吳林

摘要：在飛行員進(jìn)行全動模擬機(jī)訓(xùn)練的過程中，采集眼動數(shù)據(jù)指標(biāo)，收集飛行員的注視點、注視次序、注視時長等信息，分析比較在目視起落過程中不同個體的共性與差異。通過收集20位資深飛行員和20位初始學(xué)員的眼動數(shù)據(jù)，分析優(yōu)秀飛行員在這個過程中注意力分配的方法，發(fā)現(xiàn)初始學(xué)員普遍存在的問題，總結(jié)出一套適用于進(jìn)近著陸階段的注意力分配標(biāo)準(zhǔn)，用于改進(jìn)對初始學(xué)員的培訓(xùn)，能夠以可視化的方式給學(xué)員進(jìn)行講解演示，并及時發(fā)現(xiàn)和糾正學(xué)員在注意力分配方面存在的問題，將對于提升飛行培訓(xùn)的質(zhì)量和效率具有明顯的作用。

Abstract： In the process of pilots' full-motion simulator training， this paper collects eye movement data indicators， collects the pilot's gaze point， gaze sequence， gaze duration and other information， analyzes and compares the commonalities and differences of different individuals in the process of visual take-off and landing. By collecting the eye movement data of 20 senior pilots and 20 initial students， it analyzes the method of attention distribution of outstanding pilots in this process， finds common problems of initial students， and summarizes a set of attention distribution standards applicable to the approach and landing phase to improve the training of the initial trainees. It can explain and demonstrate to the trainees in a visual way， and discover and correct the problems of the trainees in the distribution of attention in a timely manner， which will significantly improve the quality and efficiency of flight training.

關(guān)鍵詞：眼動數(shù)據(jù)分析;模擬機(jī)訓(xùn)練;注意力分配;飛行培訓(xùn)

Key words： eye movement data analysis;simulator training;attention distribution;flight training

中圖分類號：V328 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）25-0189-03

0 ?引言

近年來隨著民用航空運(yùn)輸市場的快速增長，航空公司規(guī)模不斷擴(kuò)大，飛行員的數(shù)量大幅增加，給民航訓(xùn)練體系帶來了巨大的考驗。飛行員需要在復(fù)雜的環(huán)境下執(zhí)行大量復(fù)雜的飛行任務(wù)，對飛行員心理和生理方面都提出更高的要求。所以，如何采用更加高效而合理的飛行訓(xùn)練方式對飛行員進(jìn)行有針對性的培訓(xùn)，從而不斷提高飛行員的核心勝任能力，已經(jīng)成為飛行培訓(xùn)機(jī)構(gòu)急需解決的問題。

全動模擬機(jī)訓(xùn)練是飛行培訓(xùn)中必不可少的一個環(huán)節(jié)，也是初始學(xué)員在飛行培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中完成考核的最關(guān)鍵項目。傳統(tǒng)的飛行任務(wù)訓(xùn)練模式主要是讓飛行員進(jìn)行飛行操縱和特情處理的的重復(fù)性訓(xùn)練，由于教員不能及時有效地觀察到學(xué)員的視線焦點，因此對飛行員的具體飛行習(xí)慣、注意力分配等方面缺乏有針對性的指導(dǎo)，使培訓(xùn)質(zhì)量和效率不能有效提升。

近些年來，國內(nèi)外有一些研究機(jī)構(gòu)，在地面固定訓(xùn)練器上對少數(shù)飛行員進(jìn)行過一些眼動數(shù)據(jù)分析研究，在飛行培訓(xùn)領(lǐng)域的還沒有進(jìn)行過在全動模擬機(jī)真實訓(xùn)練環(huán)境下的大量樣本數(shù)據(jù)采集和分析;隨著高新技術(shù)的發(fā)展，眼動儀設(shè)備向著高精度和輕量化方向發(fā)展，使其能滿足全動模擬機(jī)訓(xùn)練場景要求，能在真實訓(xùn)練過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集而不影響飛行員操縱。通過收集分析優(yōu)秀飛行員在全動模擬機(jī)訓(xùn)練過程中注意力分配的方法，研究分析在目視起落過程中的注意力分配模型，用于對初始學(xué)員的培訓(xùn)，以可視化的方式給學(xué)員進(jìn)行演示和講解，發(fā)現(xiàn)和糾正學(xué)員進(jìn)近著陸過程中對于注意力分配的問題，為進(jìn)一步在各個飛行階段訓(xùn)練中應(yīng)用此種分析方法，從而有效提升培訓(xùn)的質(zhì)量和效率。

1 ?研究方法

1.1 被試人員

本項研究從在培訓(xùn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行全動模擬機(jī)訓(xùn)練的飛行員中，隨機(jī)挑選了20位飛行教員和20位飛行學(xué)員，教員全部為具有15年以上航線飛行經(jīng)驗的資深飛行員，學(xué)員為剛完成初始改裝訓(xùn)練課程檢查（考試）任務(wù)的20位飛行員，將他們作為被試人員，每人在模擬機(jī)上進(jìn)行了兩輪目視起落訓(xùn)練，在訓(xùn)練過程中用眼動儀設(shè)備采集了他們的眼動數(shù)據(jù)生成了80組分析樣本。

1.2 研究設(shè)備

研究設(shè)備中訓(xùn)練設(shè)備是采用中國南方航空公司飛行培訓(xùn)中心（珠海翔翼航空技術(shù)有限公司）的一臺波音737系列模擬機(jī)，該設(shè)備為獲得中國民航局（CAAC）資質(zhì)審核認(rèn)定的D級全動模擬機(jī)，可用于航空公司飛行員專業(yè)訓(xùn)練和考試;眼動數(shù)據(jù)分析設(shè)備采用的是德國ERGONEERS公司生產(chǎn)的Dikablis Glass 3頭戴式眼動儀，該設(shè)備技術(shù)指標(biāo)國際領(lǐng)先，追蹤精度為0.1～0.3°，采樣率為60Hz，場景攝像頭為高清攝像頭（分辨率1920×1080），采用輕量化設(shè)計，重量約49g，在數(shù)據(jù)采集過程中對飛行員操作基本無影響。

1.3 測試任務(wù)

測試過程中，被試人員每人進(jìn)行兩輪目視起落訓(xùn)練，在全動模擬機(jī)上完成標(biāo)準(zhǔn)操作;選取某平原機(jī)場，從跑道頭起飛后，要求飛行員按照標(biāo)準(zhǔn)程序進(jìn)行目視起落，任務(wù)場景如圖1所示，圖中左側(cè)白色虛線表示實際飛行航跡，圖中右側(cè)表示完成本場落地任務(wù)過程中的剖面。

2 ?測試數(shù)據(jù)分析

2.1 數(shù)據(jù)信息分類

眼動儀采集的數(shù)據(jù)，重點觀察研究以下幾類信息：

①注視次數(shù)：用來反映所注視區(qū)域信息的重要程度，顯示區(qū)域的重要程度與被注視的次數(shù)成正比例關(guān)系。

②注視持續(xù)時間：反映了飛行員對于所注視區(qū)域信息的關(guān)注程度。

③注視點序列：即眼動軌跡數(shù)據(jù)，注視點在飛行員所需要的信息源輸出區(qū)域之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。能夠用來衡量飛行員對于飛行任務(wù)所應(yīng)該關(guān)注信息的熟練程度。

2.2 重要關(guān)注點

將采集的數(shù)據(jù)提取后，設(shè)計選取最有代表性的飛行階段數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，即進(jìn)入進(jìn)近階段對正跑道后，在無線電高度500英尺到飛機(jī)接地的過程（飛行時間為38秒到45秒左右），因為此階段對于飛機(jī)的控制最能體現(xiàn)飛行員的技能水平。

根據(jù)眼動數(shù)據(jù)注視時間、注視持續(xù)次數(shù)和注視點次序（如圖2）分析后發(fā)現(xiàn)，在此階段飛行過程中，飛行員視線主要關(guān)注點分為艙內(nèi)儀表區(qū)和艙外視景區(qū)，艙內(nèi)儀表區(qū)有如下幾個關(guān)注點：PFD速度、PFD下降率、PFD姿態(tài)、PFD坡度、ND航跡、油門（EICAS上N1值），艙外視景區(qū)主要關(guān)注點艙外跑道和PAPI燈。

下面分別進(jìn)行單個教員和學(xué)員數(shù)據(jù)對比分析、教員群體與學(xué)員群體數(shù)據(jù)對比分析。

2.3 教員A和學(xué)員B數(shù)據(jù)對比分析

隨機(jī)選取一位教員A眼動數(shù)據(jù)，從無線電高度500英尺到接地，總時間45秒，將每100英尺高度分段，共分成5段數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，觀察分析其注視次序和注視時間的結(jié)果。根據(jù)數(shù)據(jù)得出，前4段，從500英尺到100英尺過程中，有效注視時間內(nèi)（掃視及眨眼時間除外），對于艙內(nèi)儀表注視時間為12.14秒，對于艙外視景注視時間為13.37秒;最后一段，從100英尺到接地過程中，全部注視時間用于觀察艙外視景。

另外，從20位學(xué)員中，根據(jù)考試員反饋的績效表現(xiàn)相對欠缺的學(xué)員中，隨機(jī)選取一位學(xué)員B的眼動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從無線電高度500英尺到接地，總時間42秒，同樣將其分成5段數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)眼動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從500英尺到接地過程中，有效注視時間內(nèi)（掃視及眨眼時間除外），對于艙內(nèi)儀表注視時間為0.85秒，對于艙外視景注視時間為21.26秒。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，從100英尺到接地，教員A和學(xué)員B視線基本相同，都關(guān)注了艙外視景;統(tǒng)計從500英尺到100英尺數(shù)據(jù)，將教員A與學(xué)員B對于重要關(guān)注點的注視總次數(shù)與注視總時間進(jìn)行統(tǒng)計（如表1）;同時將教員A與學(xué)員B的注視總時間分成艙內(nèi)儀表和艙外視景兩部分進(jìn)行對比（如圖3）。

通過對比發(fā)現(xiàn)當(dāng)飛機(jī)從500英尺下降到100英尺過程中，教員A和學(xué)員B有如下幾點明顯不同：

①教員A在艙內(nèi)和艙外注視時間基本相等，而學(xué)員B視線基本全集中在艙外;

②教員A在飛行過程中，視線在多個儀表數(shù)據(jù)和艙外視景之間多次來回切換，而學(xué)員B基本只盯著艙外;

③教員A在飛行過程中，觀察PAPI燈時基本只是掃視（因此有效注視時間為0），而學(xué)員B視線在跑道中心線和PAPI燈頻繁切換。

分別選取教員A和學(xué)員B在500英尺到100英尺過程生成眼動數(shù)據(jù)熱點圖，可以清晰地發(fā)現(xiàn)兩者的不同。我們設(shè)定在采樣周期內(nèi)注視總時間超過1000毫秒的數(shù)據(jù)點定義為紅色樣本點，形成的熱點圖中教員A的視點相對點均勻地分布在艙內(nèi)和艙外，學(xué)員B的視點明顯更多地集中在艙外（如圖4）。

分析總結(jié)：學(xué)員B在目視進(jìn)近過程中，存在著注意力分配的問題，精力沒有合理分配在速度、下降率、坡度、航跡等儀表數(shù)據(jù)上，沒有意識到艙外為輔、艙內(nèi)為主（看艙外只是檢測方向和跑道位置關(guān)系）的理念，導(dǎo)致在控制飛機(jī)穩(wěn)定性上存在問題。

2.4 教員群體與學(xué)員群體數(shù)據(jù)對比分析

將全部20位教員和20位學(xué)員的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計平均值計算，關(guān)注選取從500英尺到100英尺數(shù)據(jù)，把教員與學(xué)員的注視總次數(shù)（如圖5）與注視總時間（如圖6）進(jìn)行分析對比。

把視野區(qū)域分為艙內(nèi)儀表區(qū)域和艙外視景區(qū)域時，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和對比（如表2）。

通過教員群體與學(xué)員群體的對比，發(fā)現(xiàn)如下問題：

①教員群體在目視進(jìn)近過程中，對于艙內(nèi)和艙外注視時間基本相當(dāng);而學(xué)員群體對于艙外視景的注視時間偏多，反映出不能較好地分配自己的注意力，在飛行過程中不能及時有效收集艙內(nèi)儀表信息，從而達(dá)到穩(wěn)定控制飛機(jī)狀態(tài)的目的。

②教員群體在對于多個重要關(guān)注點的注視次數(shù)更多，能夠快速地收集各個關(guān)注點的信息并進(jìn)行判斷，反映出對于飛機(jī)控制的熟練程度更高;學(xué)員群體需要在艙內(nèi)儀表信息收集方面做更多的關(guān)注，加強(qiáng)訓(xùn)練對于各個關(guān)鍵點的注意力分配。

3 ?結(jié)論與展望

在當(dāng)前目視飛行規(guī)則下，飛行員需要通過視線收集外景的跑道以及飛機(jī)的高度、姿態(tài)、速度等的主要信息。由于進(jìn)近過程時間短，景物變化快，對飛行員注視力要求高，成熟的飛行員視線能夠在主飛行儀表、發(fā)動機(jī)顯示和機(jī)組警告系統(tǒng)和艙外跑道之間快速準(zhǔn)確地切換，達(dá)到穩(wěn)定控制飛機(jī)的目的。

在以往的飛行培訓(xùn)中，傳統(tǒng)訓(xùn)練手段不能使教員及時有效地發(fā)現(xiàn)學(xué)員注意力分配存在的問題，從而及時進(jìn)行指導(dǎo);眼動儀在模擬機(jī)訓(xùn)練中的應(yīng)用，能有效地消除這個瓶頸。未來通過不斷完善眼動數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，采集飛行員的注視點、注視次序、注視時長等信息，收集分析優(yōu)秀飛行員在這個過程中注意力分配的方法，通過大量樣本采集，整理出一套適用于各個飛行階段的注意力分配標(biāo)準(zhǔn)，用于對初始學(xué)員的培訓(xùn)，能夠以可視化的方式給學(xué)員進(jìn)行演示，并及時發(fā)現(xiàn)和糾正學(xué)員對于注意力分配的問題，將對于提升培訓(xùn)的質(zhì)量和效率具有明顯的作用。

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