飞机座舱显示参数的设计方法与实现

摘要：在现代化的飞机座舱内，显示系统是飞行员获知飞行信息的主要途径。飞机的显示系统综合显示全机的各种参数，显示画面复杂，显示信息量大。信息的显示方式是影响飞行员对飞行信息的获取、判读、理解的因素之一。合理有效的参数布局和显示方式，可提高飞行员辨识信息的效率，减少人为的失误，对提高飞行安全度方面有很大的意义。

本文结合人机界面的设计准则，通过在嵌入式系统的座舱显示软件的开发平台上，选定适合飞行员判读的显示方式，设计实现飞行中的重要参数“升降速度”的显示，并通过算法进行实现。

关键词：飞机座舱;人机界面;升降速度

一、概述

随着新军事变革思想的提出和发展，未来战斗机将面临复杂的战场环境，飞行员需要在多维立体化的条件下执行多平台多任务的高难度信息化作战，信息量的急剧增加使得飞行员对信息的判读难度加大，这严重影响到飞行员的作战反应和决策判断。飞机的座舱显示界面和飞行员之间的人机交互效率直接影响到飞行员对信息的判断[1]。

二、人机界面的设计准则

最早的飞机驾驶舱人机界面设计师采用分立式机电仪表，随着综合显示控制技术的发展历程，飞机座舱显示系统向高度综合化、智能化座舱方向推进。

在人机界面设计时，要充分掌握飞行员的认知行为特点，从飞行员的知觉、注意、情景知觉（Situation awareness）等方面出发，得出能够降低飞行员飞行中的个人失误的人机界面设计准则，这些设计准则主要包括：心理模型原则、知觉原则、注意原则[2]。

（一）心理模型原则

心理模型是存在于用户头脑中的关于一个产品应该具有盼概念和行为的知识。人机之间的显示界面呈现系统的变化与飞行员的心理模型之间的一致性和兼容性往往决定了界面设计的好坏。具体来说，飞行员在观察界面显示的信息时往往依据自己的期望或有关飞机系统的心理模型来解释他们所看到信息和飞机系统的运行状态。

（二）知觉原则

知觉原则首先体现为界面信息具有较高的易获知程度。具体来说，界面信息的位置、布局、大小、形状、色彩、深度知觉等方面的设计都要符合飞行员的视觉感觉系统特性;而听觉显示信息的内容、响度、音色、音调以及声音的定位等方面的要适应于听觉感觉系统的需求。

（三）注意原则

飞行员在完成一项任务时，需要利用选择性注意来挑选当前所必需的信息，当他将注意从一个显示位置“移动”到另一个显示位置时会需要时间或精力消耗。在设计界面时，需要依据不同飞行阶段和飞行任务的信息需求，对界面显示做更加合理的布局，将访问信息的消耗降到最低。当两个信息显示在空间上相近时，可以降低信息的访问量，另外对不同的信息使用相同的颜色、用线连接或者采用相同的布局模式都可以达到显示接近性。

三、参数的显示设计与实现

在飞行参数中，飞机的升降速度（或者垂直速度）是一个重要参数。飞行器飞行高度的变化称为升降速度。升降速度是飞行器的主要飞行数据之一，飞行员不仅在做机动飞行时需要掌握升降速度的大小，即使在平飞时，也要依据升降速度表的指示（是否偏离0）来保持平飞。升降速度表能够反映微小的高度变化，依据它是否指示在0位，能准确判断出飞机是否保持平飞状态。如果升降速度表指示在0位，说明飞机在平飞状态，指示0以上，说明飞机在上升，指示0以下，说明飞机在下降。飞行器的升降速度表可以作为地平仪的辅助仪表，是穿云下降和不良能见度着陆时很有价值的辅助手段[3]。

依据升降速度概念的特点并且结合人机界面设计准则，可以分析得出升降速度设计概念：

（一）依据升降速度的概念和心理模型原则可知，升降速度大于0时飞行员的心理模型表现为飞机在上升，升降速度小于0时，飞行员的心理模型表现为飞机咋下降，升降速度为0时，飞行员的心理模型表现飞机在平飞。因而最好将升降速度带设计为随着速度的增加数值上升。

（二）依据知觉原则，两种或两种以上的编码形式来表示同一个信息，以提高信息传达和认知的准确性。因此可设置数值和颜色结合的形式来表示升降速度，如升降速度在正常范围时，数值可显示为绿色，当升降速度处于警戒范围时，数值可显示为黄色，当升降速度处于警告范围时，数值可显示为红色来引起飞行员注意。当升降速度值处于无效状态时，可不显示数值，且用红色标识提示。

（三）依据升降速度指示平飞的功能以及注意原则，飞行员在飞行阶段长时间注意到的升降速度为0附近的值。因此可以设置升降速度带的中心为0值，且0值位置固定在刻度带中心。0值附近的数值需要精确显示，最小刻度值要小，而在偏离0值较大的数值可粗略显示，最小刻度值要大。

通过对升降速度概念的分析，结合人机界面设计的准则，可以设计出符合飞行员认知特点的升降速度刻度带的显示方式，如图1所示。

结合实际的设计要求，按照图1的设计理念设计一个升降速度刻度带。设计效果：当升降速度超过15m/s后，游标停留在15m/s的刻度处，但游标内的数值随输入值变化;当升降速度超过15m/s且小于99m/s时，数值显示为黄色;当升降速度超过99m/s时，数值显示为红色;数值无效时不显示，且整个显示框打红色叉。

四、结束语

本文结合人机界面设计准则和实际设计经验，给出飞行重要参数“升降速度”的显示设计方案。该显示方案符合飞行员对升降速度的心理认知模型，刻度帶的划分和数值显示方式符合人机界面的设计的知觉原则和注意原则。

参考文献：

[1]黄艳群，黎旭，李荣丽。设计人机界面[M]。北京：北京理工大学出版社，2007。

[2]仇岑。基于飞行员认知特点的驾舱人机界面设计研究[D]： [硕士学位论文].南京：东南大学，2009

[3]王世锦。飞机仪表。科学出版社。2013.2。

作者简介：

李茳，1987年9月26日，毕业院校：北京航空航天大学，学历：硕士，单位名称：航空工业太原航空仪表有限公司，主要研究方向：液晶显示及嵌入式软件开发。