李 瑩

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

0 引言

通過(guò)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(gè)關(guān)注重點(diǎn)。多自由度的飛行模擬器的應(yīng)用[1]以及移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)、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(dòng)跟蹤開(kāi)發(fā)出智能技術(shù)評(píng)估訓(xùn)練水平和優(yōu)化訓(xùn)練過(guò)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(dòng)儀主要用于研究飛行員的注意分配、認(rèn)知負(fù)荷等領(lǐng)域，如對(duì)不同飛行階段的腦力負(fù)荷和注意分配負(fù)荷的研究[4]。關(guān)于使用眼動(dòng)儀優(yōu)化模擬飛行訓(xùn)練的研究較少。相對(duì)于其他視景，飛行員要注意更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)充分獲取儀表部分的豐富信息[5]。早期的研究將眼動(dòng)數(shù)據(jù)與飛行模擬設(shè)備聯(lián)系起來(lái)得出操作人員績(jī)效上的差異[6]。此外，利用眼動(dòng)技術(shù)可以開(kāi)發(fā)模擬飛行訓(xùn)練過(guò)程中輔助注意分配的軟件[7]，優(yōu)化儀表布局設(shè)計(jì)[8]。飛行績(jī)效方面，專(zhuān)家和新手的眼動(dòng)模式和飛行績(jī)效有顯著差異[9]；飛行績(jī)效優(yōu)劣的被試也有顯著不同的眼動(dòng)情況[10]。

因此，本實(shí)驗(yàn)將眼動(dòng)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(gè)階段，并理論假設(shè)如下：若眼動(dòng)儀輔助訓(xùn)練對(duì)模擬飛行能力有提升，實(shí)驗(yàn)組績(jī)效應(yīng)顯著優(yōu)于對(duì)照組的績(jī)效。

1 方 法

本實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)實(shí)驗(yàn)組控制組設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)2h，其他控制條件相同。指導(dǎo)人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)組的眼動(dòng)軌跡講評(píng)指導(dǎo)，對(duì)控制組按照傳統(tǒng)模擬飛行教學(xué)的飛行后講評(píng)，最后比較實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組的績(jī)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)前 24h內(nèi)保證充足睡眠、不服用酒精及可能影響實(shí)驗(yàn)操作的藥物。指導(dǎo)人員為已經(jīng)完成飛行實(shí)訓(xùn)的學(xué)員。

1.2 儀器和材料

眼動(dòng)儀：tobii 4C。

模擬飛行設(shè)備：模擬訓(xùn)練器elite pi135。

選取的機(jī)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(shí)驗(yàn)原理與實(shí)施

使用眼動(dòng)儀后，指導(dǎo)者可以根據(jù)屏幕中實(shí)時(shí)顯示的“白色氣泡”（圖1）來(lái)了解被試的注意情況，提出針對(duì)性的指導(dǎo)建議。

圖1 眼動(dòng)顯示圖Fig.1 Indication of eye movement

2.1 地面滑跑

讓被試進(jìn)行地面滑跑階段的訓(xùn)練。此階段的飛行績(jī)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(jī)效良好；②地面滑跑時(shí)間，若對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)掌握良好且飛行軌跡保持穩(wěn)定，將在較短的時(shí)間 起飛。

2.2 轉(zhuǎn)彎爬升

讓被試進(jìn)行五邊飛行中的一邊轉(zhuǎn)二邊的左轉(zhuǎn)彎爬升過(guò)程，左轉(zhuǎn)彎爬升90°。飛機(jī)應(yīng)保持恒定的速度、航跡和升降率，操作者要同時(shí)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(shí)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(diǎn)速度、起始轉(zhuǎn)彎點(diǎn)高度、轉(zhuǎn)彎終點(diǎn)高度、轉(zhuǎn)彎終點(diǎn)速度。

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

2.3 直線飛行

選取直線飛行中的直線爬升階段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(yuǎn)偏離距離、最大速度偏差。兩者值越小，說(shuō)明飛行績(jī)效越好。

3 結(jié) 果

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組的滑跑時(shí)間更短，但未達(dá)到顯著差異水平?？梢哉J(rèn)為眼動(dòng)儀對(duì)于地面滑跑訓(xùn)練的效果有一定提升作用。

直線飛行組：實(shí)驗(yàn)組的最大速度偏差和最遠(yuǎn)偏移距離顯著更小?？梢哉J(rèn)為眼動(dòng)儀對(duì)直線飛行訓(xùn)練的效果有一定提升作用。

轉(zhuǎn)彎爬升組：實(shí)驗(yàn)組的速度偏差和高度偏差顯著更小。可以認(rèn)為眼動(dòng)儀對(duì)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(duì)注意分配要求較低，因而被試可以同時(shí)兼顧眼動(dòng)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(dòng)儀仍然體現(xiàn)出了一定的提升效果，這可能與注視點(diǎn)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(shí)驗(yàn)的不足：

①數(shù)據(jù)處理的局限性，對(duì)軌跡截圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)提取可能導(dǎo)致偏差。

②被試的局限性，本實(shí)驗(yàn)的被試是完成了飛行理論學(xué)習(xí)的學(xué)員，很難預(yù)測(cè)其在真實(shí)飛行場(chǎng)景中的訓(xùn)練效果。

③實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的局限性，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景限于單電腦屏幕的模擬機(jī)，只能顯示部分視景，與真實(shí)飛行場(chǎng)景還有一定差異。

④實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的局限性，本實(shí)驗(yàn)未對(duì)具體的眼動(dòng)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

5 結(jié)論

眼動(dòng)儀對(duì)于提升基礎(chǔ)模擬飛行能力有一定效果，對(duì)改進(jìn)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(jiǎn)單的科目中，被試的注意力主要集中于少數(shù)幾個(gè)儀表與窗外視景，可以兼顧眼動(dòng)顯示與教練的指導(dǎo)命令，提高飛行績(jī)效；在注意力分配復(fù)雜的科目中，被試需要同時(shí)注意多個(gè)復(fù)雜的儀表與窗外視景，眼動(dòng)的指示可以幫助學(xué)員更好地定位自己的視點(diǎn)，從而更好地集中注意力在重要的復(fù)雜儀表中。

該實(shí)驗(yàn)若將學(xué)員在模擬飛行操作時(shí)的眼動(dòng)特征數(shù)據(jù)細(xì)化分析，可能會(huì)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(jìn)近等階段的差異，對(duì)眼動(dòng)儀在飛行訓(xùn)練中的價(jià)值進(jìn)一步深入研究。