飞行机组操作行为关联性的数学分析方法研究

工作总结 |

时间:

2021-07-07 10:07:08

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m'+jם',u总结、提炼成一种准则。该文首先考虑正常飞行场景,将公认的复杂和高工作负荷的情形加入到飞行场景中去,这样将更有利于方法与理论的提炼。

该文中考虑在RNP APCH和VNAV运行环境下,飞行员使用自动飞行系统执行仪表进近程序时,在低能见度(一般取RVR<1800 ft,主要考虑影响飞行员对目的机场的视觉位置,飞机相对离地高度的判断),以及在RNP最终进近和着陆滑跑阶段对于偏离跑道中心线的趋势的所有监控和操纵行为[4-5]。

该场景中,正常操作任务集如表1所示。

该场景中,飞行剖面和程序如图4所示。

在飞行进程的不同阶段,飞行员所需要注意观察的信息是有区别的,为了更准确地描述活动关联性,应当按照飞行任务的不同目标划分场景的进程,否则时间跨度过大会导致任务关联性描述的不准确。

从飞行任务目标的角度,该场景主要可分为以下几点。

(1)飞机在根据进场程序自动的由RNP RNAV和VNAV从IAF点引导至FAF点(P1);

(2)飞机预位ILS的下滑道和航道引导信息,为最终进近做准备(P2);

(3)飞机使用ILS的下滑道和航道引导信息执行最终进近直至拉平接地(P3);

(4)飞机按照ILS的航道引导信息保持航道和航向,并刹车(P4)。

3 操作行为的数学分析

3.1 操作行为关联性的数学模型

为了便于把操作任务与时间线联系起来,该文采用矩阵的方式将其描述为一种二维关系。对于a、b、c三个操作在4Δt内的发生过程有如下描述:

为同时获得任务强度信息和任务关联性信息,则:

Active*ActiveT是一个对称阵,对角线部分描述的是操作自己与自己的关系,计分越多说明操作在这个时间段内发生的次数越多,随之操作强度越大。而对角线的两侧说明了操作之间的关系。如果一对操作在设定的时间片段内存在相关性,则对角线两侧的计算结果会表现出这种关系。

操作强度strength可用如下公式表达:

其中,n代表操作发生次数;t代表整个任务的时间段。

操作j对操作i的关联性depend(j,i)可用如下公式表达:

其中,k(i,j)代表操作i和j的关联次数;ni代表操作i的发生次数;操作i是对角线上的操作。可以证明,对角线是操作i的总共发生次数,而其对应的列或者行上是其它操作与其并发操作的次数,是i与j的关系,因此后者一定不大于前者。即,depend(j,i)≤1。

另外,时间片段的长短会显著影响关联性分析结果。时间取得过短会得到稀疏矩阵,而对描述关联性,尤其是往复程度并无益处,而时间片段长,则会夸大关联性。考虑到人为因素适航条款,工业界对人机交互响应时间间隔标准以及飞行员一般的实际操作行为,时间间隔取10 s。

为了便于用数学与逻辑关系描述关联性,该文采用计分方法描述任务的发生(发生则打分为1,否则为0)。

3.2 试验的设计

试验所采用的设备为商业模拟飞行软件与操纵器件,另外加装一套头部运动跟踪扫描仪。

模拟飞行软件可用于建立虚拟的飞行场景,并带有虚拟的人机交互功能及其逻辑。在选取操纵器件时,主要考虑了近过程直接相关的操纵器件,包括操纵杆,油门杆,脚蹬与刹车装置,自动飞行控制板,无线电通信导航调谐控制板。头部运动扫描仪采集的数据可以精确的反应出飞行员内外视界上的观察焦点。

模拟试验台的组成如图5所示。

3.3 P1剖面上的测试及分析

P1上,飞行机组操作任务的矩阵如表2所示。

P1*P1T=(见表3)

操作关联性数据处理结果为:

Depend(P1)=(见表5)

从关联性的数据处理结果可以看出,P1中关联度较高的(超过0.5)的操作对有:

(1)1,2:3(操作1,2对活动3有关联性);

(2)2:4;

(3)1,2,3:5;

(4)2:7;

(5)2,4,7:8;

(6)1,3,5,8:9;

(7)2,7:10;

(8)2,7:11;

(9)1,2:12;

(10)4,6,7,11:13;

(11)1,2,7:14;

(12)1,2,3,7,14:15;

(13)2,4,7,8,14,15:17。

这些结果表明,在P1内,看进近程序的同时常需要观察高度变化和垂直速度,RNP横向航道偏差,VNAV纵向轨迹偏差;看飞行姿态与看高度变化也存在关联;看进近程序时也会比较注重速度约束特征点的穿越情况;襟缝翼动作安全速度的操作与空速,高度,姿态有关联关系;飞行员对天气的关注与空速,高度的观察有关联关系;飞行员在努力建立目视参考时,对高度,姿态,空速,RNP横向航道偏差,VNAV纵向轨迹偏差也同时关注。

3.4 P2~P4剖面上的测试及分析

P2~P4上,飞行机组操作任务的矩阵如表6所示。

分析的结果显示,在P2中飞行速度矢量与飞行指引仪偏差,ILS预位频率与指示,自动着陆导引飞行工作模式关联性大;在P3中,飞行员在努力建立目视参考时,高度变化、姿态、飞行速度矢量与飞行指引仪偏差、决断高度指示、航向信标与下滑道信标的观察联系最紧;在P4中,飞行员观察跑道中心线,航向信标指示,发动机反推推力指示的操作关联最紧,其余大部分操作基本无需执行。

4 结语

该文从机组操作行为的抽象化数学模型描述方法入手,利用对操作行为的数学分析方法定量分析出操作任务之间的关联性。该方法的计算结果较为真实的反映了RNP APCH剖面上人机交互需求的实质,可以作为支持人机系统集成策略的一种理论方法。

参考文献

[1]Performance-based Navigation (PBN)Manual(Doc 9613)(Third edition)[M].Montreal Quebec Canada:INTERNATIONAL CIVIL AVIATION ORGANIZATION,2008.

[2]SAE Technical Standards Board.SAE ARP5056 Flight Crew Interface Considerations in the Flight Deck Design Process for Part 25 Aircraft.400 Commonwealth Drive,Warrendale USA:SAE International Group, 2006-09.

[3]AFS-210,AC120-51E CREW RESOURCE MANAGEMENT TRAINING[S].Ardmore East Business Center:FAA U.S. Department of Transportation, 2004.

[4]Procedures for Air Navigation-Aircraft Operation(Doc 8168)-Volume 1 Flight Procedure, Fifth edition. Montreal Quebec Canada: INTERNATIONAL CIVIL AVIATION ORGANIZATION, 2006.

[5]Special Committee 181/EUROCAE Working Group 13-Navigation Standards.RTCA DO-236B Minimum Aviation System Performance Standards-Required Navigation Performance for Area Navigation.1828 L Street,NW Suite 805 Washington,DC 20036 USA:RTCA,Inc.,2003-11-28.

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