基于復雜網絡的戰斗機駕駛艙人機交互信息網絡構建分析

鄭冬英

摘要：目的：從飛行任務的角度出發構建F/A-18戰斗機駕駛艙人機交互信息網絡，分析網絡中各個顯控信息元之間的關系以及重要指數，為駕駛艙布局設計提供更科學的指導依據。方法：學習F/A-18戰斗機飛行手冊，體驗模擬飛行游戲，觀看模擬飛行游戲視頻，整理總結戰斗機飛行員執行飛行任務的流程及具體操作步驟。基于P空間建立駕駛艙人機交互信息網絡，采用UCINET繪制網絡圖譜，分析顯控信息元的中心度指標和關聯關系；結果：整理出17個飛行任務流程，216個操作步驟，88個信息元；其中油門信息元中心度最高，其次是左DDI信息元、襟翼信息元、警告燈面板信息元、操縱桿信息元；結論：F/A-18戰斗機駕駛艙布局設計可以將DDI信息元、襟翼信息元、警告燈面板信息元布置在對于飛行員最有利的視野區域，以便飛行員高效搜尋信息，將油門信息元、操縱桿信息元等布置在最有利的操作區域，以便飛行員快速執行操作。

關鍵詞：復雜網絡；網絡構建；駕駛艙

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）09-0065-02

戰斗機駕駛艙由大量顯控部件構成，是飛行員與戰斗機進行交互的主要通道，其布局方式將直接影響人機交互的程度。合理的駕駛艙布局可以實現高水平的人機交互，確保飛行效率和飛行安全，并降低飛行失誤的概率。隨著現代信息化空戰形式的發展，戰斗機航電系統的體量和信息量呈現出爆炸式的增長，飛行員需要掌握更多的信息和承擔更大的工作負荷。若駕駛艙的布局方式不合理，飛行員會更易產生疲勞，出現失誤，因此合理布局戰斗機駕駛艙顯得尤為重要。葉坤武等人提出了一種基于飛行員視覺注意力分配的布局優化模型；陳俊璇等人提出了基于不確定語言加權平均算子的多屬性決策組合的飛機座艙人機布局評價方法。

復雜網絡作為能夠深度挖掘個體之間關系和整體與個體之間關系的重要科學工具，被廣泛應用于諸多領域中。在現實生活中，許多復雜系統都可以抽象成一種復雜網絡，例如通信網絡、交通網絡、社交網絡等等。對衡量復雜網絡的拓撲特性的指標進行分析，能夠揭示出網絡中整體與個體間的關系規律；何松柏等人運用復雜網絡理論構建了投送保障網絡模型并分析其拓撲結構，證實可以有效描述其網絡特征，了解其發展規律。

傳統的飛機駕駛艙布局往往借鑒之前版本的戰斗機，憑借經驗改良而來，主觀性較強，缺乏一定的科學性；且已有的駕駛艙布局的研究側重于優化駕駛艙內信息元的位置排布，少有研究信息元的重要程度以及分層方式；一般來講，只有知道所需排布的信息元的重要程度，才能安排信息元的位置布局。與傳統專家評估信息元權重值的方法不同，文章通過復雜網絡的方法，基于飛行任務構建駕駛艙信息元的交互信息復雜網絡，分析信息交互網絡的拓撲特征，得出信息元的重要程度，為駕駛艙布局設計提供科學依據；此方法也適用于其他交通工具或工作站內的顯控部件布局。

1 飛行任務流程整理

因F/A-18戰斗機為第三代戰機中的典型機型，所以本文以此機型作為研究基礎。飛行員通過與駕駛艙顯控部件進行交互，實現信息的輸入與輸出，完成飛行任務，其中每一個操作部件則視為可交互的最小單元—信息元。通過翻譯學習英文版F/A-18戰斗機飛行手冊，體驗模擬飛行游戲，觀看模擬飛行游戲視頻等方法，整理總結出戰斗機飛行員所需執行的17個常規任務階段及具體信息元操作流。根據功能相似性最后將操作部件整合成88個獨立信息元。

2 戰斗機人機交互信息網絡的構建

在復雜網絡中，常用由許多節點和邊構成的網絡圖來描述這個網絡，邊代表節點之間的相互關系；F/A-18戰斗機人機交互信息網絡可抽象成一個網絡圖，將信息元視作節點，信息元之間的相互關系視為邊。在本文所需構建的戰斗機人機交互信息網絡圖中，邊的描述方式不唯一，主要有Space-L與Space-P兩種描述方法。Space-L方法定義人機交互網絡方式：在同一個飛行任務階段中，若兩個信息元為相鄰操作，那么這兩個信息元之間就存在關系，有連邊；Space-P方法：只要兩個信息元同時出現在某一個飛行任務階段，則認為這兩個信息元之間存在關系。由于飛行員在執行不同階段的飛行任務時，操作信息元的順序并不一定是唯一的，對其網絡結構影響較大，所以本文采用Space-P的方法來構建此網絡。

由于上述數據表示的為任務階段與信息元的關系，不能直接得出信息元與信息元之間的關系，所以較為簡便的方式是先得出17個任務階段與88個信息元關聯關系的二元網絡矩陣G，G=（gij） 88×17，其中行代表信息元，列代表任務階段，如果元素gij=1，則表示第i個信息元屬于第j個任務階段，否則gij=0。并且定義GT為G的轉置矩陣，即GijT=Gji。將矩陣G輸入到UCINET軟件中，利用對應乘積法將矩陣G與GT相乘，得到88行88列的信息元關聯關系矩陣F。矩陣F中有描述邊的權重，即兩個信息元同時出現在多個任務階段的次數，由于構建交互信息網絡原則的規定，將矩陣F中大于1的值全部賦予值為1，得到人機交互信息網絡鄰接矩陣A。并通過UCINET中的NetDraw網絡可視化軟件繪制出F/A-18戰斗機人機交互信息網絡圖，見圖1。圖1中我們能看到有一些明顯的抱團現象，例如圖左側信息元40、42、43、44、45、46、46、49、51，這幾個信息元表現出較為明顯的關聯性，且處于網絡中邊緣區域；而在圖中間的信息元例如信息元12、61、67、81、59等則表現出相對較高的重要性及中心程度。

3結論

本文運用復雜網絡的方法構建戰斗機信息交互網絡，分析網絡拓撲特性從而得出各信息元的重要程度以及分派結果。結合戰斗機實際飛行操作常識，合理運用此方法得出的結果，使得駕駛艙信息元的布局呈現出最佳狀態。本文但從無向無權網絡的角度分析，在以后的研究過程中，可以從多種角度來構建不同的網絡拓撲結構，從而找到最合適分析戰斗機駕駛艙信息元的網絡方式。

參考文獻：

[1] 葉坤武， 包涵， 魏思東. 基于視覺注意力分配的飛機駕駛艙人機界面布局優化[J]. 南京航空航天大學學報， 2018（3）.

[2] 陳俊璇， 余隋懷， 劉國昌， 等. 飛機座艙人機布局評價方法研究[J]. 計算機工程與應用， 2014（7）.

[3] 包翔， 劉桂鋒， 楊國立. 基于復雜網絡理論的圖書借閱分析[J]. 圖書館研究與工作， 2018（11）.

[4] 何松柏， 康凱， 劉亞東，等. 基于復雜網絡的投送保障網絡模型構建[J]. 天津大學學報（自然科學與工程技術版）， 2017（06）：109-115.

【通聯編輯：光文玲】