题目：飞行员情境意识建模及工效评价研究

飞机驾驶舱是一个典型人在回路的复杂人机界面交互系统，飞行员需要持续地监视显示界面中大量的各类型信息，并不断获取其需要的信息进行判断和决策，在此过程中飞行员情境意识水平越高则越能够迅速有效地进行操纵和控制，飞行就越安全。本研究以国家正在研发中的新一代大型客机驾驶舱的信息显示界面设计为研究对象和应用背景，结合具体问题开展复杂人机界面环境下，从情境意识的分层次定义出发，逐步递进的开展飞行员情境意识定性分析模型及定量计算模型研究，同时进行显示界面仿真模型及工效仿真实验平台的构建方法研究，结合情境意识模型验证实验和工效评价研究，开展情境意识的测量方法及测量指标研究，以及情境意识模型的应用研究。

研究内容主要包括：

1. 显示界面仿真模型及工效实验平台构建方法研究

为配合后续基于不同层次考虑的情境意识模型的实验研究需求，开展了静态、半动态、动态三种仿真显示界面仿真模型与其工效实验平台构建方法研究。其中，静态仿真方案通过对显示界面及飞行任务进行合理抽象与简化，基于PC机及键盘进行人机交互；半动态仿真方案是由完整的飞行仿真数据包驱动的，与真实的动态飞行过程更加相似，基于PC机及键盘进行人机交互；动态仿真方案则是基于飞行模拟器及驾驶杆开展的人机交互，具有较强的真实感和沉浸感。

2. 基于注意资源分配的情境意识建模研究

通过对情境意识第一层次和第二层次分析，将飞行员对情境成分的认知状态划分为未被感知时、被感知时、被理解时三个认知状态，将某一时刻飞行员对情境成分产生注意的行为发生的概率等价为此时情境成分可能获得的注意资源分配比例，并基于高层次情境意识与低层次情境意识间的递进关系，将获得第二层次情境意识定义为以达成第一层次情境意识为前提条件的条件概率事件，从而建立基于注意资源分配的情境意识模型，并基于静态仿真模型及工效实验平台开展实验验证及工效评价研究。

3. 基于认知过程分析的情境意识建模研究

通过对情境意识第一层次、第二层次、第三层次分析，结合ACT-R理论将情境认知的过程定义为一种递进触发的方式，当对环境信息的认知状态达到一定的数量或质量时，才可能发生感知情况，而经过信息加工的过滤后，若认知的有效信息超过一定阈值，才可能进一步实现理解或产生预测，认知机制的最佳规则匹配触发可能产生对事实当前状态的理解而达到情境意识第二层次，也可能产生对事实未来状态的理解第三层次，从而建立基于认知过程分析的情境意识模型，并基于半动态仿真模型及工效实验平台开展实验验证及工效评价研究。

4．基于界面工效评价的情境意识建模研究

在基于认知过程分析的情境意识模型基础上，考虑飞行员对情境成分重要隶属度的模糊认知，以及飞行员对各类型显示信息物理属性即界面显示格式的记忆保持状态等因素，进一步深化单个情境成分与SA之间的关系，从而建立基于界面工效评价的情境意识模型，并基于动态仿真模型及工效实验平台开展实验验证及工效评价研究，对多种显示界面所支持的情境意识水平进行对比和讨论，同时进一步对实验测量指标与情境意识的关系进行探讨。

5.显示界面工效测评系统的构建方法研究

以前期所建立的基于工效评价的情境意识定量模型为基础，构建驾驶舱显示界面的工效测评系统。其中第一个模块参数输入模块，用于输入待测定的驾驶舱显示界面格式在选定飞行任务阶段条件下的一组飞行显示信息的相关参数；第二个模块情境意识水平计算模块，利用参数输入模块所获取的参数，根据所提出的定量情境意识三层次模型，对界面显示方案所支持的情境意识水平进行量化计算；第三个模块影响特性的表征模块，用于利用计算模块所获得的数据，对各界面显示方案所支持的飞行员情境意识水平进行定量表征及比较。

本论文采用基础理论研究结合多方法测量以及飞行仿真工效实验的方法，研究内容涉及多学科融合交叉，研究成果可为我国飞机驾驶舱人机界面设计的科学性和适人性提供理论依据和技术支持手段。