摘要：在現(xiàn)代化的飛機(jī)座艙內(nèi)，顯示系統(tǒng)是飛行員獲知飛行信息的主要途徑。飛機(jī)的顯示系統(tǒng)綜合顯示全機(jī)的各種參數(shù)，顯示畫(huà)面復(fù)雜，顯示信息量大。信息的顯示方式是影響飛行員對(duì)飛行信息的獲取、判讀、理解的因素之一。合理有效的參數(shù)布局和顯示方式，可提高飛行員辨識(shí)信息的效率，減少人為的失誤，對(duì)提高飛行安全度方面有很大的意義。

本文結(jié)合人機(jī)界面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，通過(guò)在嵌入式系統(tǒng)的座艙顯示軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，選定適合飛行員判讀的顯示方式，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)飛行中的重要參數(shù)“升降速度”的顯示，并通過(guò)算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)座艙;人機(jī)界面;升降速度

一、概述

隨著新軍事變革思想的提出和發(fā)展，未來(lái)戰(zhàn)斗機(jī)將面臨復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，飛行員需要在多維立體化的條件下執(zhí)行多平臺(tái)多任務(wù)的高難度信息化作戰(zhàn)，信息量的急劇增加使得飛行員對(duì)信息的判讀難度加大，這嚴(yán)重影響到飛行員的作戰(zhàn)反應(yīng)和決策判斷。飛機(jī)的座艙顯示界面和飛行員之間的人機(jī)交互效率直接影響到飛行員對(duì)信息的判斷[1]。

二、人機(jī)界面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

最早的飛機(jī)駕駛艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)師采用分立式機(jī)電儀表，隨著綜合顯示控制技術(shù)的發(fā)展歷程，飛機(jī)座艙顯示系統(tǒng)向高度綜合化、智能化座艙方向推進(jìn)。

在人機(jī)界面設(shè)計(jì)時(shí)，要充分掌握飛行員的認(rèn)知行為特點(diǎn)，從飛行員的知覺(jué)、注意、情景知覺(jué)（Situation awareness）等方面出發(fā)，得出能夠降低飛行員飛行中的個(gè)人失誤的人機(jī)界面設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，這些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則主要包括：心理模型原則、知覺(jué)原則、注意原則[2]。

（一）心理模型原則

心理模型是存在于用戶(hù)頭腦中的關(guān)于一個(gè)產(chǎn)品應(yīng)該具有盼概念和行為的知識(shí)。人機(jī)之間的顯示界面呈現(xiàn)系統(tǒng)的變化與飛行員的心理模型之間的一致性和兼容性往往決定了界面設(shè)計(jì)的好壞。具體來(lái)說(shuō)，飛行員在觀察界面顯示的信息時(shí)往往依據(jù)自己的期望或有關(guān)飛機(jī)系統(tǒng)的心理模型來(lái)解釋他們所看到信息和飛機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

（二）知覺(jué)原則

知覺(jué)原則首先體現(xiàn)為界面信息具有較高的易獲知程度。具體來(lái)說(shuō)，界面信息的位置、布局、大小、形狀、色彩、深度知覺(jué)等方面的設(shè)計(jì)都要符合飛行員的視覺(jué)感覺(jué)系統(tǒng)特性;而聽(tīng)覺(jué)顯示信息的內(nèi)容、響度、音色、音調(diào)以及聲音的定位等方面的要適應(yīng)于聽(tīng)覺(jué)感覺(jué)系統(tǒng)的需求。

（三）注意原則

飛行員在完成一項(xiàng)任務(wù)時(shí)，需要利用選擇性注意來(lái)挑選當(dāng)前所必需的信息，當(dāng)他將注意從一個(gè)顯示位置“移動(dòng)”到另一個(gè)顯示位置時(shí)會(huì)需要時(shí)間或精力消耗。在設(shè)計(jì)界面時(shí)，需要依據(jù)不同飛行階段和飛行任務(wù)的信息需求，對(duì)界面顯示做更加合理的布局，將訪問(wèn)信息的消耗降到最低。當(dāng)兩個(gè)信息顯示在空間上相近時(shí)，可以降低信息的訪問(wèn)量，另外對(duì)不同的信息使用相同的顏色、用線(xiàn)連接或者采用相同的布局模式都可以達(dá)到顯示接近性。

三、參數(shù)的顯示設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在飛行參數(shù)中，飛機(jī)的升降速度（或者垂直速度）是一個(gè)重要參數(shù)。飛行器飛行高度的變化稱(chēng)為升降速度。升降速度是飛行器的主要飛行數(shù)據(jù)之一，飛行員不僅在做機(jī)動(dòng)飛行時(shí)需要掌握升降速度的大小，即使在平飛時(shí)，也要依據(jù)升降速度表的指示（是否偏離0）來(lái)保持平飛。升降速度表能夠反映微小的高度變化，依據(jù)它是否指示在0位，能準(zhǔn)確判斷出飛機(jī)是否保持平飛狀態(tài)。如果升降速度表指示在0位，說(shuō)明飛機(jī)在平飛狀態(tài)，指示0以上，說(shuō)明飛機(jī)在上升，指示0以下，說(shuō)明飛機(jī)在下降。飛行器的升降速度表可以作為地平儀的輔助儀表，是穿云下降和不良能見(jiàn)度著陸時(shí)很有價(jià)值的輔助手段[3]。

依據(jù)升降速度概念的特點(diǎn)并且結(jié)合人機(jī)界面設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，可以分析得出升降速度設(shè)計(jì)概念：

（一）依據(jù)升降速度的概念和心理模型原則可知，升降速度大于0時(shí)飛行員的心理模型表現(xiàn)為飛機(jī)在上升，升降速度小于0時(shí)，飛行員的心理模型表現(xiàn)為飛機(jī)咋下降，升降速度為0時(shí)，飛行員的心理模型表現(xiàn)飛機(jī)在平飛。因而最好將升降速度帶設(shè)計(jì)為隨著速度的增加數(shù)值上升。

（二）依據(jù)知覺(jué)原則，兩種或兩種以上的編碼形式來(lái)表示同一個(gè)信息，以提高信息傳達(dá)和認(rèn)知的準(zhǔn)確性。因此可設(shè)置數(shù)值和顏色結(jié)合的形式來(lái)表示升降速度，如升降速度在正常范圍時(shí)，數(shù)值可顯示為綠色，當(dāng)升降速度處于警戒范圍時(shí)，數(shù)值可顯示為黃色，當(dāng)升降速度處于警告范圍時(shí)，數(shù)值可顯示為紅色來(lái)引起飛行員注意。當(dāng)升降速度值處于無(wú)效狀態(tài)時(shí)，可不顯示數(shù)值，且用紅色標(biāo)識(shí)提示。

（三）依據(jù)升降速度指示平飛的功能以及注意原則，飛行員在飛行階段長(zhǎng)時(shí)間注意到的升降速度為0附近的值。因此可以設(shè)置升降速度帶的中心為0值，且0值位置固定在刻度帶中心。0值附近的數(shù)值需要精確顯示，最小刻度值要小，而在偏離0值較大的數(shù)值可粗略顯示，最小刻度值要大。

通過(guò)對(duì)升降速度概念的分析，結(jié)合人機(jī)界面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則，可以設(shè)計(jì)出符合飛行員認(rèn)知特點(diǎn)的升降速度刻度帶的顯示方式，如圖1所示。

結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)要求，按照?qǐng)D1的設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)一個(gè)升降速度刻度帶。設(shè)計(jì)效果：當(dāng)升降速度超過(guò)15m/s后，游標(biāo)停留在15m/s的刻度處，但游標(biāo)內(nèi)的數(shù)值隨輸入值變化;當(dāng)升降速度超過(guò)15m/s且小于99m/s時(shí)，數(shù)值顯示為黃色;當(dāng)升降速度超過(guò)99m/s時(shí)，數(shù)值顯示為紅色;數(shù)值無(wú)效時(shí)不顯示，且整個(gè)顯示框打紅色叉。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合人機(jī)界面設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，給出飛行重要參數(shù)“升降速度”的顯示設(shè)計(jì)方案。該顯示方案符合飛行員對(duì)升降速度的心理認(rèn)知模型，刻度帶的劃分和數(shù)值顯示方式符合人機(jī)界面的設(shè)計(jì)的知覺(jué)原則和注意原則。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃艷群，黎旭，李榮麗。設(shè)計(jì)人機(jī)界面[M]。北京：北京理工大學(xué)出版社，2007。

[2]仇岑?；陲w行員認(rèn)知特點(diǎn)的駕艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)研究[D]： [碩士學(xué)位論文].南京：東南大學(xué)，2009

[3]王世錦。飛機(jī)儀表。科學(xué)出版社。2013.2。

作者簡(jiǎn)介：

李茳，1987年9月26日，畢業(yè)院校：北京航空航天大學(xué)，學(xué)歷：碩士，單位名稱(chēng)：航空工業(yè)太原航空儀表有限公司，主要研究方向：液晶顯示及嵌入式軟件開(kāi)發(fā)。