民航人因工程综合实验平台建设研究

陈农田，杨文锋，谭 鑫

(中国民用航空飞行学院 航空工程学院，四川 广汉 618307)

随着航空器设计和制造技术的不断发展和完善，近代航空事故/事故征候大多数是由人为因素造成[1]。波音公司关于1983—2006年航空器事故统计数据表明，68%事故的主要原因在于飞行员，事故致因还涉及到管制员、维修人员以及其他人员。人的因素已经成为当今航空安全最大隐患，开展航空人因工程研究有助于提高航空安全水平。

航空人因工程研究源于国外，20世纪70年代末到90年代初是航空人因研究黄金时期，欧美等航空发达国家探讨并着手人因工程实验平台建设。国内学者认识到人因科学及实验的重要性，针对人因工程实验平台规划和建设进行了探讨[2-6]：提出基础测量、虚拟仿真与检测、心理与行为分析、综合评估安全人因工程实验平台建设规划；结合人因工程实验特点，介绍了人因工程实验平台建设和运行情况；在民航人因工程实验平台建设探讨方面，提出民航人因分析技术实验平台建设框架；选取角度感知、速度感知、短时记忆和判断3方面，设计管制员感知能力测试平台；提出通过分析民航实验体系、实验内容及层次需求建立“人为因素”实验平台及运转模式。当前，人因工程实验平台建设主要是点和面上的经验总结，航空人因工程实验平台建设尚未有指导性大纲规范及程序标准，还处于航空人因工程实验平台建设探索阶段。本文拟对比分析国内外民航人因工程研究及实验平台建设现状，提出民航人因工程实验平台体系框架，重点从实验方向、实验类型、实验设备以及实践应用层面提出实验平台建设思路，为我国民航人因工程实验平台建设提供理论参考。

1 民航人因工程实验平台建设现状

上世纪50年代起，国外学者在航空人因工程领域开展了大量研究[7-8]。国外许多大学和研究所都建有人因工程实验平台：密西根大学人因工程方向实验室数目占学科实验室数目一半以上；普渡大学人因工程实验平台主要开展人因工效学方面研究；美国联邦航空局(FAA)人因工程实验室主要对人机工效和工作负荷进行测评；FAA民航医学研究院所属航空人为因素研究中心，主要对空管人为因素、人员培训与组织问题开展研究；德国宇航研究院(DLR)航空航天心理学研究中心，主要从事包括民航人员选拔、认知能力及心理运动能力开发等研究。

国内对人因工程研究始于20世纪80年代后期，许多高校和科研机构着手人因工程实验室建设。国内较为领先的有清华大学、西安交通大学等[9]。在航空人因工程实验平台建设方面，北京航空航天大学建立了包括模拟驾驶舱、眼动追踪仪、肌电皮温检测仪等设备的航空人因工程实验平台，在航空人机工效分析、情境认知与负荷评价等方面开展研究，取得了较多成果[10]。在民航人因工程民航领域方向，民航局成立了民航飞行技术与航空安全人因工程实验基地，民航飞行学院与德国宇航研究院(DLR)合作开发了飞行员选拔测试系统平台[11]。民航安全科学研究所，在参考国外人因科研院所基础上成立了民航人因工程实验室，在飞行员情境认知与人机交互领域开展研究[12]。

目前，国内许多人因实验平台建设多以参照国外建设模式为主，缺乏对实际情况的分析，存在着专业定位不清晰、平台特色不鲜明、建设目标不明确、实验项目不科学、不能开展实质性研究等问题。国内航空人因工程实验平台缺乏，尚无系统、全面的民航专业人因工程综合实验平台。建立民航人因工程综合实验平台对于保障民航安全、改善航空工效具有重要意义。

2 民航人因工程综合实验平台建设

民航人因工程综合实验平台建立的目的在于综合运用人因工程理论方法、设备技术，保障民航安全有效运行，改善航空人机工效。

分析国内外航空人因工程实验平台建设现状，结合民航人因工程领域面临的难点和热点问题，人因工程综合实验平台应可开展基础性、综合性和系统性研究，具体可分为民航人机工程基础参数测量实验平台、民航人机工效学测试与评估实验平台、民航认知工效与人机交互实验平台、航空人为差错与人机可靠性综合实验平台以及民航人因事故仿真与调查实验平台，既可满足民航人因工程的基础性研究，解决民航安全中的人因工程实践应用问题，又能开展航空人因工程领域前沿探索性研究，实现人因实验平台拓展可持续发展。民航人因工程综合实验平台建设内容包括研究方向内容、实验类型、主要设备和具体实践应用等(见表1)。

表1 民航人因工程综合实验平台建设内容

2.1 民航人机工程基础参数测试实验平台

人机工程基础参数测试实验平台功能是人机环基本参数测量，属于基本型实验应用，主要包括人体生理基本参数测量(形体尺寸、生理参数)、心理基本参数测试(心理特质、认知特性)以及人机环基本参数测量(包括环境温度、湿度、亮度、噪声、振动等)。目的主要是掌握基本的人因工程学测量手段和方法，为后续人因工程综合系统性实验奠定基础。实验应用的主要设备包括人体生理计测仪、环境计测仪器，以及人机环测量使用的温度计、照度计与精密脉冲声级计等，其实验结论可以应用在民航从业人员职业健康测量、心理评估以及工作环境评估方面。

2.2 民航人机工效学测试与评估实验平台

民航人机工效学测量与评估实验平台主要可以开展工作压力与负荷测量、作业空间任务分析以及人因工效检测等研究。运用工作能力测评系统、生理心理检测设备对作业人员的听觉反应、视觉反应、知觉反应，以及生理心理指标进行检测，来分析民航从业人员的工作压力、负荷和人员疲劳程度等。通过设计调查问卷和人机工效分析，来评估作业空间及作业强度，从而改善民航作业环境，合理安排人力资源。实验主要设备包括人机环测量基本仪器、工作能力测评系统，以及调查问卷系统等。其实验结论具体应用有飞行/空管人员工作压力负荷测量、飞行/空管/航空维修作业环境与空间评估。

2.3 民航认知工效与人机交互实验平台

民航认知工效与人机交互实验平台应用于人员认知测量与评估以及人机交互评估与优化等方面，具体实验项目内容包括情境认知评估、认知心理评估选拔、驾驶舱资源管理以及驾驶舱人机界面评估等。主要在实验设置的民航模拟工作环境下，结合现代先进技术设备，如模拟驾驶舱、认知检测仪(记忆广度测度仪、反应时运动时测试仪等)、生理检测仪(眼动追踪仪、脑电仪、肌电皮温检测仪等)开展认知测试，以及人机交互评估和优化等实验研究。其具体实践应用包括飞行员情境意识(SA)的测量与评估，以及驾驶舱仪表盘布局评估与优化等。

2.4 航空人为差错与人机可靠性综合实验平台

人为差错与人机可靠性综合实验平台应用于航空人为差错机理探究、差错分类分析以及人机可靠性匹配等问题研究，具体研究方向包括人因失误与组织行为、人因可靠性分析以及群体决策与行为观测。主要运用现在的人因差错理论，并结合行为观察分析系统、生理心理监测仪等设备，采用调查问卷和专家访谈方法进行民航人为差错致因分析，开展民航人机匹配和人的可靠性分析。其实践具体应用包括有飞行人为差错分类与分析(HFACS)、维修差错决断工具(MEDA)、空管人误分类分析技术(JANUS)以及机组从众现象分析。

2.5 民航人因事故仿真与调查实验平台

民航人因事故仿真与调查实验平台，是采用虚拟现实(virtual reality，VR)技术平台的高度灵活性进行有关航空人因事故虚拟理论与技术应用研究，以虚拟现实技术为基础对民航人因事故进行模拟、仿真、重现和分析，构建“视觉、听觉、触觉”三维一体的人因事故仿真和调查系统，具体应用包括事故虚拟仿真重现、事故人因虚拟分析以及人因不安全事件调查及事故人因数据管理系统，属于综合型实验。主要实验设备包括采用虚拟现实(VR)技术软/硬件、快速存取记录器(QAR)数据分析设备以及飞行数据分析设备(FDA)，包括舱音记录器(CVR)译码设备、飞行数据记录器(FDR)译码分析设备等。

3 结束语

人为因素是导致航空事故的主要诱因，开展民航人因工程学实验研究对于保障航空安全、改善航空工效具有重要意义。论文总结了国内外民航人因工程领域研究概况，分析了国内外人因工程实验平台建设现状与不足，总结了我国民航人因工程实验平台建设存在的问题，构建了涵盖民航人机工程基础参数测试、民航人机工效学测试与评估、民航认知工效与人机交互、航空人为差错与人机可靠性综合实验平台以及民航人因事故仿真与调查五维一体的民航人因工程实验平台框架，重点从实验方向和内容、实验开展类型、实验仪器设备以及实践应用4个层面提出综合实验平台建设思路，为我国民航人因工程实验平台建设提供理论参考。

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