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眼动追踪技术如何将飞行员培训带入新高度?

据今年6月10日发布的《2020年民航行业发展统计公报》显示,截止2020年底,在通用航空领域,我国获得通用航空经营许可证的通用航空企业共523家,通用航空在册航空器总数达到2892架,2020年,新增通用机场93个,全国在册管理的通用机场数量达到339个。

通过数据可以看出,2020年即使受疫情影响,我国的民航行业发展基本盘依然实现了稳中有进。而随着民用航空运输市场的增长,航空公司规模不断扩大,对于飞行员培养也逐渐成为许多研究者的关注方向。

飞行员是保证飞行安全最重要和最终的环节,需要在复杂的环境下执行大量复杂的飞行任务,除了过硬的身体素质以外,还需要良好的心理素质,以便应对紧急情况。

因此,如何采用更加高效而合理的飞行训练方式对飞行员进行有针对性的培训,从而不断提高飞行员的核心胜任能力及如何有效提高飞行员对人为错误的控制已成为航空领域重要的关注问题之一。

传统的飞行任务训练模式主要是让飞行员进行飞行操纵和特情处理的的重复性训练,由于教员不能及时有效地观察到学员的视线焦点,因此对飞行员的具体飞行习惯、注意力分配等方面缺乏有针对性的指导,使培训质量和效率不能有效提升。

眼动追踪系统在模拟训练中的应用,能有效地消除这个瓶颈。

人的眼睛是获取信息的重要来源,而眼动可以直接或间接地反映出人体的生理或心理变化,随着科学技术的发展,特别是计算机技术的运用,推动了高精度眼动仪的诞生与研发。

高精度眼动追踪设备的应用可以有效地提高飞行员的训练效率,改善其训练成果,甚至发现肉眼所不能发现的潜在问题,从而避免不利因素的积累和发生。

眼动追踪如何为飞行员的训练增加价值

使用眼动追踪来监控飞行员的可能性早已为人所知,半个多世纪以来,研究人员一直在研究如何监督飞行员的培训和表现,以提高航空安全标准。眼动技术应用在飞行员培训中心主要有情景意识的培养和飞行绩效考核两个方面。

情景意识对于飞机驾驶员的航空器操纵来说是至关重要的,并且可以通过训练来获得。眼动技术为情景意识的测量提供了新的研究手段,以客观生理指标为基础,避免了以往测量方法主观性过强的弊端。

国外学者Williams等人在研究驾驶舱显示器对飞行员情景意识的影响时,应用眼动仪测量了模拟飞行中飞行员观看机舱外部时间的比率,比较了其与飞行员完成飞行任务表现的关系。

在研究飞行员的眼睛运动规律时发现不同熟练水平的飞行员的眼动模式存在明显差异,且眼动模式和飞行绩效相关,因此可以利用眼动模式诊断操作缺陷和评价飞行绩效。并且,通过对比专家和新手模拟飞行着陆中的眼动模式,不仅可以为评价飞行员绩效提供参考,亦可为制定飞行学员的培训计划提供依据。

我国学者柳忠起等基于BP神经网络利用眼动数据建立了飞行绩效评价模型,实现了飞行绩效的客观评价。

近年眼动技术在飞行训练方面的研究

近年来,随着眼动追踪技术的不断提高,眼动技术应用于飞行训练方面的研究也不断发展,由原来的主要着眼于军事航空领域的研究,向民用航空领域的研究拓展。

瑞典眼动追踪研究公司Smarteye曾参与一项研究,即将自身的眼动追踪技术与飞行模拟器一起使用,识别出初级飞行员仪器扫描的问题,并帮助他们纠正飞行的技术。

遥测式眼动追踪系统SmartEye

Smarteye的摄像头可以非常灵活安装在飞机驾驶舱的任何位置,如仪表盘或顶部等,可以追踪驾驶员注视驾驶舱顶部交互目标的情况。且在测试中允许被试头部自由运动,实现真正的3D追踪。

安装在飞行驾驶模拟器上的眼动追踪设备

通过在训练模拟器中安装眼动追踪系统,教官可以轻松确定飞行员将目光投向驾驶舱的哪个点。Smarteye配套的软件可以保存并输出这些数据,以便培训员能够在事后查看飞行员的表现。

数据超过 145 种,包括头部和左右眼的数据,例如视线、头部姿态(6DoF)、眼睑、瞳孔尺寸、原始数据和过滤后的数据、眨眼、凝视、扫视等多种数据,其数据输出方式包括TCP、UDP、 CAN 等, 便于与第三方设备整合 。,教官和新招募的飞行员可以获得文档,从而使培训更加准确和高效。

通过记录下来的这些眼动数据,培训教官可以进行分析,发现飞行员存在的问题,并制定和改善之后的培训计划。而对飞行员来说也能从中受益,即加强自身的对监控行为的意识。

在国内,眼动仪在飞行培训中的应用也得到了发展。2020年,珠海翔翼航空技术有限公司研究人员通过收集20位资深飞行员和20位初始学员的眼动数据,分析优秀飞行员在这个过程中注意力分配的方法,发现初始学员普遍存在的问题。

研究人员可以总结出一套适用于近着陆阶段的注意力分配标准,用于改进对初始学员培训,能够以可视化的方式给学员进行讲解演示,并及时发现和纠正学员在注意力分配方面存在问题,将对提升飞行培训的质量和效率具有明显的作用。

被试人员每人需在模拟机上进行了两轮目视起落训练,在训练过程中用眼动仪设备采集了他们的眼动数据生成了80组分析样本。在这项研究中使用的眼动仪正是德国ERGONEERS公司生产的Dikablis Glass 3头戴式眼动仪。

DG3的技术指标国际领先,追踪精度为0.1~0.3°,采样率为60Hz,场景摄像头为高清摄像头(分辨率1920×1080),采用轻量化设计,重量约49g,在数据采集过程中对飞行员操作基本无影响。

应用于航天领域的眼镜式眼动追踪系统DG3

从早期的眼动仪系统在飞行模拟器中进行测试,到现代眼动仪用于真实空中驾驶舱的当代实验,眼动追踪技术在航天航空领域的应用正逐渐发展壮大。而飞行员情景意识的培养以及飞行绩效的考察在未来驾驶舱自动化水平不断提高的大背景下意义尤为重大,眼动追踪技术的应用无疑将使测量的结果更加真实可靠。

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