节10121的被动运行和制动。具体地，可运动支架机构101为被动型架构时，末端执行器1012上的所有活动关节10121均不具有主动运行和制动的能力，需通过操作人员手动操控进行运行和制动。

请参照图9，在本申请又一实施例中，显控布局验证与优化平台还包括：飞行过程仿真系统200。

飞行过程仿真系统200用于在预设显控布局下，仿真飞行过程。其中，预设显控布局包括样本显控布局、对标显控布局和理论显控布局中的任意一种。

本实施例中的显控布局调整系统，通过控制设备控制可运动支架机构对显示设备的多个面板和操控设备进行布局调整，可运动支架机构的应用解决了现有技术中无法实现显控布局的快速调整以及有针对性的研究“显控布局”对于人机工效的影响的问题，同时解决了传统的民机驾驶舱设计需要较长的迭代周期和较高的迭代费用的问题。本申请的显控布局调整系统实现了显控布局的快速调整，将该显控布局调整系统应用到显控布局验证平台上，可以有针对性的研究“显控布局”对于人机工效的影响，同时可大大缩短驾驶舱设计的迭代周期，降低迭代费用。

本申请旨在保护一种显控布局验证与优化方法及平台，通过建立样本显控布局参数与样本统计值的初始函数并对初始函数进行验证与调整，实现了显控布局的验证与优化，解决了现有技术中无法有针对性的快速研究“显控布局”对于人机工效的影响，以及现有技术中的人机工效测试只能进行条例的有效性判断，且仅能通过专家讨论分析才能得出系统性优化方案，无法直观给出更为易懂的修改意见的技术问题。本申请的显控布局验证与优化方法，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，实现了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 (9)

1.一种显控布局验证与优化方法，用于对显控布局进行验证与优化，其特征在于，包括：

S1，基于多组样本显控布局参数，分别利用人机工效测试方法，得到与多组所述样本显控布局参数一一对应的多组样本统计值；

S2，基于多组所述样本显控布局参数和样本统计值，建立所述样本显控布局参数与所述样本统计值的初始函数；

S3，基于对标显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与所述对标显控布局参数对应的对标统计值；

S4，将所述对标统计值代入所述初始函数，得到与所述对标统计值对应的理论显控布局参数；

S5，基于所述理论显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与所述理论显控布局参数对应的理论统计值；

S6，验证所述理论统计值是否优于或等于所述对标统计值；

S61，若是，则将所述理论显控布局参数作为优化显控布局参数，并输出；

S62，若否，则基于所述理论显控布局参数和所述理论统计值对所述初始函数进行调整以得到优化函数；将所述优化函数代替所述初始函数，返回步骤S4；

所述人机工效测试方法包括：

S101，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；

S102，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；

S103，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；

S104，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；

S105，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所述的显控布局验证与优化方法，其特征在于，基于多组样本显控布局参数，分别利用人机工效测试方法，得到与多组所述样本显控布局参数一一对应的多组样本统计值的步骤包括：

S11，基于所述多组样本显控布局参数，分别生成多条第一布局调整指令，多条所述第一布局调整指令用于将显控布局分别调整为多个样本显控布局；

S12，在每个所述样本显控布局下，仿真飞行过程；

S13，在仿真飞行过程中，利用人机工效测试方法得到与所述样本显控布局参数对应的样本统计值；

S14，重复步骤S11至S13，得到与多组所述样本显控布局参数一一对应的多组所述样本统计值。

3.根据权利要求1所述的显控布局验证与优化方法，其特征在于，基于对标显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与所述对标显控布局参数对应的对标统计值的步骤包括：

S31，基于所述对标显控布局参数，生成第二布局调整指令，所述第二布局调整指令用于将显控布局调整为对标显控布局；

S32，在所述对标显控布局下，仿真飞行过程；

S33，在仿真飞行过程中，利用人机工效测试方法，得到与所述对标显控布局参数对应的对标统计值。

4.根据权利要求1所述的显控布局验证与优化方法，其特征在于，基于所述理论显控布局参数，利用人机工效测试方法，得到与所述理论显控布局参数对应的理论统计值的步骤包括：

S51，基于所述理论显控布局参数，生成第三布局调整指令，所述第三布局调整指令用于将显控布局调整为理论显控布局；

S52，在理论显控布局下，仿真飞行过程；

S53，在仿真飞行过程中，利用人机工效测试方法，得到与所述理论显控布局参数对应的理论统计值。

5.根据权利要求1所述的显控布局验证与优化方法，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：

S1031，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；

S1032，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；

S1033，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。

6.根据权利要求5所述的显控布局验证与优化方法，其特征在于，

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。

7.根据权利要求6所述的显控布局验证与优化方法，其特征在于，所述基于每组所述飞行人因单元初始数据，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。

8.根据权利要求5所述的显控布局验证与优化方法，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。

9.根据权利要求8所述的显控布局验证与优化方法，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。

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