CN115640086A - 一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于运行文件验证技术、飞行器飞行模拟和仿真技术的交叉技术领域，涉及一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，包括步骤1：设计编制飞行程序样式，确定布局与呈现格式文本，样式与文本是飞行程序表单的初稿；步骤2：搭建人机交互平台，基于任务特性以及各个飞行状态的特点确定飞行任务方案；步骤3：在飞行程序表单初稿基础下，优化成改进飞行程序表单；步骤4：对飞行程序表单和改进飞行程序表单均实施眼动追踪试验；步骤5：获取主客观指标数据，若数据未满足要求需要重新设计飞行任务方案；若数据满足要求，分析飞行程序表单和改进飞行程序表单的差异性；步骤6：确定最优飞行程序表单布局与呈现格式。

Description

一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法

技术领域

本发明属于运行文件验证技术、飞行器飞行模拟和仿真技术的交叉技术领域，涉及一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法。

背景技术

运行文件是民机成品交付物的重要组成部分之一，其包含了机组在执行飞行任务中所涉及到的技术说明、操作步骤等相关内容，运行文件在编制完成后(包括草稿和初稿阶段)是需要在内部实施验证，运行文件的正确性、完整性和可操作性会直接影响飞行员的注意力和工作量，需要在试飞阶段涉及到重要数据、限制条件及操作程序等进行验证后方可交付。为保证运行文件的质量，航空器制造厂家就必须开展运行文件验证工作并持续进行完善，只有这样才能保障运行文件的质量满足设计、适航和客户要求。

在驾驶舱人机交互过程中，运行文件是飞行员获取信息的方式之一，使用最频繁的是飞行程序表单，应急和非正常检查单占交互信息的80％。飞行程序表单经历了空客、波音、中商飞等各大制造商的几十年发展，都采用了类似的“标准规范”，即标题、状况(条件)、操作步骤、注意事项与其他补充共五类内容。虽然各制造厂家是以各自驾驶舱理念为主并没有统一，但表单布局与呈现始终不能绕开这五类内容，在此原则下如何提供飞行员在特殊情境下获得最需要的信息，减少飞行员寻找信息的过程，提高飞行员的工作效率是重点。

由于国内在研的水陆两栖飞机验证研究正处于空白阶段，大部分手册编写人员受限于经验和思考角度这些主观因素带来的影响，往往关注的是技术参数的准确性，而忽略在实际操作环境中相关问题。近年来，用户体验、人因学和人机交互等研究都在实验中运用眼动追踪技术，区别于其他监控信息获取行为方法的优点，能全面、客观地收集数据，不会对实施过程产生任何影响。水陆两栖飞机是特种任务飞机，主要任务是在灭火或救援任务场景下执行任务。眼动追踪技术十分适用。研究范式好比视觉认知的“快通道”通过已知结论来验证实验设计的合理性，关联视觉认知与眼动指标之间的关系。在视觉－情境研究范式中，听觉通道与视觉通道的刺激往往会进行跨通道的影响，利用眼动追踪技术可以获得在不同表征下的感知态势以及被试的眼动轨迹。

发明内容

本发明的目的：本发明提供了一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，为了持续优化飞行程序表单的问题，本发明是遵顼“以飞行员为中心”的用户理念，将民航标准和规范要求落实到飞行程序表单应用之中，在水上起降的五个飞行阶段进行情景任务试验，指标情况能剖析飞行程序表单信息编码与认知机理之间的层次关系，试验数据差异性为后续优化再设计提供试验依据和设计原则。

本发明的技术方案：

一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，包括以下步骤：

步骤1：设计编制飞行程序样式，确定布局与呈现格式文本，样式与文本是飞行程序表单的初稿；

步骤2：搭建人机交互平台，基于任务特性以及各个飞行状态的特点确定飞行任务方案；

步骤3：在飞行程序表单初稿基础下，优化成改进飞行程序表单；

步骤4：对飞行程序表单和改进飞行程序表单均实施眼动追踪试验；

步骤5：获取主客观指标数据，若数据未满足要求需要重新设计飞行任务方案；若数据满足要求，分析飞行程序表单和改进飞行程序表单的差异性；

步骤6：确定最优飞行程序表单布局与呈现格式。

进一步，所述步骤1中编制的飞行程序样式包含标题、状况陈述、操作程序、不工作项目、受影响项目以及延迟项目，收集飞行员与专家需求，确定飞行程序布局与呈现格式，制定飞行程序表单。

进一步，所述步骤2中搭建适用于飞行程序表单的人机交互平台，包括交互显控系统、视景模拟系统，基于任务特性以及各个飞行状态的特点，分析确定水陆飞机的情景任务，确定飞行任务方案，水陆两栖飞机的情景任务包括水上起飞、滑行汲水、正常投水、应急投水、水上降落五个任务情景。

进一步，所述步骤3针对现有的飞行程序表单初稿进行改进优化，主要是对信息元素进行突出简化以及连贯性的设计。

进一步，所述步骤5中主客观指标中的主观指标包括任务完成率、完成时间，客观指标包括眼动指标，包括反应时间、注视点数目、注视时间、平均眼跳时间。

进一步，所述步骤6利用试验结果进行模糊综合评价法确定两个表单的差异性，持续完善表单的布局。

进一步，水陆两栖飞机根据情景任务在水上起飞、滑行汲水、正常投水、应急投水、水上降落时应考虑到三人机组中操纵飞行员、监控飞行员以及机械师各自的职责分工，飞行程序逻辑、假定前提条件和注意事项。

进一步，在完善表单的布局时，根据水陆两栖飞机的特殊性令机组在执行情景任务时增加一定的工作负荷，明确飞行任务场景内容、具体的操作步骤的任务描述。

本发明的有益效果：

(1)遵循“以飞行员为中心”的用户理念，总结飞行程序表单发展规律，探索布局与呈现设计趋势，界定飞行程序表单的显示令其符合飞行员视觉认知角度，分析飞行员视觉生理、视觉具体参数和特征，通过试验结果验证本发明的优化方法和设计原则的有效性和可行性。

(2)基于飞行员在执行飞行任务时信息的传递途径，重点探讨布局与呈现信息的获取、传递，结合不同阶段所涉及的认知负荷问题，剖析飞行程序表单设计元素信息编码与认知机理的层次关系，为提供飞行员在特殊情境下获得最需要的信息，减少飞行员寻找信息的过程，提高飞行员的工作效率。

(3)飞行程序表单设计要素较多，重点针对图标特征编码、界面信息布局编码等问题开展试验研究，为后续优化再设计提供试验依据和设计原则。

附图说明

图1是飞行程序表单布局与呈现筛选优化的流程图。

图2是飞行程序表单显示格式。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解：

本实例提出一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，采用主客观数据和模糊综合评价法，通过比较飞行机组在新旧表单的眼动指标和行为反应指标来评估飞行程序的认知负荷，通过被试在执行不同阶段的任务对比分析，统计分析优先级，为飞行程序表单信息布局编码提供实验依据和科学准则。

具体的，如图1所示，一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，包括以如下步骤：

步骤1，设计编制飞行程序样式，飞行程序样式包含标题、状况陈述、操作程序、不工作项目、受影响项目以及延迟项目，以上是作为设计飞行程序表单的基础前提；

确定布局与呈现格式文本，试验中所有飞行程序表单均为纸质A5大小；为了降低视觉搜索的干扰所有刺激均呈现在A5大小的范围内，如图2所示，样式是试验的飞行程序表单的初稿，也就是本实例所阐述的旧表单，将飞行程序表单进行了划分，划分位区域A、B、C、D共计4大块，其中A区域是标题故不展开细分，B区域细分为2部分，主要针对状况陈述的划分；B区域细分为2部分，主要针对状况陈述的划分；D区域细分为3部分，主要针对补充内容的划分；所以共计9个细分区域，为了便于实验数据统计分析进行了编号。

步骤2，搭建人机交互平台，基于任务特性以及各个飞行状态的特点确定飞行任务方案；

飞行程序表单的人机交互平台中交互显控系统是指飞行机组与飞机及飞行程序表单进行交互的部分，飞行任务的试验条件包括主飞行显示、飞行控制面板、控制显示单元、同时还包括方向盘、油门和起落架手柄等操作器件；交互线控系统是利用VAPS软件连接各个显示界面；飞行程序表单的人机交互平台中视景模拟系统是利用Vega Prime开发的，6通道和3d实现画面的立体渲染，能尽可能还原被试在实际情况的情景。

设置不同的飞行任务状态阶段：水上起飞、滑行汲水、正常投水、应急投水、水上降落。

根据水陆两栖飞机的不同时段，设置划分高亮度环境和低亮度环境。

根据机组观察信息来源位置，设置划分为地面信息环境、空中信息环境。

水陆两栖飞机是特种飞机，这种环境下对飞行员的视觉认知功能会造成巨大影响，主要划分为特殊情境因素、座舱环境因素、其他因素。

表1飞行程序表单影响因素

步骤3，在飞行程序表单初稿基础下，针对飞行程序设计对信息元素进行突出简化以及连贯性的设计，优化成改进飞行程序表单；

步骤4，对两个表单均实施眼动追踪试验；

试验分为5组，分别为特殊情景5中飞行任务状态模拟，为实验因素一，每种状态有A/B/C/D4个大区域变量，为实验因素二。每组试验中，任何一个区域都可能随机变更呈现。未检验各因素内不同水平间有无差异，试验采用析因实验设计。

每组试验开始后，给与被试各阶段的观察任务，比如水上起飞阶段，要求被试完成其他飞行任务，观察速度、高度、载重等信息，然后在单位时间内要求被试完成水上起飞检查单。5组实验，每组9个小区域，每个小区域要在新旧检查单各看依次，共计90次。通过呈现顺序的随机安排，保持被试的注意力集中。

水陆两栖飞机是“三人制”机型，分为操纵飞行员(PF)、监控飞行员(PM)、空中机械师(ME)，在试验前明确每个检查单中职责分工，利用眼动仪记录下来，每次任务预计花费10～20分钟，总计1～2个小时。

步骤5，获取主客观指标数据，若未满足要求需要重新设计飞行任务方案；

表2评价指标

步骤6，根据数据结果分析两个表单的差异性，确定最优飞行程序表单布局与呈现格式。

根据表2评价指标确定评价指标和评语集，确定权重向量矩阵A和构造权重判断矩阵R，计算权重并进行决策评价。模糊综合评价共有4种计算方式(即4种模糊算子)，根据试验数据选择加权平均型。

根据5个阶段试验数据统计分析，总结了具体细分区域的视觉优先级排序，并且结合不同飞行阶段信息呈现需求讨论，归纳了飞行程序表单在水上起飞、滑行汲水、正常投水、应急投水、水上降落5个阶段呈现的首选区域、次选区域和备选区域。

表3试验结论统计表

虽然三人机制的职责分工和驾驶舱的自动化水平逐渐变高，但是飞行过程中还需要机组大量的操作和控制，特别是水上起飞、应急投水、水上降落这样的飞行阶段对机组会产生一定的工作负荷，从上表的试验结论统计也可以看出这三个阶段首选区域较多。例如，应急投水过程，刚开始被试仅需要注意主飞行显示PFD上的飞机高度、速度和姿态的信息，根据这些信息对飞机做出一些微小的调整，但是出现特情之后，操作飞行员(PF)负责油门杆、飞行轨迹和空速控制、飞机形态、导航等；监控飞行员(PM)负责监控并大声读出检查单、执行被要求的动作、通信、顶部控制板上的操作等；机械师(ME)负责发动机开关车、掌握发动机状态和各个系统工作情况、监控飞机状态和飞机构型PF指令的动作任务。他们的工作负荷就会在此时直线上涨。根据操作程序可以认为，对于整个过程，被试所进行的信息流、控制流的交互相对频繁，所以需要减少机组对布局呈现的困惑，且一定不能增加其他的负担。

由于对于特定的任务，对于不同的被试，标准操作程序SOPs都是类似，所以热点图所汇聚的AOI区和人机交互过程也是相似的，所以该结论对飞行训练有帮助。飞行程序表单布局与呈现的优化中的众多指标均可以作为飞行训练的评价指标，在后续还能扩展到运行文件的操作验证中。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设计编制飞行程序样式，确定布局与呈现格式文本，样式与文本是飞行程序表单的初稿；

步骤2：搭建人机交互平台，基于任务特性以及各个飞行状态的特点确定飞行任务方案；

步骤3：在飞行程序表单初稿基础下，优化成改进飞行程序表单；

步骤4：对飞行程序表单和改进飞行程序表单均实施眼动追踪试验；

步骤5：获取主客观指标数据，若数据未满足要求需要重新设计飞行任务方案；若数据满足要求，分析飞行程序表单和改进飞行程序表单的差异性；

步骤6：确定最优飞行程序表单布局与呈现格式。

2.根据权利要求1所述的一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，其特征在于，所述步骤1中编制的飞行程序样式包含标题、状况陈述、操作程序、不工作项目、受影响项目以及延迟项目，收集飞行员与专家需求，确定飞行程序布局与呈现格式，制定飞行程序表单。

3.根据权利要求1所述的一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，其特征在于，所述步骤2中搭建适用于飞行程序表单的人机交互平台，包括交互显控系统、视景模拟系统，基于任务特性以及各个飞行状态的特点，分析确定水陆飞机的情景任务，确定飞行任务方案，水陆两栖飞机的情景任务包括水上起飞、滑行汲水、正常投水、应急投水、水上降落五个任务情景。

4.根据权利要求1所述的一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，其特征在于，所述步骤3针对现有的飞行程序表单初稿进行改进优化，主要是对信息元素进行突出简化以及连贯性的设计。

5.根据权利要求1所述的一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，其特征在于，所述步骤5中主客观指标中的主观指标包括任务完成率、完成时间，客观指标包括眼动指标，包括反应时间、注视点数目、注视时间、平均眼跳时间。

6.根据权利要求1所述的一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，其特征在于，所述步骤6利用试验结果进行模糊综合评价法确定两个表单的差异性，持续完善表单的布局。

7.根据权利要求3所述的一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，其特征在于，水陆两栖飞机根据情景任务在水上起飞、滑行汲水、正常投水、应急投水、水上降落时应考虑到三人机组中操纵飞行员、监控飞行员以及机械师各自的职责分工，飞行程序逻辑、假定前提条件和注意事项。

8.根据权利要求6所述的一种基于情景任务的飞行程序表单布局与呈现的优化方法，其特征在于，在完善表单的布局时，根据水陆两栖飞机的特殊性令机组在执行情景任务时增加一定的工作负荷，明确飞行任务场景内容、具体的操作步骤的任务描述。

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