李 瑩

（中國民航大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院 天津 300300）

0 引言

通過模擬飛行訓(xùn)練最大程度地提升學(xué)員的飛行技能是一個關(guān)注重點。多自由度的飛行模擬器的應(yīng)用[1]以及移動學(xué)習(xí)平臺、虛擬仿真技術(shù)和模擬飛行教學(xué)的結(jié)合[2]是訓(xùn)練的新思路。此外，基于眼動跟蹤開發(fā)出智能技術(shù)評估訓(xùn)練水平和優(yōu)化訓(xùn)練過程[3]。但相關(guān)領(lǐng)域?qū)τ谔嵘M飛行訓(xùn)練的研究仍然較少。

在航空領(lǐng)域，眼動儀主要用于研究飛行員的注意分配、認知負荷等領(lǐng)域，如對不同飛行階段的腦力負荷和注意分配負荷的研究[4]。關(guān)于使用眼動儀優(yōu)化模擬飛行訓(xùn)練的研究較少。相對于其他視景，飛行員要注意更長時間來充分獲取儀表部分的豐富信息[5]。早期的研究將眼動數(shù)據(jù)與飛行模擬設(shè)備聯(lián)系起來得出操作人員績效上的差異[6]。此外，利用眼動技術(shù)可以開發(fā)模擬飛行訓(xùn)練過程中輔助注意分配的軟件[7]，優(yōu)化儀表布局設(shè)計[8]。飛行績效方面，專家和新手的眼動模式和飛行績效有顯著差異[9]；飛行績效優(yōu)劣的被試也有顯著不同的眼動情況[10]。

因此，本實驗將眼動儀應(yīng)用于飛行模擬訓(xùn)練的地面滑跑、直線飛行和轉(zhuǎn)彎爬升3個階段，并理論假設(shè)如下：若眼動儀輔助訓(xùn)練對模擬飛行能力有提升，實驗組績效應(yīng)顯著優(yōu)于對照組的績效。

1 方 法

本實驗采用隨機實驗組控制組設(shè)計，實驗時長2h，其他控制條件相同。指導(dǎo)人員根據(jù)實驗組的眼動軌跡講評指導(dǎo)，對控制組按照傳統(tǒng)模擬飛行教學(xué)的飛行后講評，最后比較實驗組與對照組的績效。

1.1 被試

被試為50名已經(jīng)完成了理論學(xué)習(xí)的男性飛行學(xué)員，平均年齡19歲。要求所有被試在進行實驗前 24h內(nèi)保證充足睡眠、不服用酒精及可能影響實驗操作的藥物。指導(dǎo)人員為已經(jīng)完成飛行實訓(xùn)的學(xué)員。

1.2 儀器和材料

眼動儀：tobii 4C。

模擬飛行設(shè)備：模擬訓(xùn)練器elite pi135。

選取的機型：塞斯納172。

數(shù)據(jù)提取：DIGIMIZER，從飛行截圖提取高度、角度等數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析：SPSS。

2 實驗原理與實施

使用眼動儀后，指導(dǎo)者可以根據(jù)屏幕中實時顯示的“白色氣泡”（圖1）來了解被試的注意情況，提出針對性的指導(dǎo)建議。

圖1 眼動顯示圖Fig.1 Indication of eye movement

2.1 地面滑跑

讓被試進行地面滑跑階段的訓(xùn)練。此階段的飛行績效反映在：①離地速度，速度值接近標(biāo)準(zhǔn)60節(jié)則表示飛行績效良好；②地面滑跑時間，若對各項數(shù)據(jù)掌握良好且飛行軌跡保持穩(wěn)定，將在較短的時間 起飛。

2.2 轉(zhuǎn)彎爬升

讓被試進行五邊飛行中的一邊轉(zhuǎn)二邊的左轉(zhuǎn)彎爬升過程，左轉(zhuǎn)彎爬升90°。飛機應(yīng)保持恒定的速度、航跡和升降率，操作者要同時注意轉(zhuǎn)彎坡度、升降速率、高度表、速度表和轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀、轉(zhuǎn)彎側(cè)滑儀小球的指示蹬舵。若此時注意力分配不當(dāng)，將可能出現(xiàn)高度偏差和航向偏差。

提取參數(shù)：起始轉(zhuǎn)彎點速度、起始轉(zhuǎn)彎點高度、轉(zhuǎn)彎終點高度、轉(zhuǎn)彎終點速度。

起始轉(zhuǎn)彎速度與轉(zhuǎn)彎終點速度的差值的絕對值與起始轉(zhuǎn)彎高度與轉(zhuǎn)彎終點高度的差值的絕對值越小，表明操作者的飛行績效越好。

2.3 直線飛行

選取直線飛行中的直線爬升階段進行實驗，保持速度和航向不變，被試需注意姿態(tài)儀、速度儀、高度儀、航向儀。

提取參數(shù)：最遠偏離距離、最大速度偏差。兩者值越小，說明飛行績效越好。

3 結(jié) 果

實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)結(jié)果Tab.1 Statistics of three groups

地面滑跑組：實驗組的離地速度更接近標(biāo)準(zhǔn)起飛速度，且兩組差異顯著；實驗組的滑跑時間更短，但未達到顯著差異水平?？梢哉J為眼動儀對于地面滑跑訓(xùn)練的效果有一定提升作用。

直線飛行組：實驗組的最大速度偏差和最遠偏移距離顯著更小。可以認為眼動儀對直線飛行訓(xùn)練的效果有一定提升作用。

轉(zhuǎn)彎爬升組：實驗組的速度偏差和高度偏差顯著更小?？梢哉J為眼動儀對于轉(zhuǎn)彎爬升訓(xùn)練的效果有一定提升作用。

4 討 論

地面滑跑和直線飛行階段對注意分配要求較低，因而被試可以同時兼顧眼動儀的顯示以修正操作狀態(tài)。轉(zhuǎn)彎爬升階段注意分配較復(fù)雜，但是眼動儀仍然體現(xiàn)出了一定的提升效果，這可能與注視點能幫助學(xué)員更好地獲得復(fù)雜情境中的有效注視策略有關(guān)。

本實驗的不足：

①數(shù)據(jù)處理的局限性，對軌跡截圖的數(shù)據(jù)進行手動提取可能導(dǎo)致偏差。

②被試的局限性，本實驗的被試是完成了飛行理論學(xué)習(xí)的學(xué)員，很難預(yù)測其在真實飛行場景中的訓(xùn)練效果。

③實驗場景的局限性，實驗場景限于單電腦屏幕的模擬機，只能顯示部分視景，與真實飛行場景還有一定差異。

④實驗數(shù)據(jù)的局限性，本實驗未對具體的眼動特征數(shù)據(jù)進行進一步分析。

5 結(jié)論

眼動儀對于提升基礎(chǔ)模擬飛行能力有一定效果，對改進模擬飛行訓(xùn)練方式提供了新的思路與途徑。在注意力分配較簡單的科目中，被試的注意力主要集中于少數(shù)幾個儀表與窗外視景，可以兼顧眼動顯示與教練的指導(dǎo)命令，提高飛行績效；在注意力分配復(fù)雜的科目中，被試需要同時注意多個復(fù)雜的儀表與窗外視景，眼動的指示可以幫助學(xué)員更好地定位自己的視點，從而更好地集中注意力在重要的復(fù)雜儀表中。

該實驗若將學(xué)員在模擬飛行操作時的眼動特征數(shù)據(jù)細化分析，可能會得到更為深入的結(jié)果；限于科目數(shù)比較少，建議繼續(xù)研究在下降轉(zhuǎn)彎、直線下降、目視進近等階段的差異，對眼動儀在飛行訓(xùn)練中的價值進一步深入研究。