民用飞机驾驶舱人机交互机理与评价方法研究

《民用飞机驾驶舱人机交互机理与评价方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、申请上海交通大学博士学位论文民用飞机驾驶舱人机交互机理与评价方法研究本研究得到国家重点基础研究发展计划（973计划）项目《民用飞机驾驶舱人为因素仿真理论和方法研究》（2010CB734103）、国家航空科学基金项目《人机综合交互系统研究》（20115557008）和国家自然科学基金项目《基于多生理参数的飞行员在任务环境中对视觉刺激的响应机理研究》（61305141）的资助。学校：上海交通大学院系：航空航天学院班级：A1041391学号：0104139006作者：郑弋源专业：控制科学与工程导师：傅山教授上海交通大学航空航天学院2015年10月ADissertationSubmit

2、tedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofPhilosophyDoctorHumanMachineInteractionMechanismandMeasurementinCommercialAircraftFlightDeckAuthor：YiyuanZhengSpecialty:ControlScienceandEngineeringAdvisor:ProfessorShanFuSchoolofAeronauticsandAstronauticsShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.Chi

3、naOct.,2015上海交通大学博士学位论文摘要民用飞机驾驶舱中人机交互机理和评价方法研究摘要人为差错是威胁航空安全最主要的因素。统计表明超过70%的飞行事故都是由于人为差错造成的，而其中又有超过了一半以上是因为飞行机组的差错所引起。因此，提高航空安全最直接、最有效的方法就是减少飞行机组出现差错的可能性。在整个飞行过程中，飞行机组基本都是在飞机驾驶舱中完成对飞机的操作。所以，为了减少飞行机组的差错，应该从飞行员与飞机及飞机自动化系统之间的人机交互行为出发进行研究。本论文针对民用飞机驾驶舱中人机交互机理和交互行为进行研究，提出两种人机交互评价方法：飞行任务复杂度方法和人机交互动

4、量方法，具体研究内容如下：首先，本论文构建了民用驾驶舱人机交互数据采集系统。该系统由心理生理参数测量子系统、行为监视子系统以及飞行数据采集子系统三个部分组成。人机交互数据采集系统能够有效的对驾驶舱内飞行员与飞机及飞机自动化系统之间的交互行为进行监视，并采集相应的实验数据供后续处理。其次，本论文利用驾驶舱人机交互数据采集系统对一个基础驾驶舱人机交互实验：告警状态下的飞行员响应，从研究目的、研究方法和实验结果3个方面，对驾驶舱人机交互实验方法进行说明。该实验使用人机交互数据采集系统进行数据采集，并使用数理统计方法进行数据分析。实验的结果不仅揭示了飞行经验和飞行职责对飞行员在告警状态

5、下响应的影响，也证明了人机交互数据采集系统和人机交互实验方法的可用性。驾驶舱告警状态下的飞行员响应实验研究是驾驶舱人机交互实验方法研究的一个实例。该第I页上海交通大学博士学位论文摘要实验方法在后续的研究中将用于数据采集和数据分析。由于驾驶舱中的人机交互行为都是基于任务发生的，所以对任务本身，特别是任务复杂度进行分析能够从理论的角度理解人机交互行为。同时，为了对标准操作程序中预期的人机交互行为进行定量化的评价，本论文建立了飞行任务复杂度TCIF（TaskComplexityinFlight）方法。飞行任务复杂度TCIF方法中包含了四个子复杂度：任务动作逻辑复杂度、任务动作大小复杂

6、度、信息控制交互复杂度以及控制模式复杂度。这四个子复杂度都是与人机交互行为紧密相关的，特别是信息控制交互复杂度和控制模式复杂度。其中，信息控制交互复杂度包含两个方面的内容：信息控制交互的过程和此过程中信息资源通道占用对任务复杂度的影响。为了验证飞行任务复杂度TCIF方法的有效性和可用性，选取10名飞行员在11个飞行任务中进行实验。在实验过程中，测量他们心率差值并要求他们填写主观工作负荷Bedford量表值。实验结果表明，飞行任务复杂度TCIF方法与心率差值以及Bedford量表值都有较好的相关性。最后，本论文提出了人机交互动量HMIM（HumanMachineInteracti

7、veMomentum）方法。该方法从人机交互机理的角度对飞行员、飞机及飞机自动化之间的交互行为进行分解、特征描述以及相关因素分析，定量的描述了飞行员与飞机及飞机自动化系统之间的信息流和控制流的交互。为了验证人机交互动量HMIM方法的有效性，首先讨论在一种典型飞机机型下的人工手动进近着陆任务中，人机交互动量HMIM方法的特征以及其与飞行绩效和主观工作负荷NASA-TLX方法的关系。其次，利用飞行任务复杂度TCIF方法的研究结果，讨论了在11个飞行任务中，人机交互动量HMIM方法与飞行任务复杂度