許為，陳勇，董文俊，董大勇，葛列眾

（1.浙江大學(xué) 心理科學(xué)研究中心，杭州 310027）

（2.中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210）

0 引 言

在過(guò)去50 多年中，技術(shù)發(fā)展推動(dòng)了大型商用飛機(jī)駕駛艙機(jī)組人員逐步遞減（de-crewing）的趨勢(shì)。從最初5 名機(jī)組人員到目前機(jī)長(zhǎng)和副駕駛2人配置，這種遞減情況在不久的將來(lái)還會(huì)持續(xù)下去。在此背景下，作為新一代商用飛機(jī)發(fā)展的核心技術(shù)之一，目前國(guó)內(nèi)外民航界正在積極探索和研發(fā)大型商用飛機(jī)“單一飛行員駕駛”（Single Pilot Operations，簡(jiǎn)稱SPO）模式。SPO 指在大型民用飛機(jī)駕駛艙中僅配置一名飛行員（機(jī)長(zhǎng)），借助提升的機(jī)載設(shè)備或者遠(yuǎn)程地面站操作員的支持（或者兩者組合），能夠在各種飛行場(chǎng)景中安全有效地完成航線飛行任務(wù)，并且達(dá)到不低于目前雙乘員駕駛模式的飛行安全水平。

支持SPO 的人們認(rèn)為SPO 會(huì)導(dǎo)致一場(chǎng)航空運(yùn)輸革命，在滿足當(dāng)前商用飛機(jī)雙乘員駕駛模式功能和安全性的條件下，SPO 可以帶來(lái)減少飛行員數(shù)量、提升經(jīng)濟(jì)性、減少駕駛艙資源配置、縮小駕駛艙空間和減輕飛機(jī)重量等方面的好處。例如，42%的美國(guó)航線飛行員10 年后將退休，累積的飛行員短缺在2035 年將達(dá)到4 萬(wàn)人。SPO 的這些優(yōu)勢(shì)對(duì)短途支線客貨飛機(jī)表現(xiàn)得更加突出。然而，國(guó)際民航飛行員協(xié)會(huì)（ALPA）在2019 年發(fā)布的白皮書《單人飛行操作的危險(xiǎn)》中明確反對(duì)SPO，強(qiáng)調(diào)為維持飛行安全，大型民用飛機(jī)駕駛艙至少需要兩名飛行員。N.Stewart 等針對(duì)SPO的問卷調(diào)查表明，公眾支持SPO 的前提是保證飛行員健康、維持技術(shù)可靠性以及提供較大幅度的機(jī)票降價(jià)。

美國(guó)NASA 一直在持續(xù)開展針對(duì)SPO 的相關(guān)研究，并且系統(tǒng)地提出了一些SPO 總體設(shè)計(jì)方案。歐盟的“減少應(yīng)激和工作負(fù)荷的高級(jí)駕駛艙”（ACROSS）計(jì)劃也包括了SPO 研究。Boe?ing、Airbus 等飛機(jī)制造商以及Rockwell 等航空設(shè)備供應(yīng)商也在開展相關(guān)的SPO 研發(fā)工作。國(guó)內(nèi)，針對(duì)SPO 技術(shù)方案和系統(tǒng)架構(gòu)的一些研究工作也開始起步，例如，2020 年，上海交通大學(xué)王淼等提出了一個(gè)SPO 模式系統(tǒng)架構(gòu)。目前，國(guó)內(nèi)一些航空公司也開始關(guān)注SPO。

人因工程（Human Factors Engineering，民航界也稱之為“人為因素”）預(yù)備研究在飛機(jī)型號(hào)研發(fā)中起著無(wú)可替代的重要作用，SPO 研發(fā)也不例外。作為一個(gè)標(biāo)志性事件，2012 年NASA 的首次SPO 技術(shù)交流會(huì)的主要議題之一就是關(guān)于SPO 人因工程預(yù)備研究的重點(diǎn)和范圍。自此之后，在美國(guó)以NASA 為主開展了一系列SPO 人因工程研究，歐洲和澳洲等地的科研院校也開展了SPO 人 因 工 程 研 究，目 前 公 開 發(fā) 表 的SPO 人因工程研究文獻(xiàn)有數(shù)十篇，但國(guó)內(nèi)這方面的工作尚未啟動(dòng)。

人因工程界強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)SPO 的最大障礙不是技術(shù)本身，而是如何遵循“以人為中心設(shè)計(jì)”的理念，合理利用技術(shù)，研發(fā)出一個(gè)有效支持SPO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和飛行安全的人因工程解決方案。

針對(duì)SPO 人因工程預(yù)研的重要性和迫切性，本文從人因工程角度出發(fā)，通過(guò)文獻(xiàn)綜述和分析來(lái)回答以下問題：目前國(guó)外的SPO 人因工程預(yù)研進(jìn)展到一個(gè)什么程度？有哪些主要結(jié)果？存在的主要問題是什么？在回答這些問題的基礎(chǔ)上，本文深入分析針對(duì)SPO 的一些關(guān)鍵人因問題，提出今后的研究重點(diǎn)，并針對(duì)今后SPO 人因工程研究，提出總的思路和建議。

1 SPO 人因工程研究概述與現(xiàn)狀

1.1 SPO 總體設(shè)計(jì)方案

開展SPO 人因工程研究，首先要制定初步的SPO 總體設(shè)計(jì)方案，然后通過(guò)一系列人因工程分析、建模、原型設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究等手段比較和驗(yàn)證所提出的SPO 設(shè)計(jì)方案，確定最佳方案，最后為SPO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供人因工程的解決方案。

初期的SPO 研究主要涉及兩種SPO 總體方案。一種是駕駛艙機(jī)載設(shè)備更新方案（以下簡(jiǎn)稱駕駛艙方案），這是一種“以飛機(jī)為中心”的方案，主要通過(guò)提升現(xiàn)有駕駛艙機(jī)載自動(dòng)化系統(tǒng)或引進(jìn)機(jī)載智能自主化系統(tǒng)來(lái)替代現(xiàn)有人類副駕駛的部份職責(zé)，SPO 飛行操作基本上不依賴于地面支持。另一種是遠(yuǎn)程地面站支持方案（以下簡(jiǎn)稱地面站方案），這是一種“以空地為中心”的方案，具有分布式機(jī)組的設(shè)計(jì)概念，將現(xiàn)有副駕駛的部份職責(zé)從空中移到了地面。在地面站方案中，地面站操作員主要承擔(dān)以下三種角色：（1）常規(guī)的多機(jī)“簽派員”；（2）為多架正常起飛或近進(jìn)飛機(jī)提供支持的“港口飛行員”（harbor pilot）；（3）為處于非正常狀態(tài)飛行（off-normal）的單架SPO 飛機(jī)提供飛行支持的“遠(yuǎn)程飛行員”。因此，地面站操作員根據(jù)任務(wù)可分為：混合式操作員（承擔(dān)以上所有三種角色）、專職地面操作員（承擔(dān)角色1 和2）、地面飛行員（承擔(dān)角色3）。地面站方案也包括對(duì)駕駛艙機(jī)載設(shè)備以及地面站設(shè)備的技術(shù)升級(jí)。

隨著研究的展開，研究者開始考慮第三種方案：“駕駛艙+地面站”組合式SPO 總體設(shè)計(jì)方案。例如，NASA 團(tuán)隊(duì)根據(jù)飛行員能力和飛行條件兩個(gè)維度將該SPO 組合式總體方案分成四個(gè)類別，如表1 所示，其中飛行條件是指除飛行員能力以外的影響飛行的因素，比如飛機(jī)、天氣、機(jī)場(chǎng)等狀態(tài)。駕駛艙機(jī)載和地面站設(shè)備更新是指升級(jí)現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)或者引進(jìn)新的智能自主化系統(tǒng)。

表1 SPO 研究方案分類Table 1 Taxonomy of SPO research solutions

從表1 可以看出：從類別1 到類別4，SPO 的飛行操作變得更具挑戰(zhàn)性，對(duì)實(shí)施SPO 的飛行安全要求也相應(yīng)提高，對(duì)SPO 機(jī)長(zhǎng)和地面站操作員的職責(zé)、設(shè)備支持、操作程序等方面的考慮也更為復(fù)雜。例如，類別1 的SPO 方案不需要大量的地面站支持。在類別2 的SPO 方案中，SPO 機(jī)長(zhǎng)可能會(huì)要求地面站支持，尤其在非正常飛行場(chǎng)景以及工作量很大的情況下。類別3 的SPO 方案要求地面站操作員履行機(jī)長(zhǎng)的職責(zé)，在駕駛艙機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)的輔助下遠(yuǎn)程操控飛機(jī)安全著陸。在類別4的SPO 方案中，履行機(jī)長(zhǎng)職責(zé)的地面站操作員可能需要地面站其他人員的協(xié)助才能安全地操控飛機(jī)著陸。根據(jù)地面站操作員的角色，“簽派員”需要支持方案類別1～類別4 中的部分任務(wù)；“港口飛行員”支持類別1；“地面飛行員”需要支持類別2、類別3、類別4。

Airbus 稱之為“最小可行模擬器”的SPO 飛機(jī)駕駛艙模型、NASA 的一個(gè)SPO 模擬地面站、上海交通大學(xué)的“駕駛艙+地面站”SPO 組合方案演示驗(yàn)證系統(tǒng)架構(gòu)以及設(shè)計(jì)原型分別如圖1～圖3 所示。

圖1 Airbus 的SPO 飛機(jī)模擬駕駛艙［31］Fig.1 An SPO flight deck simulator from Airbus［31］

圖2 NASA SPO 實(shí)驗(yàn)?zāi)M地面站［15］Fig.2 A NASA SPO simulated ground station［15］

圖3 上海交通大學(xué)的“駕駛艙+地面站”SPO 組合方案演示和驗(yàn)證系統(tǒng)架構(gòu)［9］Fig.3 The demonstration and verification system architecture of the combined“flight deck+ground station”SPO solution proposed by Shanghai Jiao Tong University［9］

1.2 研究方法

基于K.L.Vu 等，D.Schmid 等的綜述，概括出目前SPO 人因工程研究所采用的主要方法，如表2 所示。人因工程研究方法首先是基于“以人為中心”的理念，在研究初期充分收集人（飛行員、地面站操作員等）的需求；然后構(gòu)建設(shè)計(jì)概念和原型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取用戶（飛行員等）對(duì)設(shè)計(jì)概念和原型的反饋，整個(gè)過(guò)程是一個(gè)重復(fù)迭代的流程；最終篩選出符合人因工程需求的最佳SPO方案。

表2 目前SPO 研究中所采用的主要人因工程方法Table 2 Major human factors methods used in the current SPO research

從表2 可以看出：目前SPO 人因工程研究總體上按照“以人為中心”理念和方法展開，這種“以人為中心”方法有助于優(yōu)化人機(jī)匹配，支持適航認(rèn)證，保證系統(tǒng)安全，降低后期系統(tǒng)開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，這樣的方法也說(shuō)明在SPO 系統(tǒng)研發(fā)中人因工程“預(yù)研先行”的重要性。

1.3 階段性研究結(jié)果

從研究的側(cè)重面看，2012 年NASA SPO 技術(shù)交流會(huì)確定了人因工程研究的5 個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域：SPO設(shè)計(jì)方案、設(shè)備系統(tǒng)更新、人員交流與溝通、飛行員失能、適航認(rèn)證。目前的人因工程研究主要集中在前三個(gè)方面，取得了以下一些階段性研究結(jié)果。

首先，基于有限的模擬駕駛艙實(shí)驗(yàn)研究，目前還沒有足夠的人因工程研究數(shù)據(jù)證實(shí)哪一種SPO方案具有明顯的優(yōu)勢(shì)。多項(xiàng)人因工程模擬艙實(shí)驗(yàn)研究表明，SPO 駕駛艙機(jī)長(zhǎng)借助于地面站或駕駛艙機(jī)載設(shè)備升級(jí)的支持，能夠完成正常飛行場(chǎng)景和某些非正常場(chǎng)景中的飛行操作任務(wù)。

第二，基于對(duì)飛行員工作負(fù)荷的考慮，沒有地面站支持的SPO 方案已經(jīng)被許多研究放棄。多項(xiàng)模擬駕駛艙實(shí)驗(yàn)表明，在非正?；驊?yīng)急飛行場(chǎng)景中，飛行員普遍報(bào)告SPO 會(huì)導(dǎo)致工作負(fù)荷增加，沒有地面站支持的SPO 方案差于有地面站支持的方案，地面站支持有助于降低飛行員工作負(fù)荷和飛行安全。

第三，地面站的多機(jī)“簽派員”借助地面站設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)一人為多架正常起飛或進(jìn)近的SPO飛機(jī)提供副駕駛職責(zé)的支持，這個(gè)結(jié)論是基于有效的地面站設(shè)備以及人機(jī)界面可以為地面站操作員提供足夠的有關(guān)SPO 飛機(jī)的情景意識(shí)。

第四，從安全和人因工程等角度考慮，許多研究建議“駕駛艙方案+地面站方案”的組合方案，即通過(guò)提升現(xiàn)有駕駛艙機(jī)載設(shè)備，同時(shí)也為SPO 飛行員提供地面站支持，構(gòu)建一個(gè)“單一駕駛艙飛行員+駕駛艙機(jī)載設(shè)備+地面站操作員”協(xié)同實(shí)現(xiàn)的SPO 新模式。盡管該組合方案比較復(fù)雜，但研究者認(rèn)為，這種組合方案可以處理各種不可預(yù)見的影響飛行安全的場(chǎng)景，最大程度地保證SPO 飛行安全。

最后，SPO 人因工程研究取得了一些階段性結(jié)果，為SPO 總體方案的初步選擇提供了人因工程的學(xué)科支持。Boeing 和Airbus 等飛機(jī)制造商正在研發(fā)SPO 民用飛機(jī)，由于缺少足夠的信息，目前本文無(wú)法準(zhǔn)確判斷這些階段性研究結(jié)果對(duì)制造商的SPO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的具體影響。

1.4 存在的主要問題

首先，盡管SPO 人因工程研究取得了一些階段性結(jié)果，但是目前的研究還不全面。雖然一些研究建議采用“駕駛艙方案+地面站方案”的SPO組合方案，但是該方案增加了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，涉及到人與機(jī)（駕駛艙，地面站）、空（駕駛艙）與地（地面站）人員之間功能和任務(wù)的重新分配，機(jī)載和地面設(shè)備的升級(jí)以及航空運(yùn)輸系統(tǒng)等多方面的重大更改，需要開展進(jìn)一步的研究來(lái)為SPO 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)提供完整的SPO 人因工程解決方案。

其次，目前的SPO 人因工程研究?jī)H考慮了有限的飛行場(chǎng)景，還缺乏足夠的研究證據(jù)來(lái)完整地驗(yàn)證SPO 方案。例如，模擬艙實(shí)驗(yàn)僅考慮了有限的非正常和應(yīng)急飛行場(chǎng)景，沒有全面考慮如何從非正常飛行狀態(tài)或者偏離正常自動(dòng)化飛行程序的操作中恢復(fù)等復(fù)雜飛行場(chǎng)景，也沒有充分考慮地面站“遠(yuǎn)程飛行員”為處于非正常飛行場(chǎng)景中的單架SPO 飛機(jī)提供飛行支持的場(chǎng)景。這些高工作量場(chǎng)景對(duì)飛行員以及地面站操作員的工作負(fù)荷、人機(jī)交互和協(xié)作、飛行操控和決策等方面影響很大。另外，在SPO“正?！毖埠斤w行階段，低工作量可能會(huì)增加飛行員無(wú)聊和疲勞等效應(yīng)，導(dǎo)致情景意識(shí)和警戒水平下降，目前還缺乏這方面的研究。

最后，目前的SPO 人因工程研究還沒有開展（或者沒有深入開展）針對(duì)一些SPO 關(guān)鍵人因問題的研究。例如，飛行員失能，空地和人機(jī)之間協(xié)同操作和決策，適航認(rèn)證等。另外，許多實(shí)驗(yàn)采用不同的測(cè)試指標(biāo)（工作負(fù)荷等），不利于跨研究的比較；研究大多采用現(xiàn)有駕駛艙設(shè)備或者低保真SPO 駕駛艙設(shè)計(jì)原型，還沒有具體的設(shè)計(jì)方案和高保真設(shè)計(jì)原型；研究缺乏對(duì)駕駛艙設(shè)備更新的總體考慮（提升現(xiàn)有機(jī)載自動(dòng)化或者引進(jìn)新的智能自主系統(tǒng)）；許多研究中的人機(jī)交互設(shè)計(jì)還停留在概念層面。

2 SPO 關(guān)鍵人因問題及研究重點(diǎn)

2.1 人機(jī)功能和任務(wù)分配

作為人因工程研發(fā)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，人機(jī)功能和任務(wù)分配將為SPO 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。無(wú)論采用哪種SPO 方案，都將對(duì)現(xiàn)有基于雙乘員駕駛艙的人機(jī)功能和任務(wù)進(jìn)行重新分配。SPO 研究首先需要優(yōu)化人與機(jī)（機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)）、空（駕駛艙）與地（地面站）人員之間功能和任務(wù)的重新分配。

目前人因工程研究已經(jīng)開展了大量的這方面的研究，研究者采用傳統(tǒng)的功能分析、流程分析等方法，在不同飛行場(chǎng)景中，分析和定義SPO 駕駛艙飛行員、地面站操作員以及設(shè)備系統(tǒng)的角色、功能、任務(wù)等；研究者還采用了一些新方法從不同的角度來(lái)分析SPO 人機(jī)功能和任務(wù)的重新分配，例如認(rèn)知工作分析，工作領(lǐng)域分析。但是，現(xiàn)有的SPO 人機(jī)功能和任務(wù)分配研究工作還不完善，許多研究還側(cè)重于方法的選擇和比較，研究結(jié)果缺少人因工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，尚無(wú)法為SPO 方案的系統(tǒng)需求定義提供完整的分配方案。

另外，目前的研究沒有充分考慮地面站方案。例如，地面站方案的主要挑戰(zhàn)之一是如何定義地面站操作員與SPO 駕駛艙飛行員之間的功能和角色分配，但是大多數(shù)研究注重于地面站操作員的一種任務(wù)，例如支持高工作量情景下的單架飛機(jī)或者多架正常飛行的飛機(jī)，只有K.L.Vu 等、J.Lachter 等的 研 究 包 括 了 地 面 支 持 的 多 任 務(wù)組合。

現(xiàn)有雙乘員駕駛艙的人機(jī)交互設(shè)計(jì)主要是基于幾十年前制定的人與自動(dòng)化系統(tǒng)之間的功能分配方案，這種分配已被證明有時(shí)會(huì)阻礙飛行員履行其主要職責(zé)，不能有效地利用飛行員的潛能（處理異常狀況等），浪費(fèi)了飛行員的基本飛行技能。這種設(shè)計(jì)是基于“以技術(shù)為中心”的理念，將一些飛行操作任務(wù)整體地分配給自動(dòng)化系統(tǒng)，造成將飛行員置于“人在環(huán)外”的狀況，容易降低情景意識(shí)，無(wú)法迅速有效地處理復(fù)雜的意外情況。從方法論上來(lái)說(shuō)，這種分配主要依據(jù)傳統(tǒng)的Fitts 模型：人機(jī)功能分配取決于兩者之間的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，但是沒有系統(tǒng)考慮飛行員潛能和技能，這個(gè)問題對(duì)SPO 飛行員的影響更大。

今后針對(duì)SPO 人機(jī)功能和任務(wù)分配的人因工程研究需要從以下三方面考慮。首先，吸取現(xiàn)有駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的教訓(xùn)，采用“以人為中心”的理念來(lái)指導(dǎo)SPO 人機(jī)功能和任務(wù)分配?；诂F(xiàn)有的研究，選擇最佳的方法明確定義針對(duì)SPO 的分配方案，要嚴(yán)格評(píng)估SPO 中副駕駛工作量的分配去向以及非正常和應(yīng)急飛行場(chǎng)景中的分配方案，充分考慮工作負(fù)荷、人機(jī)交互決策模式、空—地協(xié)同的飛行操控和決策等因素，制定出完整的SPO 人機(jī)功能和任務(wù)分配方案。

其次，采用人因工程實(shí)驗(yàn)（模擬艙實(shí)驗(yàn)等）驗(yàn)證SPO 人機(jī)功能和任務(wù)分配方案，并且采用合適的指標(biāo)（工作負(fù)荷等）來(lái)優(yōu)化分配方案，為SPO 方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)決策提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

最后，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮如何發(fā)揮飛行員潛能和技能。目前，在現(xiàn)有雙乘員駕駛艙中，飛行員每次航線飛行平均花費(fèi)不超過(guò)10 min 的手動(dòng)操控。SPO 駕駛艙自動(dòng)化的提升會(huì)進(jìn)一步減少手動(dòng)操控，要考慮如何既能夠發(fā)揮飛行員潛能和技能，又能保證飛行員“人在環(huán)內(nèi)”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。例如，采用基于自適應(yīng)機(jī)制的智能系統(tǒng)，根據(jù)飛行員 狀 態(tài) 以 及場(chǎng)景 動(dòng) 態(tài) 調(diào) 整人機(jī) 功 能 分 配。在低負(fù)荷操作中鼓勵(lì)手動(dòng)操控；在高負(fù)荷操作中，系統(tǒng)控制飛機(jī)，使飛行員能夠執(zhí)行航線規(guī)劃或者應(yīng)急任務(wù)。

2.2 工作負(fù)荷

傳統(tǒng)雙乘員駕駛模式的一個(gè)重要特征就是工作分工，SPO 模式中將雙乘員的工作由單一飛行員承擔(dān)，增加了飛行員的工作負(fù)荷，這是SPO 面臨的重要問題之一。目前針對(duì)SPO 工作負(fù)荷的人因工程研究主要集中在針對(duì)SPO 駕駛艙飛行員和地面站操作員工作負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)評(píng)估，以及如何通過(guò)設(shè)備系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)來(lái)降低工作負(fù)荷。

研究者對(duì)高工作負(fù)荷狀態(tài)下如何保證SPO 飛行安全的重要性已經(jīng)達(dá)成了共識(shí)。多項(xiàng)研究取得了基本一致的結(jié)果：在正常飛行場(chǎng)景中，多數(shù)飛行員可以接受SPO 操作的工作負(fù)荷；而在非正常操作或應(yīng)急飛行場(chǎng)景中，與雙乘員駕駛艙相比，飛行員普遍認(rèn)為 SPO 的工作負(fù)荷明顯增加。SPO 方案需要給高工作負(fù)荷下的飛行員提供飛行支持方案（例如地面站支持）。

通過(guò)設(shè)備提升和人機(jī)交互設(shè)計(jì)來(lái)降低飛行員工作負(fù)荷是目前關(guān)注的一個(gè)問題。例如，認(rèn)知飛行員—飛機(jī)界面（CPAI）設(shè)計(jì)概念，認(rèn)知自適應(yīng)人機(jī)界面（CAMMI）系統(tǒng)，這些系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)的飛行員工作負(fù)荷以及飛機(jī)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)地調(diào)整人機(jī)任務(wù)分配（自動(dòng)化水平等）。初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)可以降低飛行員的工作負(fù)荷。類似的人機(jī)自適應(yīng)設(shè)計(jì)思路已經(jīng)在早期研究中體現(xiàn)出來(lái)，例如駕駛艙支持系統(tǒng)（CASSY）。其他的設(shè)計(jì)概念包括智能副駕駛電子交叉檢查表、飛行員可穿戴技術(shù)、操作告警系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡、虛擬飛行員輔助系統(tǒng)、飛行操作推薦系統(tǒng)等。

針對(duì)地面站操作員的工作負(fù)荷問題，N.Ho 等初步研究表明，在地面站智能設(shè)備系統(tǒng)（設(shè)計(jì)原型）的支持下，地面站簽派員可以同時(shí)支持多架SPO 飛機(jī)和管理地面高工作量的事件（機(jī)場(chǎng)關(guān)閉等）。K.L.Vu 等研究表明，當(dāng)?shù)孛嬲尽斑h(yuǎn)程飛行員”為處于非正常飛行狀態(tài)的單架SPO 飛機(jī)提供支持時(shí)，就不應(yīng)該執(zhí)行其他職責(zé)。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，需要考慮未來(lái)空中交通管制（ATC）系統(tǒng)對(duì)SPO 飛行員工作負(fù)荷的影響。例如，美國(guó)未來(lái)ATC（NextGen）計(jì)劃將一些ATC 任務(wù)轉(zhuǎn)移給飛行員，而且未來(lái)的空間將更加擁擠，這些變化有可能進(jìn)一步增加SPO 飛行員的工作負(fù)荷。

目前針對(duì)SPO 工作負(fù)荷的人因工程模擬駕駛艙實(shí)驗(yàn)研究存在兩個(gè)主要問題：其一，缺少對(duì)極端條件下飛行場(chǎng)景的考慮；其二，實(shí)驗(yàn)研究采用的工作負(fù)荷測(cè)量指標(biāo)不一致，例如生理、心理、腦電、眼動(dòng)、主觀量表等指標(biāo)，給跨研究比較帶來(lái)困難。

今后針對(duì)SPO 工作負(fù)荷的人因工程研究需要考慮以下三方面工作。首先，建立SPO 工作負(fù)荷評(píng)價(jià)體系，支持對(duì)SPO 總體方案的實(shí)驗(yàn)研究篩選?；谶m航認(rèn)證要求（例如條款25.1523 中的最小飛行組），選擇合適的工作負(fù)荷測(cè)評(píng)指標(biāo)，為SPO空地人—人與人—機(jī)交互、協(xié)同和決策的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)提供人因工程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

其次，針對(duì)目前研究中存在的問題，完善針對(duì)SPO 工作負(fù)荷的人因工程模擬艙實(shí)驗(yàn)研究，特別需要評(píng)估在非正常和應(yīng)急飛行場(chǎng)景中飛行員高工作負(fù)荷對(duì)SPO 駕駛艙方案和地面站方案的影響，為SPO 方案的決策提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，確保SPO 駕駛艙飛行員代替現(xiàn)有雙飛行員駕駛的工作負(fù)荷不超出安全范圍。

最后，通過(guò)技術(shù)手段（自動(dòng)化提升或者智能自主技術(shù)、人機(jī)交互設(shè)計(jì)）來(lái)降低飛行員工作負(fù)荷。例如，基于以往的研究，進(jìn)一步開展智能機(jī)載人機(jī)功能自適應(yīng)分配系統(tǒng)的研究，動(dòng)態(tài)優(yōu)化飛行員工作負(fù)荷。

2.3 飛行員失能

飛行員失能是指由于健康等原因飛行員喪失行為和認(rèn)知等能力。傳統(tǒng)雙乘員駕駛模式下的飛行員失能可能危害飛行安全，飛行員失能對(duì)SPO飛行安全的影響更加突出。研究者對(duì)SPO 飛行員失能的重要性已經(jīng)達(dá)成了廣泛的共識(shí)，SPO駕駛艙必須裝備機(jī)載感知系統(tǒng)來(lái)準(zhǔn)確判斷飛行員是否處于失能狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)飛行員進(jìn)入失能狀態(tài)，機(jī)載自動(dòng)化系統(tǒng)或者地面支持站必須快速接管SPO 飛機(jī)。

發(fā)生飛行員失能的概率相當(dāng)?shù)?，但是從單人駕駛特殊性、公眾對(duì)SPO 接受度以及民航安全等方面考慮，飛行員失能狀態(tài)下保證SPO 飛行安全顯得尤為重要。有研究者建議，相對(duì)于雙乘員駕駛艙雙倍的余度式安全設(shè)計(jì)，SPO 飛行需要有“三倍”的余度式安全設(shè)計(jì)。

“未來(lái)歐洲環(huán)境中的飛機(jī)安全聯(lián)盟”（SAFEE）研究項(xiàng)目針對(duì)飛行員失能和自殺事件的研究思路是開發(fā)飛機(jī)機(jī)載飛行員健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和飛機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。許多研究建議當(dāng)SPO 飛行員失能事件發(fā)生時(shí)，地面站操作員應(yīng)該接管飛機(jī)的操控，將飛機(jī)安全著陸在合適的機(jī)場(chǎng)，或者監(jiān)控機(jī)載系統(tǒng)所操控的飛機(jī)自動(dòng)著陸。

目前針對(duì)SPO 飛行員失能的人因工程研究還沒有全面展開，這方面的文獻(xiàn)有限，所關(guān)心的兩個(gè)主要問題是飛行員失能監(jiān)控指標(biāo)和監(jiān)控手段。

D. Schmid 等的研 究 采用了系 統(tǒng) 理論事故模型和過(guò)程（STAMP）以及系統(tǒng)理論過(guò)程分析（STPA），研究分析了飛行員失能以及地面站如何檢測(cè)這種場(chǎng)景來(lái)快速接管飛機(jī)操控。建模結(jié)果表明，使用升級(jí)的自動(dòng)化系統(tǒng)可以防止由于SPO 飛行員失能而可能導(dǎo)致的事故，該結(jié)果還沒有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

在非SPO 研究領(lǐng)域，人因工程針對(duì)人類操作員（飛行員、車輛駕駛員等）失能問題已經(jīng)開展了許多研究。從操作員失能的監(jiān)控指標(biāo)來(lái)看，人因工程研究建議采用對(duì)警覺、嗜睡、疲勞、失去知覺等狀態(tài)的檢測(cè)（心理、生理、眼動(dòng)、腦電監(jiān)測(cè)等）以及對(duì)高環(huán)境壓力和工作量的檢測(cè)（心理、生理監(jiān)測(cè)等）等。例如，Y. Lim 等提出的SPO“虛擬飛行員助理”（VPA）系統(tǒng)架構(gòu)建議采用大腦（例如血氧水平）、心血管（心率變異性等）、眼睛（眨眼率、瞳孔直徑等）活動(dòng)指標(biāo)。

從SPO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度，研究者一般建議采用被動(dòng)式和非侵入式飛行員監(jiān)控方法。有研究認(rèn)為地面站的支持既能夠幫助減輕SPO 飛行員的工作負(fù)荷，同時(shí)在互動(dòng)中可以幫助檢測(cè)飛行員的狀態(tài)。

另外，當(dāng)SPO 飛行員失能事件發(fā)生時(shí)，SPO 飛機(jī)實(shí)際上過(guò)渡到一架由地面站遠(yuǎn)程遙控的大型無(wú)人飛行器。人因工程界已經(jīng)開展了一系列針對(duì)大型無(wú)人飛行器應(yīng)急狀態(tài)下地面遙控的人機(jī)交互、人工接管等方面的研究，這些研究可以為SPO飛行員失能的系統(tǒng)解決方案提供支持。

今后的人因工程研究主要包括以下三方面。首先，基于目前的研究，開展針對(duì)SPO 飛行員失能監(jiān)測(cè)指標(biāo)的人因工程研究，利用人因工程實(shí)驗(yàn)研究來(lái)篩選最佳監(jiān)測(cè)指標(biāo)以及觸發(fā)告警的最佳閥限值。

其次，開展針對(duì)SPO 飛行員失能的機(jī)載監(jiān)測(cè)手段的人因工程研究。例如，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的人機(jī)交互，系統(tǒng)舒服性等（非侵入式測(cè)量，遠(yuǎn)程監(jiān)控等），監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性和預(yù)測(cè)性（臉部識(shí)別，腦電測(cè)量等）。利用針對(duì)自動(dòng)駕駛車駕駛員監(jiān)測(cè)的人因工程研究成果為SPO 飛行員失能監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)提供參考。

最后，針對(duì)從飛行員失能事件發(fā)生到SPO 飛機(jī)安全著落期間的平穩(wěn)安全問題，人因工程要提供解決方案。解決方案包括飛行員失能監(jiān)控、機(jī)載系統(tǒng)（自動(dòng)化/智能自主系統(tǒng)）的自動(dòng)接管、地面站緊急飛行支持、地面站操作員情景意識(shí)和角色轉(zhuǎn)換等。

2.4 自動(dòng)化與智能自主化系統(tǒng)更新

實(shí)現(xiàn)SPO 的必要條件是更新現(xiàn)有設(shè)備系統(tǒng)，目前爭(zhēng)議的焦點(diǎn)是采用自動(dòng)化技術(shù)提升現(xiàn)有駕駛艙機(jī)載自動(dòng)化系統(tǒng)還是引進(jìn)基于智能新技術(shù)的機(jī)載智能自主化系統(tǒng)（autonomous systems）。

自動(dòng)化系統(tǒng)依賴于固定的邏輯規(guī)則和算法來(lái)執(zhí)行定義好的任務(wù)，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計(jì)無(wú)法預(yù)料的飛行場(chǎng)景時(shí)，需要飛行員人工干預(yù)。大量的駕駛艙自動(dòng)化人因工程研究發(fā)現(xiàn)，雖然自動(dòng)化減少了飛行員的體力工作負(fù)荷，但是增加了飛行員自動(dòng)化監(jiān)控中的認(rèn)知工作負(fù)荷，可能導(dǎo)致飛行員對(duì)自動(dòng)化的過(guò)度信任、情景意識(shí)和警戒水平下降。遇到意外事件時(shí)，系統(tǒng)可能引起飛行員的模式混淆、自動(dòng)化情景意識(shí)下降等問題，這些問題導(dǎo)致了多起飛行事故。

智能自主化系統(tǒng)通過(guò)基于人工智能算法、大數(shù)據(jù)和專家知識(shí)庫(kù)（尤其是應(yīng)對(duì)非正常和應(yīng)急操作場(chǎng)景）的學(xué)習(xí)訓(xùn)練，在一些操作場(chǎng)景中，系統(tǒng)會(huì)具有一定的學(xué)習(xí)、自適應(yīng)等能力，有可能在沒有人工干預(yù)的情況下獨(dú)立執(zhí)行一些設(shè)計(jì)中無(wú)法預(yù)期的場(chǎng)景任務(wù)，從而能在更大的操作范圍內(nèi)提供“自動(dòng)化”功能。不同于作為輔助工具的自動(dòng)化系統(tǒng)，智能自主系統(tǒng)可以成為與人類合作的“隊(duì)友”，分享任務(wù)和操控權(quán)，形成“人機(jī)組隊(duì)”（human-ma?chine teaming）式合作的新型人機(jī)關(guān)系，或者稱為“人—自主化組隊(duì)”（human-autonomy teaming）式合作。

許多研究者希望在SPO 駕駛艙引進(jìn)一個(gè)“智能副駕駛”來(lái)承擔(dān)起與SPO 飛行員合作的隊(duì)友角色，形成類似于雙乘員駕駛艙的機(jī)組合作關(guān)系來(lái)解 決SPO 的 一 些 挑 戰(zhàn)。例 如，G. To?kadli 等采用一個(gè)“劇本委托界面“（playbook del?egation interface，簡(jiǎn)稱PDI）來(lái)評(píng)估SPO 駕駛艙中的“人—自主化組隊(duì)”式合作。該系統(tǒng)是一個(gè)基于領(lǐng)域知識(shí)庫(kù)和決策—行為架構(gòu)的智能自主系統(tǒng)，在一些設(shè)計(jì)無(wú)法預(yù)料的操作場(chǎng)景中可以輔助操作員。初步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，飛行員認(rèn)為PDI 有助于他們與該自主化系統(tǒng)的合作。Y.Lim 等提出的SPO“虛擬飛行員助理”（VPA）系統(tǒng)架構(gòu)就是基于智能技術(shù)，該系統(tǒng)包括推理模型、不確定性分析模型、認(rèn)知知識(shí)模型等，其設(shè)計(jì)目的是通過(guò)駕駛艙飛行員與智能自主化系統(tǒng)之間的協(xié)作來(lái)降低飛行員的工作負(fù)荷。

在NASA、FAA 和Rockwell 早期合作的一項(xiàng)SPO 模擬艙實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告中，針對(duì)SPO 會(huì)導(dǎo)致飛行員工作負(fù)荷增加等問題，該報(bào)告建議SPO 的技術(shù)干預(yù)方案不應(yīng)該僅僅是提升現(xiàn)有駕駛艙的自動(dòng)化系統(tǒng)，而是應(yīng)該考慮引進(jìn)新的智能自主化系統(tǒng)。一些研究者也認(rèn)同這樣的技術(shù)路徑。

盡管目前針對(duì)“智能副駕駛”的技術(shù)和人因工程研究尚不成熟，但是在大型民用飛機(jī)機(jī)載設(shè)備領(lǐng)域已有一些正在研發(fā)的智能子系統(tǒng)，例如智能化推薦檢查表及狀態(tài)傳感系統(tǒng)，機(jī)載人機(jī)語(yǔ)音交互，智能化空中交通防撞系統(tǒng)，應(yīng)對(duì)故障模式的智能飛行系統(tǒng)，可穿戴智能設(shè)備。這些研發(fā)有助于為SPO 機(jī)載智能自主系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展路徑提供支持。

SPO 地面站同樣需要設(shè)備系統(tǒng)更新。例如，NASA 團(tuán)隊(duì)采用“人—自主化組隊(duì)”式合作理念開展了一項(xiàng)針對(duì)地面站“簽派員”執(zhí)行飛行跟蹤任務(wù)的評(píng)估，該研究采用了一個(gè)自主約束飛行計(jì)劃器（ACFP）系統(tǒng)。作為一種自動(dòng)推薦系統(tǒng)，ACFP匯集多源信息，生成一份排序的選項(xiàng)（天氣、位置、地形、飛機(jī)狀況、機(jī)場(chǎng)跑道等），目的是通過(guò)該系統(tǒng)與地面站操作員的協(xié)作關(guān)系，支持地面站操作員在非正常場(chǎng)景中的快速?zèng)Q策。初步的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與沒有ACFP 的地面站相比，參與者認(rèn)為ACFP 提供了足夠的情景意識(shí)，降低了工作負(fù)荷。

提升現(xiàn)有的駕駛艙機(jī)載自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)支持SPO 是另一種思路。采用這種思路的SPO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮雙乘員駕駛艙自動(dòng)化的人因工程問題。如前所述，“以技術(shù)為中心”的理念導(dǎo)致現(xiàn)有雙乘員駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)容易引起飛行員“人在環(huán) 外”的 效應(yīng)。L. Bainbridge發(fā) 現(xiàn) 了 一個(gè)經(jīng)典的“自動(dòng)化諷刺”現(xiàn)象：自動(dòng)化程度越高，操作員介入越少，對(duì)系統(tǒng)的關(guān)注度就越低；在應(yīng)急場(chǎng)景中，操作員就越不容易通過(guò)人工干預(yù)來(lái)操控系統(tǒng)。更新SPO 機(jī)載自動(dòng)化系統(tǒng)必然提升系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，如何避免“自動(dòng)化諷刺”現(xiàn)象是SPO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)挑戰(zhàn)。

針對(duì)駕駛艙自動(dòng)化的升級(jí)方案，人因工程研究提出了自適應(yīng)的設(shè)計(jì)概念，即根據(jù)飛行員狀態(tài)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整自動(dòng)化水平。其他已經(jīng)研發(fā)或者正在研發(fā)的項(xiàng)目包括“電子副駕駛”、“認(rèn)知駕駛艙（COGPIT）”、“機(jī)組人員駕駛艙自動(dòng)化系統(tǒng)（ALIAS）”、“數(shù)字化副駕駛”等。盡管有些項(xiàng)目不是針對(duì)SPO，但是這些設(shè)計(jì)概念為SPO 駕駛艙自動(dòng)化升級(jí)提供了參考。

人因工程研究表明，提升駕駛艙機(jī)載自動(dòng)化的水平可以降低飛行員體力工作負(fù)荷，但是也可能提升認(rèn)知工作負(fù)荷并且降低情景意識(shí)。人因工程實(shí)驗(yàn)研究表明，這種情景意識(shí)損失可以通過(guò)使用中等程度的自動(dòng)化來(lái)減少。如何為SPO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供明確的解決方案有待于今后的人因工程研究。

針對(duì)SPO 地面站自動(dòng)化設(shè)備的升級(jí)方案，J.Lachter 等評(píng)估了一個(gè)基于自動(dòng)化技術(shù)的合作工具（CT）設(shè)計(jì)原型對(duì)SPO 人機(jī)溝通和決策的影響。在該實(shí)驗(yàn)中，參與人員在三種配置中執(zhí)行了非正常飛行場(chǎng)景：基準(zhǔn)操作（雙人飛行操作）、使用/不使用協(xié)作工具的SPO 操作。研究結(jié)果表明，雖然參與人員更喜歡基準(zhǔn)操作的配置，但是他們認(rèn)為協(xié)作工具的確有助于SPO 操作。這種從人機(jī)協(xié)作的角度來(lái)評(píng)估自動(dòng)化升級(jí)值得鑒借。

綜上所述，提升現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)還是引進(jìn)智能自主系統(tǒng)，目前還沒有明確的結(jié)論。今后的人因工程研究需要解決以下四方面問題。

首先，無(wú)論是采用自動(dòng)化或者智能自主系統(tǒng)，本文強(qiáng)調(diào)采納“以人為中心”的理念來(lái)指導(dǎo)對(duì)SPO設(shè)備系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。該理念要求將人類操作員放在系統(tǒng)研發(fā)的中心位置考慮，發(fā)揮人類智能與機(jī)器智能間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)“人在環(huán)”的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證人類操作員擁有對(duì)SPO 飛機(jī)的最終操控權(quán)。

第二，根據(jù)人因工程研究、機(jī)載自動(dòng)化技術(shù)和智能自主技術(shù)可行性，初步建議SPO 駕駛艙設(shè)備系統(tǒng)采用“自動(dòng)化+自主化”的組合式方案，根據(jù)場(chǎng)景復(fù)雜性選用技術(shù)，利用兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)來(lái)獲取最大的安全保證。例如，提升現(xiàn)有機(jī)載自動(dòng)化來(lái)開發(fā)面向一般飛行環(huán)境的自動(dòng)飛行模式，引進(jìn)智能自主系統(tǒng)來(lái)開發(fā)面向復(fù)雜飛行環(huán)境的自主飛行模式（可獨(dú)立執(zhí)行一些無(wú)法預(yù)期的任務(wù)）。人因工程要從人機(jī)功能分配、工作負(fù)荷、人機(jī)交互協(xié)同等方面出發(fā)，優(yōu)化人—自動(dòng)化—智能自主系統(tǒng)三者之間的整合設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證最終的技術(shù)方案。

第三，針對(duì)駕駛艙設(shè)備升級(jí)，開展人機(jī)交互、協(xié)作和決策的人因工程研究，為SPO 空地人—人與人—機(jī)交互、協(xié)同和決策的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)提供人因工程方案。例如，基于智能技術(shù)，構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基于“人—自主化組隊(duì)”合作的人—自主化之間的人機(jī)交互和決策模式及設(shè)計(jì)概念；在以往人因工程研究基礎(chǔ)上，構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證SPO 駕駛艙飛行員與自動(dòng)化之間的人機(jī)交互決策模式和設(shè)計(jì)概念。

最后，針對(duì)駕駛艙機(jī)載自動(dòng)化升級(jí)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要避免“自動(dòng)化諷刺”現(xiàn)象，解決目前雙乘員駕駛艙中的人因問題（簡(jiǎn)化自動(dòng)駕駛模式，避免“人在環(huán)外”等），在人與自動(dòng)化（自動(dòng)化水平、人機(jī)功能分配、工作負(fù)荷等）之間找到一個(gè)最佳設(shè)計(jì)平衡點(diǎn)，保證“只有通過(guò)嚴(yán)格人因工程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的自動(dòng)化升級(jí)方案”才能在SPO 方案中被考慮。

2.5 人機(jī)交互和人機(jī)界面

駕駛艙和地面站設(shè)備系統(tǒng)要在SPO 中發(fā)揮作用離不開有效的人機(jī)交互。回顧歷史，目前雙乘員駕駛艙人機(jī)交互設(shè)計(jì)基本上遵循“以技術(shù)為中心”的理念，導(dǎo)致人機(jī)界面擁有過(guò)分復(fù)雜的自動(dòng)化模式和控制方式，帶來(lái)產(chǎn)生人為差錯(cuò)的隱患。例如，垂直導(dǎo)航（VNAV）操作中的眾多自動(dòng)化控制方式（垂直速度-V/S、飛行高度改變/FLCH、VNAV 航路、VNAV 速度、飛行路徑角/FPA 等）增加了飛行員的認(rèn)知工作負(fù)荷；新增機(jī)載設(shè)備的告警信號(hào)（TCAS、EGPWS 等）沒有與原有機(jī)載告警信號(hào)實(shí)現(xiàn)有效整合，容易給高負(fù)荷狀態(tài)下的飛行員造成信息過(guò)載。

受跨機(jī)型設(shè)計(jì)通用性和兼容性、飛行員培訓(xùn)、適航風(fēng)險(xiǎn)等因素的影響，后續(xù)新機(jī)型的駕駛艙人機(jī)交互設(shè)計(jì)并沒有得到根本的改進(jìn)。SPO 應(yīng)該是優(yōu)化駕駛艙人機(jī)交互設(shè)計(jì)的一個(gè)新機(jī)遇，必須考慮如何解決這些“歷史遺留”的人機(jī)界面設(shè)計(jì)問題。

現(xiàn)有雙乘員駕駛艙會(huì)顯示過(guò)多與飛行員當(dāng)前任務(wù)無(wú)關(guān)的信息，這種信息過(guò)載問題對(duì)SPO 飛行員的影響更大?，F(xiàn)有駕駛艙人機(jī)顯示界面實(shí)際上并沒有完全實(shí)現(xiàn)從“空分制”（空間固定式機(jī)電儀表）向“時(shí)分制”（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化數(shù)字顯示器）顯示方式的過(guò)渡，并且缺乏基于優(yōu)化等級(jí)的動(dòng)態(tài)信息顯示。Airbus 考慮在SPO 駕駛艙中采用基于“以飛行員為中心”的動(dòng)態(tài)優(yōu)化顯示方式，即圍繞飛行員任務(wù)的需求，顯示關(guān)鍵信息，降低次要信息的優(yōu)先等級(jí)。Airbus 認(rèn)為SPO 機(jī)載人機(jī)界面要保證飛行員擁有合適的工作負(fù)荷水平，例如在巡航低負(fù)荷階段，人機(jī)界面需要為飛行員提供一定的人機(jī)交互活動(dòng)，保持“人在環(huán)”的狀態(tài)；在高負(fù)荷階段，人機(jī)界面要突出當(dāng)前飛行目標(biāo)參數(shù)的顯示。在模擬器上針對(duì)飛行員眼動(dòng)掃描行為的實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持Airbus 的思路，該研究表明SPO 操作會(huì)增加飛行員的視覺工作負(fù)荷。

目前針對(duì)SPO 駕駛艙人機(jī)交互的人因工程研究有多種思路。例如，基于“自適應(yīng)設(shè)計(jì)”理念的認(rèn)知飛行員—飛機(jī)界面（CPAI）、認(rèn)知自適應(yīng)人機(jī)界面（CAMMI）；基于“人—自主化組隊(duì)”式合作理念的“劇本委托界面”（PDI）；基于人機(jī)交互技術(shù)的可穿戴技術(shù)和語(yǔ)音交互。

針對(duì)SPO 地面站設(shè)備的人機(jī)交互設(shè)計(jì)，有研究認(rèn)為地面站設(shè)備的人機(jī)交互設(shè)計(jì)需要采用SPO機(jī)載人機(jī)界面的鏡像顯示方式，即顯示與SPO駕駛艙一致的信息，這有利于地面站人員通過(guò)設(shè)備的人機(jī)界面來(lái)遠(yuǎn)程操控SPO 飛機(jī)。Y.Lim 等提出的虛擬飛行員助理系統(tǒng)（VPA）架構(gòu)就包括了SPO 飛行員監(jiān)控、飛行管理/控制等功能的人機(jī)界面。另外，NASA 團(tuán)隊(duì)采用了一個(gè)“應(yīng)急著陸協(xié)調(diào)”系統(tǒng)（ELP），當(dāng)SPO 飛機(jī)發(fā)生故障時(shí)，作為推薦系統(tǒng)的ELP 可幫助飛行員選擇最佳緊急著陸機(jī)場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，地面站操作員認(rèn)為該推薦系統(tǒng)人機(jī)界面的透明化設(shè)計(jì)能夠?yàn)闆Q策提供更好的解釋，并且能有效支持在非正常場(chǎng)景中高負(fù)荷的地面站操作。

如何通過(guò)有效的地面站設(shè)備人機(jī)交互設(shè)計(jì)來(lái)幫助地面站操作員保持足夠的情景意識(shí)也是人因工程關(guān)心的一個(gè)問題。S.L.Brandt 等的初步研究表明，既使地面站操作員缺乏對(duì)某一SPO 飛機(jī)飛行狀態(tài)的詳細(xì)了解，但是當(dāng)該機(jī)向地面站請(qǐng)求副駕駛職責(zé)的飛行支持時(shí)，地面站操作員借助地面站設(shè)備人機(jī)界面仍然可以迅速獲取足夠的情景意識(shí)來(lái)為該機(jī)提供支持。J. Lachter 等研究表明，地面站設(shè)備的透明化人機(jī)界面可以及時(shí)將SPO 飛行環(huán)境和系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供給地面站操作員，從而獲取足夠的情景意識(shí)。有研究建議利用可穿戴人機(jī)交互技術(shù)可以幫助SPO 飛行員提高情景意識(shí)。

總的來(lái)說(shuō)，目前針對(duì)SPO 設(shè)備的人機(jī)交互研究尚不完整，SPO 空對(duì)地人機(jī)協(xié)作和決策系統(tǒng)涉及到空地人—人和人—機(jī)之間的交互、協(xié)同和決策，人—自動(dòng)化/自主化交互等一系列人機(jī)交互問題，有待于今后進(jìn)一步的人因工程研究。

一方面，SPO 為新型駕駛艙人機(jī)交互的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的機(jī)遇，SPO 駕駛艙人機(jī)交互設(shè)計(jì)要基于“以飛行員為中心”的理念，解決現(xiàn)有雙乘員駕駛艙人機(jī)交互存在的問題。例如，基于飛行員任務(wù)的人機(jī)界面動(dòng)態(tài)優(yōu)化顯示方式，簡(jiǎn)化駕駛艙自動(dòng)化控制和顯示方式。要考慮采用創(chuàng)新方法，例如基于“人—自主化組隊(duì)”式合作的人機(jī)交互設(shè)計(jì)。

另一方面，人機(jī)交互和界面設(shè)計(jì)要考慮多種因素（工作負(fù)荷、飛行員失能等），SPO 研發(fā)可以構(gòu)建多個(gè)設(shè)計(jì)原型方案，通過(guò)人因工程模擬駕駛艙實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)化人機(jī)界面的設(shè)計(jì)。

2.6 人—機(jī)與空—地的飛行協(xié)同操控和決策

SPO 改變了駕駛艙飛行員的認(rèn)知決策模式。一方面，SPO 避免了現(xiàn)有雙乘員駕駛艙中雙人飛行員之間潛在的認(rèn)知決策沖突，有助于提升決策效率；另一方面，SPO 駕駛艙飛行員將更多地依賴于個(gè)人知識(shí)、人—機(jī)（機(jī)載系統(tǒng)）之間以及人—人（地面站）空地之間的協(xié)同操控和決策。因此，SPO 的飛行操控和決策模式可能變得更為復(fù)雜。針對(duì)這種新型的飛行操控和決策模式，人因工程研究還沒有通過(guò)深入的研究來(lái)達(dá)到共識(shí)。要達(dá)到這樣的共識(shí)，人因工程研究首先要回答三個(gè)關(guān)鍵問題。

第一個(gè)問題是關(guān)于SPO 駕駛艙飛行員的角色轉(zhuǎn)變。民用飛機(jī)飛行員的主要任務(wù)是飛行、導(dǎo)航、通信（A-N-C），駕駛艙自動(dòng)化的引進(jìn)增加了一個(gè)管理系統(tǒng)的任務(wù)，并且?guī)?lái)了一些不可預(yù)見的事件和故障模式，需要飛行員處理，因此，飛行員更像是一名“自動(dòng)化管理員”或者“異常處理員”。S.M.Sprengart 等認(rèn)為，未來(lái)的機(jī)載設(shè)備系統(tǒng)將自行管理具體的飛行任務(wù)，飛行員可能轉(zhuǎn)變?yōu)轱w行管理角色（從機(jī)場(chǎng)A 到機(jī)場(chǎng)B 的任務(wù)等），成為一名“任務(wù)經(jīng)理”。Airbus 也認(rèn)為未來(lái)駕駛艙中的飛行員一般不用從事具體的航線飛行操作任務(wù)，而主要將承擔(dān)航線規(guī)劃等“任務(wù)管理”的角色。

SPO 涉及到在駕駛艙中移除和替代第二名飛行員的核心問題，這繞不開一個(gè)問題：如何定義人類操作員的角色。SPO 駕駛艙飛行員的這種角色轉(zhuǎn)變和定位將影響人機(jī)和空地之間的功能分配、協(xié)同操控和決策模式，影響SPO 的系統(tǒng)技術(shù)方案。

第二個(gè)問題是關(guān)于SPO 飛機(jī)的最終飛行操控決策權(quán)。基于“以技術(shù)為中心”理念的機(jī)載自動(dòng)化升級(jí)“促使”飛行員成為系統(tǒng)管理員，部分地導(dǎo)致目前雙乘員駕駛艙中飛行員與自動(dòng)化之間在飛行操控和決策方面存在的一些不匹配，進(jìn)而導(dǎo)致了與自動(dòng)化相關(guān)的人因問題。

許多SPO 研究出于對(duì)SPO 整體設(shè)計(jì)復(fù)雜性的擔(dān)憂，研究的重點(diǎn)只是在一個(gè)“舒適區(qū)”內(nèi)針對(duì)SPO 方案提出一些針對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的局部改進(jìn)，這是一種“演變”而不是“革新”的設(shè)計(jì)路徑。雖然這種“演變”路徑對(duì)系統(tǒng)開發(fā)和適航認(rèn)證成本要低得多，但是很難從根本上解決目前人—自動(dòng)化交互中的問題，而且長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，可能帶來(lái)飛行安全、人因工程、系統(tǒng)升級(jí)可擴(kuò)展性等方面的一系列問題。

S.M.Sprengart 等認(rèn)為，離開“舒適區(qū)”是尋找SPO 系統(tǒng)方案的必要條件，只有這樣才能將SPO 飛行員與機(jī)載系統(tǒng)（自動(dòng)化、智能自主化、人機(jī)交互等）在人機(jī)與空地的飛行協(xié)同操控和決策等方面達(dá)到最佳的匹配。無(wú)論哪一種SPO 方案都需要適航認(rèn)證，SPO 提供了一個(gè)獨(dú)特機(jī)遇。S.M.Neis 等建議，SPO 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)應(yīng)該回到原點(diǎn)，將人類操作員放回中心，讓技術(shù)適應(yīng)人類操作員，最終達(dá)到人機(jī)交互、協(xié)同操作和決策的最佳匹配。

第三個(gè)問題是關(guān)于飛行的操控決策權(quán)管理和權(quán)限分配?，F(xiàn)有雙乘員駕駛艙的設(shè)計(jì)是基于“決策控制權(quán)在機(jī)長(zhǎng)手中，直到移交給另一人為止”的原則。SPO 飛行操控權(quán)的授權(quán)管理和權(quán)限分配可發(fā)生在人—機(jī)（機(jī)載、地面站系統(tǒng)）之間或人—人（駕駛艙與地面站）之間，這個(gè)過(guò)程可能會(huì)出現(xiàn)飛行操控決策和權(quán)限分配方面的沖突。目前的研究還沒有明確地定義相應(yīng)的分配原則和模式。

有研究建議只要SPO 系統(tǒng)設(shè)計(jì)定義了相應(yīng)的分配原則和模式，我們可以利用智能自主技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)SPO 飛行操控權(quán)限的分配。例如，智能化空中交通防撞系統(tǒng)（ITCAS）在檢測(cè)到即將發(fā)生碰撞時(shí)，并且飛行員失能或無(wú)法及時(shí)做出反應(yīng)時(shí)，系統(tǒng)可以自適應(yīng)調(diào)整擁有的權(quán)限級(jí)別來(lái)接管飛行操控。

人機(jī)與空地的飛行協(xié)同操控和決策模式設(shè)計(jì)還需要考慮一些人因問題。例如，人因工程研究已經(jīng)表明，當(dāng)飛行員處于環(huán)外狀態(tài)時(shí)，其控制權(quán)應(yīng)該被收回；當(dāng)飛行員從系統(tǒng)中收回飛行操控權(quán)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮飛行員認(rèn)知延遲的影響，尤其在應(yīng)急狀況中對(duì)系統(tǒng)的診斷會(huì)出現(xiàn)更長(zhǎng)的認(rèn)知延遲。研究表明，在應(yīng)急場(chǎng)景中地面站操作員利用人機(jī)協(xié)作系統(tǒng)可以有效支持空地之間操控權(quán)的分配。

綜上所述，目前還沒有足夠的SPO 人因工程研究能夠完整地回答這些重要問題。今后的研究首先需要構(gòu)建和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證SPO 機(jī)長(zhǎng)、駕駛艙設(shè)備系統(tǒng)和地面站操作員三方空地協(xié)同的飛行協(xié)同操控和決策模式。這種模式首先要明確以上三個(gè)問題的答案，考慮各種飛行條件以及SPO 飛行員能力（如表1 所示），考慮在操控權(quán)分享和轉(zhuǎn)移過(guò)程中潛在的人—人或者人—機(jī)沖突，并且通過(guò)人因工程研究來(lái)驗(yàn)證。

另外，今后的研究還需要從SPO 人機(jī)功能的重新分配出發(fā)，嚴(yán)格定義飛行操控和決策權(quán)限的優(yōu)先等級(jí)分配方案。例如，如果機(jī)長(zhǎng)離開駕駛艙，地面站承擔(dān)“副駕駛”的支持人員是否可以履行機(jī)長(zhǎng)的職責(zé)；在飛行員失能情況下，飛行權(quán)限是否自動(dòng)轉(zhuǎn)移到地面“副駕駛”或者由機(jī)載系統(tǒng)接管；如果需要地面站遠(yuǎn)程控制，地面站操作員如何知道他們必須接管控制權(quán)，誰(shuí)擁有最終操控權(quán)；作為一種罕見的情況，如果同時(shí)發(fā)生地空兩名飛行員以敵對(duì)或自殺的方式行事，是否需要考慮備份地面站操作員等。

2.7 人—人交流與溝通

SPO 的系統(tǒng)方案需要考慮地面站操作員、ATC 管制員和駕駛艙的一體化協(xié)同模式，在這一模式中，人—人之間的有效交流與溝通至關(guān)重要。

SPO 駕駛艙飛行員與地面站操作員之間的交流除了技術(shù)挑戰(zhàn)以外，不同空間上人—人（SPO 機(jī)長(zhǎng)與地面站操作員）之間的溝通、協(xié)調(diào)和決策是一個(gè)重要的人因問題，事關(guān)飛行安全。由于無(wú)法獲得非語(yǔ)言線索和動(dòng)作的信息，飛行員的空間分離可能會(huì)對(duì)相互之間的交流以及情景意識(shí)產(chǎn)生負(fù)面影響，例如，飛行員對(duì)他們的角色（誰(shuí)在飛行？）以及動(dòng)作是否完成（是否輸入了命令？）可能會(huì)感到困惑。

J. Lachter 等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一些非正常飛行場(chǎng)景中，雖然SPO 飛行員不喜歡空間分離的操作，但是在空間分離與不分離兩種條件下的SPO 飛行績(jī)效沒有顯著差別。因此，研究者認(rèn)為空間分離對(duì)SPO 空地合作的影響沒有比預(yù)料的大。該模擬艙實(shí)驗(yàn)還比較了SPO 機(jī)長(zhǎng)與地面站“副駕駛”的協(xié)同操作（“空間分離”方案）、現(xiàn)有雙人駕駛艙操作（“無(wú)空間分離”方案）、有或沒有機(jī)組資源管理（CRM）協(xié)作工具支持的三種實(shí)驗(yàn)條件，結(jié)果表明，在一些非正常飛行場(chǎng)景中SPO 駕駛艙飛行員都能夠完成飛行任務(wù)，但是他們更傾向于采用“無(wú)空間分離”的方案以及有CRM 協(xié)作工具的支持。

缺乏副駕駛的SPO 駕駛艙由于缺乏艙內(nèi)人—人之間的交流與溝通，飛行員容易產(chǎn)生單調(diào)、低警戒、易疲勞等狀態(tài)，因此目前的研究都建議SPO 應(yīng)該被限制在短途航線運(yùn)營(yíng)中?，F(xiàn)有的SPO 人因工程研究還沒有充分考慮SPO 對(duì)飛行員疲勞的影響以及針對(duì)飛行員疲勞管理的解決方案。Air?bus 認(rèn)為SPO 機(jī)載人機(jī)界面設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮飛行員的疲勞管理，例如在巡航低負(fù)荷階段，人機(jī)界面為飛行員提供一定的人機(jī)交互活動(dòng)，保持一定的警覺水平。

今后的人因工程研究需要考慮以下三個(gè)方面。首先，進(jìn)一步評(píng)估在不同SPO 飛行階段中空間分離對(duì)飛行員的工作負(fù)荷、情景意識(shí)、警戒水平以及單調(diào)狀態(tài)等方面的影響，為SPO 人機(jī)與空地的協(xié)同操控和決策模式的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供人因工程的支持。

然后，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通過(guò)技術(shù)和人機(jī)交互設(shè)計(jì)等手段來(lái)降低SPO 空地之間潛在的沖突風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)有效的、透明化的人機(jī)交互界面來(lái)促進(jìn)人-人以及人機(jī)之間的溝通。

最后，提供針對(duì)沖突管理的人因工程解決方案。例如，制定沖突管理的策略和方法，改進(jìn)現(xiàn)有CRM 方法，修改現(xiàn)有飛行程序。

2.8 人為因素適航認(rèn)證

SPO 的適航認(rèn)證是一個(gè)公認(rèn)的棘手問題，其中，美國(guó)聯(lián)邦航空總署（FAA）和歐盟航空安全局（EASA）的態(tài)度尤為重要。在2012 年的NASA SPO 會(huì)議上，F(xiàn)AA 飛機(jī)與飛行機(jī)組界面部主任Steve Boyd 表示：SPO 研發(fā)不應(yīng)該將適航認(rèn)證視為一個(gè)障礙，目前的適航認(rèn)證是達(dá)到飛行安全目的的一個(gè)不完美的工具；如果新技術(shù)出現(xiàn)，在保證安全的前提下，F(xiàn)AA 會(huì)認(rèn)為某些條款是過(guò)時(shí)的。EASA 目前正在考慮放寬對(duì)大型民用飛機(jī)SPO 適航認(rèn)證的限制。

適航條款要求本身是與時(shí)俱進(jìn)的。例如，20世紀(jì)80 年代，繼Boeing 757 采用雙人操作駕駛艙以后，Boeing 成功說(shuō)服FAA 將原先計(jì)劃的Boeing 767 的3 人制駕駛艙升級(jí)為雙人制駕駛艙。另外，適航條款FAR 25.1523 發(fā)布在20 世紀(jì)40 年代，該條款的適航要求是基于飛行績(jī)效，并沒有明確指定最小飛行機(jī)組人數(shù)。在20 世紀(jì)60 年代，該條款增加補(bǔ)充了飛行操作、導(dǎo)航、通訊等6 方面的工作負(fù)荷要求。

從人為因素（人因工程）適航認(rèn)證角度看，F(xiàn)AR-25 部中的某些適航條款可能是SPO 適航認(rèn)證的潛在障礙。例如，F(xiàn)AR 25.1523（最小飛行機(jī)組）包含與飛行員失能相關(guān)的要求，并將事故的原因歸因于單人駕駛操作，這可能表明適航當(dāng)局不愿對(duì)SPO 進(jìn)行認(rèn)證。雖然FAR 25 部沒有明確說(shuō)明SPO 是不可以適航認(rèn)證的，但是FAR 25 部中所用的語(yǔ)言是假定雙人操作的駕駛艙。有研究者質(zhì)疑，雖然所有的適航規(guī)范都規(guī)定大型民用飛機(jī)駕駛艙必須有不少于兩人的機(jī)組，但是同時(shí)又規(guī)定所有飛機(jī)必須可以由一名飛行員從任一座位上操作，這是否表明現(xiàn)有雙乘員駕駛艙已經(jīng)滿足了對(duì)SPO 的適航認(rèn)證要求？

針對(duì)人為因素適航條款，人因工程已經(jīng)開展了一些研究。例如，F(xiàn)AR 25 部中許多適航條款從人因工程角度對(duì)駕駛艙設(shè)計(jì)提出了保證最低安全的適航要求，為進(jìn)一步降低由人為因素導(dǎo)致的事故發(fā)生率，國(guó)際航空界一直在努力將航空產(chǎn)品的人因工程設(shè)計(jì)高于適航要求，并且達(dá)成了以下兩方面的共識(shí)。

一方面，目前的人為因素適航條款內(nèi)容滯后于機(jī)載技術(shù)和人因工程領(lǐng)域的發(fā)展。例如，許多條款內(nèi)容是基于以往機(jī)電式機(jī)載設(shè)備而制定的，沒有及時(shí)反映當(dāng)代數(shù)字化、自動(dòng)化和綜合化機(jī)載人機(jī)交互技術(shù)對(duì)人因工程設(shè)計(jì)提出的更高要求，由此帶來(lái)?xiàng)l款內(nèi)容多側(cè)重于物理空間等方面的基本要求（可達(dá)性、可視性等）。人為因素條款基本按照“以系統(tǒng)為中心”的方式分散地羅列在相關(guān)的系統(tǒng)和部件條款中。

另一方面，人為因素適航條款缺乏對(duì)駕駛艙人機(jī)交互設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用。例如，自動(dòng)化駕駛艙可能引起飛行員的自動(dòng)化方式混淆和選擇的人為差錯(cuò)。盡管設(shè)計(jì)不能（也不可能）完全消除人為差錯(cuò)，但作為保障最低飛行安全的適航標(biāo)準(zhǔn)，如何從設(shè)計(jì)上幫助最大限度地減少人為差錯(cuò)有待進(jìn)一步完善。另外，人為因素適航條款缺乏對(duì)不同飛機(jī)制造商之間的駕駛艙人機(jī)界面基本元素的一致性設(shè)計(jì)指導(dǎo)，目前的雙乘員駕駛艙存在不一致的界面設(shè)計(jì)（顯示畫面格式、起飛/復(fù)飛開關(guān)位置、自動(dòng)油門斷開裝置、自動(dòng)飛行方式板布局和方式命名等）。

更重要的是，從進(jìn)一步提高飛行安全的角度看，目前的人為因素適航條款缺乏對(duì)新一代駕駛艙人機(jī)界面優(yōu)化更新的前瞻性指導(dǎo)。這個(gè)問題對(duì)SPO 研發(fā)影響更大，因此適航認(rèn)證條款應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，從而有效地指導(dǎo)SPO 的人因工程設(shè)計(jì)。

滿足當(dāng)前的適航條款對(duì)SPO 是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。例如，就條款FAR 25.1302（人誤管理）的適航要求來(lái)說(shuō)，在多人駕駛艙中，事故數(shù)據(jù)表明一名飛行員所產(chǎn)生的人為差錯(cuò)經(jīng)常由另一名飛行員發(fā)現(xiàn)和改正，SPO 則失去了這種機(jī)會(huì)，這是否會(huì)給安全造成影響？根據(jù)條款FAR 25.1523，要證明SPO 中單飛行員的工作量（借助某種支持方案）等于或小于現(xiàn)有駕駛艙雙人飛行員的工作量也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

人因工程研究表明，建立起申請(qǐng)人與局方（適航當(dāng)局）之間有效的協(xié)調(diào)關(guān)系非常重要。局方應(yīng)主動(dòng)地參與型號(hào)研制，指導(dǎo)申請(qǐng)人的人為因素前期認(rèn)證工作；而申請(qǐng)人要主動(dòng)爭(zhēng)取局方指導(dǎo)。SPO 研發(fā)可能帶來(lái)駕駛艙人機(jī)界面的重新設(shè)計(jì)，盡早建立起申請(qǐng)人與局方的協(xié)調(diào)合作關(guān)系尤其重要。

另外，SPO 對(duì)飛行員如何獲得飛行資質(zhì)和適航認(rèn)證也帶來(lái)了新問題。目前，一名飛行員要獲得雙乘員駕駛艙的飛行資格，首先要成為一名觀察員，積累一定的飛行小時(shí)數(shù)后才能成為一名副駕駛，再積累一定的飛行小時(shí)數(shù)后才能成為一名機(jī)長(zhǎng)。若引入SPO 運(yùn)營(yíng)機(jī)制，飛行員的帶飛培訓(xùn)、駕駛艙飛行操作資質(zhì)獲取等方面的工作將面臨新的問題。

盡管SPO 人為因素適航認(rèn)證是人因工程界非常關(guān)心的一個(gè)問題，但是還沒有進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的研究階段，下一步人因工程工作可以從以下三方面考慮。

首先，將SPO 的人為因素適航意識(shí)貫穿在人因工程的研發(fā)全流程中。在研究初期，確定所有適用的人為因素條款，將各條款的具體要求分解為各系統(tǒng)和部件的設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)不符合現(xiàn)有條款要求的設(shè)計(jì)做到早發(fā)現(xiàn)早溝通。同時(shí)，SPO 研發(fā)要挑戰(zhàn)過(guò)時(shí)的現(xiàn)有條款，盡早獲取申請(qǐng)人與局方之間的共識(shí)。

然后，SPO 人因工程研究要與適航條款掛鉤，實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的選取盡量與適航取證要求相符合，有利于獲取有效的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，提高適航認(rèn)證的效率。例如工作負(fù)荷、飛行員失能等方面的實(shí)驗(yàn)研究。

最后，將SPO 人為因素適航認(rèn)證納入機(jī)載設(shè)備供應(yīng)商的選擇決策以及合作中。作為系統(tǒng)整合的飛機(jī)制造商，型號(hào)認(rèn)證是對(duì)駕駛艙系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的認(rèn)證，供應(yīng)商的單一機(jī)載部件設(shè)備獲取適航認(rèn)證并不能保證對(duì)駕駛艙設(shè)計(jì)的整體認(rèn)證，因此人因工程在設(shè)備供應(yīng)商選擇和合作中要有話語(yǔ)權(quán)是保證駕駛艙系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)獲取適航認(rèn)證的手段之一。

3 今后SPO 人因工程研究思路和建議

綜上所述，目前SPO 人因工程研究取得了一些階段性研究結(jié)果，但是還有許多SPO 關(guān)鍵人因問題還沒有開展或者需要進(jìn)一步深入研究。針對(duì)今后人因工程研究，本文提出以下總的思路和建議。

3.1 SPO 的設(shè)計(jì)理念

今后SPO 的研發(fā)工作需要繼續(xù)強(qiáng)調(diào)“以人為中心”的理念，同時(shí)，本文具體定義了“以人為中心”的SPO 設(shè)計(jì)理念和人因工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則（如表3 所示）。

表3 “以人為中心”的SPO 設(shè)計(jì)理念和人因工程設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則（部分）Table 3 The“human-centered”design philosophy for SPO and the guiding principles of human factors engineering（examples）

SPO 設(shè)計(jì)理念對(duì)于SPO 研發(fā)以及飛行安全極為重要，它將貫穿于SPO 系統(tǒng)研發(fā)的整個(gè)生命周期。表3 所定義的“以人為中心”SPO 設(shè)計(jì)理念將有利于各專業(yè)人員統(tǒng)一設(shè)計(jì)思路，將對(duì)人機(jī)（自動(dòng)化和智能自主系統(tǒng)）功能分配、工作負(fù)荷、人機(jī)與空地的飛行協(xié)同操控和決策、人機(jī)交互決策模式、人機(jī)交互設(shè)計(jì)（例如簡(jiǎn)化、自適應(yīng)化、余度化和容錯(cuò)化）、SPO 飛機(jī)最終操控權(quán)等方面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和決策起著重要的指導(dǎo)意義，避免以往駕駛艙機(jī)載系統(tǒng)研發(fā)中由于采用“以技術(shù)為中心”理念所帶來(lái)的問題。Boeing 和Airbus 在開發(fā)新機(jī)型產(chǎn)品的初期都首先制定了“以人（飛行員）為中心”駕駛艙設(shè)計(jì)理念。另外，表3 中的SPO 設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則將在今后的工作中不斷完善。

3.2 今后SPO 人因工程研究總的思路

根據(jù)前面的綜述和分析，圍繞構(gòu)建一個(gè)“單一駕駛艙飛行員+駕駛艙機(jī)載技術(shù)系統(tǒng)+地面站操作員”協(xié)同實(shí)現(xiàn)的SPO 新模式，本文從人因工程角度出發(fā)，對(duì)下一階段的SPO 人因工程研發(fā)提出以下初步建議。

首先，強(qiáng)調(diào)“以人為中心”的理念來(lái)指導(dǎo)SPO研發(fā)，制定具體的人因工程設(shè)計(jì)原則來(lái)指導(dǎo)研發(fā)工作，并且將人因工程方法整合在SPO 研發(fā)的整個(gè)流程中。同時(shí)，研發(fā)人員要將適航認(rèn)證貫穿于SPO 的研發(fā)中，要特別注重一些重要適航條款的要求，例如FAR25.1523（最小飛行機(jī)組），F(xiàn)AR25.1302（人誤管理）以及與飛行員失能等相關(guān)的條款。在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)化人因工程實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)（例如工作負(fù)荷指標(biāo)），為今后適航認(rèn)證做準(zhǔn)備。

其次，圍繞構(gòu)建一個(gè)“SPO 駕駛艙飛行員+地面站操作員+機(jī)載和地面站設(shè)備支持系統(tǒng)”協(xié)同實(shí)現(xiàn)的SPO 新模式，深入開展針對(duì)“駕駛艙方案+地面站方案”SPO 組合方案的人因工程研究。研究重點(diǎn)集中在更大飛行操作環(huán)境范圍內(nèi)（非正常和應(yīng)急飛行場(chǎng)景中）驗(yàn)證SPO 方案的安全性。開展針對(duì)工作負(fù)荷、飛行員失能、人機(jī)與空地的飛行協(xié)同操控和決策、人與自動(dòng)化/智能自主系統(tǒng)交互、協(xié)同以及決策支持等關(guān)鍵問題的人因工程研究，為SPO 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)提供人因工程的解決方案。

然后，構(gòu)建SPO 人因工程實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)應(yīng)該主要包括模擬駕駛艙（模擬各種非正常和應(yīng)急飛行場(chǎng)景的主要航線飛行任務(wù)），模擬地面站（模擬對(duì)SPO 飛機(jī)提供主要的支持任務(wù)），人因工程測(cè)試設(shè)備（例如眼動(dòng)儀，腦電、生理測(cè)量?jī)x）以及數(shù)據(jù)采集儲(chǔ)存系統(tǒng)等。

最后，開展跨學(xué)科、跨行業(yè)的協(xié)同合作。SPO研發(fā)需要企業(yè)與科研院校、企業(yè)與設(shè)備供應(yīng)商等各方面的人因工程合作研發(fā)。針對(duì)SPO 駕駛艙與地面站的組合研究方案，還需要與航空公司、民航空管機(jī)構(gòu)等單位協(xié)同合作。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)SPO 的人因工程預(yù)備研究已經(jīng)展開，最初的研究主要集中在駕駛艙機(jī)載設(shè)備升級(jí)和地面站支持兩種SPO 方案。基于有限的人因工程模擬駕駛艙實(shí)驗(yàn)，目前還沒有足夠的數(shù)據(jù)證實(shí)哪一種SPO 方案具有明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也沒有發(fā)現(xiàn)可以完全阻止實(shí)現(xiàn)SPO 的障礙。但是，沒有地面站支持的SPO 方案已經(jīng)被許多研究放棄，許多研究建議采用“駕駛艙方案+地面站方案”的第三種SPO組合方案。

盡管SPO 人因工程研究取得了一些階段性結(jié)果，但是目前的研究還不全面，需要開展進(jìn)一步的研究來(lái)為SPO 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)提供完整的SPO 人因工程解決方案。針對(duì)一些SPO 人因工程關(guān)鍵問題，本文逐一進(jìn)行詳細(xì)的文獻(xiàn)綜述，分析目前研究中存在的不足之處，提出今后研究的重點(diǎn)。最后，對(duì)下一步的SPO 研發(fā)工作提出了一些初步建議。