该技术的核心优势在于其极高的时间与空间分辨率,能敏锐捕捉视觉过程的细微变化,从而客观揭示个体的注意分配与视觉模式。具体而言:
- 平均注视时长与注视率,可量化视觉注意的集中度与分配策略;
- 注视顺序与眼动热图,能直观评估界面布局的合理性与有效性;
- 瞳孔直径的变化,则是评估个体认知负荷的敏感指标。



可达360度水平视角

飞机座舱仪表盘
此外,系统的世界坐标系功能模块能够构建一个与真实实验环境一致的3D数字空间。此功能使研究人员能精确分析视觉注意与3D目标区域(如特定仪表、开关)的交互情况,为座舱布局与空间人因评估提供无可替代的洞察。

3D坐标系功能模块(佩戴头盔面罩进行测试)
眼动追踪技术能连续记录飞行员在真实或模拟任务中的注视点、注视时长、扫视路径、瞳孔直径及眨眼频率,从而提供客观、量化、可重复的行为证据,为飞行仪表的整体布局和显示界面的设计效果提供证据。借助这一技术手段,研究人员可深入解析空间迷向、认知负荷、自动化信任度等人因问题,优化显示界面设计,提升飞行安全与任务效率。
在现代飞机座舱中,眼动测量是一个获得飞行员工作情境的很有效的客观方法,尤其是随着自动化程度的提高,人机交互以监测任务为主的情况下,通过分析眼动数据就能深入地洞察人机交互情况和飞行员的心理过程。
在一些新式战机的设计当中,研究人员已经开始尝试将眼动技术与战斗机飞行员的头盔显示器进行整合,飞行员可以通过视线,达到跟踪、瞄准、锁定目标,以及控制火控系统进行发射的目的。这种基于眼动的瞄准技术在速度和准确性上具有优势,能够缓解飞行员手部操作压力,从而降低任务负荷,对于战斗力的提升有着重要意义。在军用无人机方面,随着无人机技术的发展,操控员操作需求不断增加。传统键鼠交互模式难以胜任无人机技术迅速发展的需求,无人机的控制正在向多模式操作发展。在这种背景下,眼动追踪技术不仅是无人机多模态交互系统的重要组成部分,也是该系统人因评估子系统的重要模块。
——导致飞机状态感知丧失条件下的眼动数据分析
研究使用了Smart Eye Pro眼动追踪系统,以50Hz频率实时记录飞行员眼部位置与注视方向,识别其所关注的驾驶舱区域(AOI),从而评估其在关键飞行阶段对仪表信息的感知与反应。研究结论指出,飞行员在面对系统故障或突发状况时存在显著的注意力分配差异,部分飞行员未能及时察觉关键飞行模式变化,表现出“视而不见的无意盲视(Inattentional Blindness)”现象,提示需优化信息显示方式以提升飞行员的情境意识与飞行安全。

雷达高度计故障情景飞行中的FMA显示

雷达高度计故障场景飞行中对PFD视觉注意力分布
(左:所有飞行员,所有航班。右:故障后0-30s及模式变化)

在等待航线中。A/T断开时飞行对PFD的视觉注意力分布。
(左:所有飞行员,所有航班。右:故障后0-30s及模式变化)

跑道变更许可后,A/T断开时飞行员对PFD的视觉注意力分布
(左:所有飞行员,所有航班。右:故障后0-30s及模式变化)
——飞行员认知负荷的估测:基于眼动参数的模拟与实飞研究
结果表明:注视率随任务难度、G 值、下降率及操纵误差显著升高,与飞行员控制负荷高度相关;模拟器中瞳孔直径变化显著,但实飞因光照振动干扰需慎用。该研究证实 COTS 眼动仪可用于高 G 军机实时认知负荷监测,为飞行员训练、告警及人机界面设计提供了客观量化手段。

不同条件下的眼动参数
——飞行员多生理信号主成分分析
研究基于波音777-200ER飞行模拟器开展模拟飞行实验,采集8名被试在起飞、巡航、进近着陆阶段的5维生理信号(眨眼延迟、注视时间、瞳孔直径、心率、呼吸率),使用Smarteye眼动仪记录眼动数据,结合无线生理装置同步获取心率、呼吸等多生理参数。实验结果显示,SPCA提取的主成分在解释性与计算效率上均优于标准PCA,尤其在数据维度增加至8维以上时,计算时间显著缩短,且提取结果与NASA-TLX主观负荷评分高度一致,验证了SPCA在飞行员工作负荷评估中的高效性与实用性。

整个飞行过程中的生理信号变化
——民机驾驶舱人为因素层次化综合评价与诊断方法研究
实验部分采用Smart Eye眼动仪追踪飞行员视觉行为,无线生理装置采集心率、呼吸、肌电等,结合FlightGear模拟器输出的飞行参数,全面评估飞行员在复杂任务中的状态与绩效。最终,该方法成功应用于ARJ21-700飞机针对CCAR-25.1523“最小飞行机组”条款的适航审定试验,验证了其在真实环境中区分驾驶舱设计差异、诊断安全隐患来源的有效性,为我国民机适航审定提供了理论支持与技术手段。

前景图像感兴趣区域划分

不同飞行阶段中被试的注视点分布情况
——起飞阶段不同能见度对飞行员的眼动行为影响分析
结果表明:在低能见度条件下,飞行员单个注视持续时间延长0.06 s、扫视轨迹增加11 mm、瞳孔直径增大0.23 mm,更多注意力转向跑道与速度表,但注视次数、注意力转移概率及NASA-TLX得分无显著差异,说明HUD辅助下低能见度对起飞阶段信息感知、搜索加工及主观负荷影响有限,为低能见度运行安全与训练提供眼动数据支持。

注视点个数百分比

注视总时长百分比
——人机显示界面中的文字和位置编码
实验表明:中心及左侧位置辨识效率显著优于边缘及右侧;中文信息辨识效果优于英文;文字与位置编码无交互作用。研究为国产飞机显示界面适人性设计提供了眼动-绩效依据,强调母语与视野规律在编码策略中的重要性。

不同位置区域中文信息眼动热点图

注视点个数百分比
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