基于开源驾驶仿真系统的HUD平台搭建及人因分析

作     者：刘丽雯 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王海燕

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 

主      题：Flightgear HUD 信息冗余 脑力负荷 人因分析 

摘      要：随着航空航天技术的发展,飞机的性能不断提高,驾驶舱中的信息也越来越复杂。为了降低飞行过程中飞行员的负担,Head-Up Display(HUD)的使用越来越普及。HUD通过将信息集中显示在飞行员平视视线处,帮助飞行员更快捷方便的获取信息,在飞行过程中发挥着至关重要的作用。与此同时,由于HUD信息呈现的数量和种类具有较大的自由性,使HUD极易成为一个生态失衡的大信息空间,对飞行员的认知产生影响。此外飞行是一个连续且具有极高的难度的过程,很难在真实环境中对驾驶过程进行研究。为了提升实验的可靠性,本文在模拟飞行的环境下对HUD呈现的信息量对飞行员的认知效果进行详细讨论。本文首先对Flightgear软件的框架结构和运行逻辑进行分析和梳理,并对Flightgear中的XML配置文件和平显系统的结构和解析方式进行了详细分析,为后续系统的开发提供了理论和实践依据。在HUD的可靠性研究方面,本文通过实验来探究信息获取方式、信息量和工作经验对飞行员脑力负荷的影响,并对模拟飞行环境中HUD辅助驾驶的有效性和HUD信息量的充足度进行讨论。实验结果发现在飞行过程中,丰富的飞行经验能够有效帮助降低飞行员的负荷,且HUD能够辅助飞行员进行认知,帮助降低飞行过程中的负荷。其中当HUD呈现足量的任务信息时的辅助效果最好。因此为了实现更好的HUD辅助效果,需要保证HUD能够在飞行过程中提供足量的信息。在飞行任务的分析方面,本文通过Concur Task Tree方法对飞行过程进行任务分析建模,梳理出飞行过程中所需的全部信息,并对每个信息元素的显示样式进行重新规划设计。然后基于不同的信息冗余度,设计了一套恒常显示的HUD和一套锁时显示的HUD,并通过Flightgear完成开发。最后为了讨论在长时飞行过程中锁时显示的HUD系统和恒常显示的HUD系统的优劣,本文设计了一个三因素实验来探究HUD信息的冗余量、飞行任务阶段和飞行时长对飞行员脑力负荷的影响。结果发现锁时显示的HUD系统能够更好的帮助飞行,尤其是在信息需求量小的飞行阶段,也就说明了HUD界面中信息的冗余量越小,辅助飞行的效果越好。