一种基于场景因子的人机功能分配方法、驾驶平台和飞机与流程

1.本发明涉及飞行控制领域，尤其涉及一种基于场景因子的人机功能分配方法、驾驶平台和飞机。


背景技术：

2.人机功能分配是指为了使人机系统达到最佳匹配，在分析人和机器特性的基础上，充分发挥人和机器的潜能，合理地将系统各项功能分配给人和机器的过程。
3.现有技术之一是采用人机优势能力比较，采用层次分析法来确定能力优势集合中各元素的权重系数，确定驾驶舱静态人机功能分配的自动化等级。
4.现有技术之二是采用静态人机功能分配方法首先进行人机优势能力比较，组成人、机能力优势集合；然后采用模糊层次分析法确定人、机能力优势集合中各元素的权重系数；划分民机驾驶舱系统的自动化等级后通过比较人机能力优势来确定自动化等级的范围；最终采用基于区间二元语义算子的多属性群决策方法确定功能分配自动化等级。
5.但是现有的人机功能分配都是静态的分配方法，利用人与机器的相对优势进行直接的功能划分。飞行员与飞机处于任何场景下，都不会产生变化。一方面在应急场景下，飞行员需要快速对飞机产生的故障进行响应和处理，同时还需要操纵或监控飞机当前姿态，从而产生较高的工作负荷；另一方面在长时间正常巡航过程中，飞行员长期处于监控飞机姿态、航向等低负荷任务下，可能产生注意力不集中，产生懈怠监控。两种状态都会影响飞行安全。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，本发明旨在提供一种基于场景因子的人机功能分配方法、驾驶平台和飞机，根据不同的场景因子可实现实时动态地进行分配操作，用于解决现有技术中存在的上述问题。
7.本发明的上述技术目的将通过以下所述的技术方案予以实现。
8.一种基于场景因子的人机功能分配方法，包括步骤：
9.s1.对飞行过程的场景维度进行划分，确定不同场景维度下的场景因子并赋值，耦合场景因子得到确定场景所对应的人机功能分配系数；
10.s2.对飞行任务进行分解，得到底层交互任务，确定场景因子所对应的交互任务集，并测定完成各项所述交互任务所需的基准时间；
11.s3.识别当前的场景因子，实时计算多场景因子耦合的场景下人机功能分配系数，利用人机功能分配系数、基准时间等参数模糊评估，获取人机交互实时评估值，将人机交互实时评估值与场景因子对应的人机功能分配阈值进行对比，构建实时动态的人机功能分配机制。
12.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1中的场景维度包括天气、飞行阶段、飞行员状态、飞行状态和/或航路/终端区条件。
13.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述天气场景维度包括：能见度、降水、温度、相对湿度、天空覆盖情况、地面风/航路风或特殊气象；
14.所述飞行阶段场景维度包括：飞行计划、行前准备、推出/牵引和起动、滑出、起飞、爬升、航路爬升、巡航、下降、等待、进近、着陆、滑入、航后、航行结束、地面服务或地面维护；
15.所述飞行员状态场景维度包括：正常、疲劳或失能；
16.所述飞行状态场景维度包括：正常、发动机失效、飞行控制系统失效、起落架系统失效、导航系统失效或空调系统失效；
17.所述航路/终端区条件场景维度包括：跑道状态、机场高度或终端区繁忙状态。
18.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，每个所述场景因子能够继续被划分，直到能够被飞行员进行评估。
19.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述耦合所述场景因子得到确定场景所对应的人机功能分配系数包括：基于不同维度场景因子耦合，采用评估或仿真训练方法来综合评估所述不同值的场景因子所对应的人机功能分配系数。
20.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s2中测定完成各项所述交互任务所需的基准时间包括：采用测量法确定完成各项所述交互任务所需的基准时间。
21.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s3中通过实时获取的飞机高度、速度、姿态、系统状态和/ 或管制信息综合判断当前场景因子，计算得出所述人机功能分配系数。
22.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述交互任务包括稳定飞机姿态、调节目标高度和/或断开自动飞行。
23.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s2中对飞行任务进行分解，得到交互子任务集包括：
24.确定飞行员分解在任务执行过程中相对独立操纵任务，形成执行层面的底层交互任务集。
25.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据各交互任务的基准时间，实时评估操作顺序、操作密度以及上一动作的操作绩效得到当前任务操作绩效，操纵绩效与人机功能分配系数相乘得到人机交互实时评估值。
26.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，人机功能分配基准阈值为人的基础能力值与疲劳状态系数的比值。
27.本发明还提供了一种驾驶平台，所述驾驶平台采用本发明所述的基于场景因子的人机功能分配方法。
28.本发明还提供了一种飞机，所述飞机包括本发明所述的驾驶平台。
29.本发明的有益技术效果
30.本发明实施例提供的基于场景因子的人机功能分配方法及驾驶舱系统,用于解决飞行员在操纵飞机执行飞行任务过程的负荷分配问题和安全问题。通过识别场景因子，梳理飞机、环境与飞行员之间的关系，实时获取飞机参数评估飞机状态、实时分析飞行员操作绩效评估人机功能分配，通过人机功能分配的方法优化飞行员执行任务过程中的参与程度、工作负荷以及操作绩效，动态实时的评估人机环三者的匹配程度，使得人机系统相互匹
配、相互协调，以达到人机系统实时最优，并确保飞行安全高效。
附图说明
31.以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
32.图1为本发明的实施例中的方法流程示意图；
33.图2为本发明的实施例中的方法中的具体操作步骤示意图。
具体实施方式
34.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
35.如图1-图2所示，本发明一种基于场景因子的人机功能分配方法，包括步骤：
36.s1.对飞行过程的场景维度进行划分，确定不同场景维度下的场景因子并赋值，耦合场景因子得到确定场景所对应的人机功能分配系数；
37.s2.对飞行任务进行分解，得到底层交互任务，确定场景因子所对应的交互任务集，并测定完成各项所述交互任务所需的基准时间；
38.s3.识别当前的场景因子，实时计算多场景因子耦合的场景下人机功能分配系数，利用人机功能分配系数、基准时间等参数模糊评估，获取人机交互实时评估值，将人机交互实时评估值与所述场景因子对应的人机功能分配阈值进行对比，构建实时动态的人机功能分配机制。
39.优选地，本发明中的实施例中所述s1中的场景维度包括：天气状态、飞行阶段、飞行员状态、飞机状态和或航路/终端区条件。
40.优选地，本发明中的实施例中所述s1中的场景因子包括：
41.天气场景维度包括：能见度、降水、温度、相对湿度、天空覆盖情况、地面风/航路风、特殊气象；其中每个因子可以继续划分，直到可以飞行员可以对其进行评估，例如降水又可以分为：雨、阵雨、毛毛雨、雪、阵雪、米雪、冰粒、冰雹、小冰雹、阵性雹；特殊气象又可以分为：沙卷风、飑、漏斗云、尘暴、沙暴、雷暴、热带气旋、颠簸、盐雾、风切变和/或火山灰；其中每个因子可以继续划分，直到可以飞行员可以对其进行评估。
42.飞行阶段场景维度包括：飞行计划、行前准备、推出/牵引和起动、滑出、起飞、爬升、航路爬升、巡航、下降、等待、进近、着陆、滑入、航后、航行结束、地面服务和/或地面维护；其中每个因子可以继续划分，直到可以飞行员可以对其进行评估。
43.飞行员状态场景维度包括：正常、疲劳和/或失能；其中每个因子可以继续划分，直到可以飞行员可以对其进行评估。
44.飞行状态场景维度包括：正常、发动机失效、飞行控制系统失效、起落架系统失效、导航系统失效和/或空调系统失效等；其中每个因子可以继续划分，直到可以飞行员可以对其进行评估，例如发动机失效又可以分为：单发失效、双发失效和/或发动机降级；飞行控制系统失效又可以分为：升降舵失效、安定面失效、高升力系统失效(襟翼/缝翼卡阻)、副翼失效、方向舵失效和/或扰流板失效。
45.航路/终端区条件场景维度包括：跑道状态、机场高度和/或终端区繁忙状态等。其中每个因子可以继续划分，直到可以飞行员可以对其进行评估；例如跑道状态可以化分：干
跑道、湿跑道、污染跑道。
46.优选地，本发明中的实施例中所述评估不同值场景因子所对应的人机功能分配阈值包括：基于不同维度场景因子耦合，采用评估或仿真训练方法来综合评估所述不同值的场景因子所对应的人机功能分配阈值。
47.本发明的具体过程如下：基于场景因子识别的人机功能分配方法，包括以下步骤：
48.a)飞行员执飞过程场景维度划分
49.首先，综合分析飞机运行过程，对影响飞行任务完成场景维度进行划分，划分维度应尽可能相对独立。本发明中给出的场景维度实例的划分，包括：天气状态、飞行阶段、飞行员状态、飞机状态、航路 /终端区条件等五个场景维度。
50.b)识别场景因子并赋值
51.识别所有场景维度中的场景因子，并对其进行赋值。
52.场景因子赋值可采用在环仿真实验进行评估。本发明在环仿真实验中采用1-10分对场景因子进行赋值，分值越高代表对飞行任务影响越大，飞行员在执行任务时付出的努力越大，例如天气状态维度：浮尘＝3、阵风＝6、雷暴＝9；飞行阶段维度：飞行计划＝1、行前准备＝1、推出/牵引和起动＝1、滑出、起飞＝6、爬升＝5、航路爬升＝4、巡航＝3、下降＝5、等待＝4、进近＝7、着陆＝9、滑入＝2、航后＝1、航行结束＝1；飞行员状态维度：正常＝1、疲劳＝6；失能＝10；飞机状态维度：正常＝1、单发失效＝8、双发失效＝10、发动机降级＝5等；航路/终端区条件维度：干跑道＝1、湿跑道＝4、污染跑道＝6等。
53.c)确定人机功能分配系数
54.基于不同维度场景因子耦合计算得到确定场景下的人机功能分配系数。可采用模糊数学计算、飞行员人在环仿真后评估等方式。本发明中给出实例人机功能分配系数计算方法，如下。
55.(1).不同维度间场景因子直接叠加；
56.(2).相同维度场景因子为最高因子值加上其他因子值乘以系数叠加。
57.将(1)和(2)的结果再次进行叠加可得人机功能分配系数。
58.例如：阵风(3)、起飞(5)、飞行员正常(1)、单发失效(8)、终端区繁忙(4)、污染跑道(6)，该场景下人机功能分配系数为：
59.3 5 1 8 (6 0.3
×
4)＝24.2
60.d)确定具体场景下的飞行员交互任务集
61.确定飞行员在执飞过程中要执行的各项任务，分解在任务执行过程中相对独立操纵任务，形成执行层面的底层交互任务集。本实例中分解后的交互任务包括稳定飞机姿态、调节目标高度、断开自动飞行等。根据目标系统、目标任务，确定在步骤c所确定的具体场景下的飞行员交互任务集。
62.e)确定底层交互任务的基准时间
63.根据确定的底层交互任务集开展实验测定完成每项交互任务所需要的操作基准时间。本实例中采用多名飞行员多轮实际测试求平均值的方式获取基准时间。例如，调节目标高度基准时间＝2.8s
64.f)完成实时动态人机分配
65.利用实时获取的相关参数判别当前场景因子，自动匹配当前场景下的底层交互任
务集。本实例中给出的参数包括飞机高度、速度、姿态、系统状态、管制信息等，用上述参数识别当前场景因子，同时利用步骤c的方法计算得到该场景下人机功能分配系数。同时采集飞行员操作绩效，本实例中给出由驾驶平台测量得到的飞行员完成任务的实际操作时间、基准时间、实际操作顺序、操作间隔时间、近5分钟内操作准确度，本次任务操作绩效的计算方式为：
66.(实际操作时间/基准时间)/近5分钟内操作准确度 上一个任务操作绩效/操作间隔时间＝本次任务操作绩效
67.例如：(1.2/1)/95％ 1.2/3＝1.66
68.人机交互实时评估值的计算方式为：
69.本次任务操作绩效
×
当前场景下人机功能分配系数＝人机交互实时评估值
70.例如：1.66
×
24.2＝40.172
71.确定人机功能分配基准阈值，基准阈值代表人的能力状态。本实例中给出一种人机功能分配基准阈值的方法，人机功能分配基准阈值的计算方式如下：
72.人的基础能力值/疲劳状态系数＝人机功能分配基准阈值
73.假定人的基础能力值为100，疲劳状态系数可由生理检测系统实时检测得出，例如，脑电、心电、眼动等生理设备检测参数，疲劳状态系数如为1.5和3等，则人机功能分配基准阈值分别为 100/1.5＝66.666和100/3＝33.333。
74.当人机交互实时评估值≤人机功能分配基准阈值时，系统按照人机功能分配基准阈值分配原则；
75.例如：40.172《66.666
76.当人机交互实时评估值＞人机功能分配基准阈值，则下一项操纵任务根据人机交互实时评估值来改变人机功能分配方案，由飞机自主完成操作，人完成监控作用,
77.例如：40.172＞33.333。
78.本发明还提供了一种驾驶平台，其中的驾驶舱采用本发明所述的基于场景因子的人机功能分配方法。
79.本发明还提供了一种飞机，所述飞机包括本发明的驾驶平台。
80.上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本发明所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。