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智能驾驶研究：飞机座舱人机交互对飞行员情景意识的影响

news 2026/6/30 3:36:10

研究背景

随着科技的发展，航空航天飞机驾驶座舱逐渐向智能化方向发展。HUD(平视显示器，Head Up Display)的使用可以使飞行员在平视情况下，对飞机飞行的各种状态信息进行集成呈现的透明显示器。HUD投射的资料主要与飞行任务有重要关系，譬如飞行高度，飞行速度，航向，垂直速率变化，飞机倾斜角度等等。使用于战斗环境时，还会加上目标资料，武器与发射相关资料，预估命中点等等。这些显示的资料能够根据不同状况而变换，让飞行员更能够很好的理解当前的情境。

对于这种人机交互方式如何影响飞行员在飞行过程中的飞行行为就成为一个重要的人因工程学问题。本研究使用带有HUD的模拟飞行器对飞行员不同飞行阶段的情景意识水平进行研究，以对飞机座舱的人机交互界面提供设计建议和参考，更好的保证飞行安全。

研究目的

结合ErgoLAB人机环境同步测试云平台，采用P3D模拟飞行软件及模拟飞行场景，多模态生理及行为设备，探究飞行员在使用传统操作界面和HUD操作界面飞行过程中情景意识差异，以此考察不同飞机座舱人机交互界面设计对飞行员飞行任务的影响情况。

研究方法

本研究选取5名对模拟飞行软件较为熟悉，能够熟练使用操纵杆进行操作的成年被试通过飞行模拟器完成模拟飞行操作任务，自变量为不同飞机座舱人机交互界面，因变量为飞行员情景意识水平。采用眼动、脑电、生理等多模态人因数据对情景意识水平进行评估。

本研究采用ErgoLAB人机环境同步测试云平台记录被试在模拟飞行过程中的多通道指标并进行定量化分析，数据结果通过ErgoLAB人机环境同步测试云平台分析功能模块进行数据的过滤、提取与统计。

ErgoLAB可穿戴眼动模块同步记录在模拟驾驶飞行过程中被试的眼动数据，通过追踪被试的瞳孔直径与眨眼次数，来分析不同交互界面下被试的注意程度与疲劳程度。

ErgoLAB可穿戴生理模块实时记录并分析被试在模拟飞行过程中的生理唤醒水平。在本研究中，主要采用耳尖脉搏PPG传感器采集与分析心率变异性HRV时域指标SDNN，皮电传感器EDA采集与分析皮电SC指标。生理唤醒程度越高，代表被试当前飞行阶段投入的认知努力越高。

ErgoLAB可穿戴脑电模块实时记录并分析被试的认知负荷状态，同步分析指标为α、β波。ErgoLAB综合分析模块对时空数据与生理数据交互分析并形成可视化报表。

研究结果

ErgoLAB人机环境同步测试云平台生理分析模块对被试在不同人机交互界面完成模拟飞行任务中的皮电EDA和心率变异性HRV进行统计分析。研究结果发现，被试在传统操作界面的皮电EDA指标SC与心率变异性HRV指标SDNN是要高于HUD操作界面，说明被试在传统操作界面飞行过程中的生理唤醒程度更高，在传统操作界面进行飞行过程中可能表现出更多的认知努力。

使用ErgoLAB人机环境同步测试云平台脑电模块对脑电频谱数据进行分析。结果发现，被试在传统操作界面的β频谱能量要高于HUD操作界面的能量，α频谱能量要低于HUD操作界面段，说明被试在在传统操作界面进行操作时相较于在HUD操作界面进行操作时更加紧张，注意程度以及认知努力程度更高。

使用ErgoLAB人机环境同步测试云平台眼动分析模块，对被试在注视不同人机交互界面的眼动数据进行了分析，结果发现，被试在注视传统操作界面相较于注视HUD操作界面眨眼次数更多，瞳孔直径更大，说明被试在注视传统操作界面时的注意力更加集中，认知负荷相较于注视HUD操作界面更大。

通过ErgoLAB人机环境同步测试云平台中的综合统计模块进行可视化分析，在可视化分析功能中通过交叉分析，在ErgoLAB综合分析模块对生理唤醒程度进行高、中、低划分，与眼动行为数据进行交叉分析，对某一被试在不同操作界面的飞行过程中的状态进行了可视化分析，以此来分析某一飞行过程中，不同生理唤醒程度与眼动行为的关系，从多模态数据综合分析飞行员在模拟飞行任务中的情景意识。

研究结论与讨论

本研究使用ErgoLAB人机环境同步测试云平台，采用皮电、心电、脑电与眼动等多通道的生理及眼动行为指标进行同步记录与分析被试在不同飞行座舱人机交互界面完成模拟飞行任务过程中认知负荷，努力程度及情景意识水平变化情况。结果发现，在传统人机界面中，被试需要关注多项数据来进行飞行任务，相较与HUD操作界面，认知负荷更大，情景意识水平更低。本研究结果为未来HUD界面的飞行驾驶座舱的研究设计提供了依据与参考。