飛機座艙顯示參數的設計方法與實現

摘要：在現代化的飛機座艙內，顯示系統是飛行員獲知飛行信息的主要途徑。飛機的顯示系統綜合顯示全機的各種參數，顯示畫面復雜，顯示信息量大。信息的顯示方式是影響飛行員對飛行信息的獲取、判讀、理解的因素之一。合理有效的參數布局和顯示方式，可提高飛行員辨識信息的效率，減少人為的失誤，對提高飛行安全度方面有很大的意義。

本文結合人機界面的設計準則，通過在嵌入式系統的座艙顯示軟件的開發平臺上，選定適合飛行員判讀的顯示方式，設計實現飛行中的重要參數“升降速度”的顯示，并通過算法進行實現。

關鍵詞：飛機座艙;人機界面;升降速度

一、概述

隨著新軍事變革思想的提出和發展，未來戰斗機將面臨復雜的戰場環境，飛行員需要在多維立體化的條件下執行多平臺多任務的高難度信息化作戰，信息量的急劇增加使得飛行員對信息的判讀難度加大，這嚴重影響到飛行員的作戰反應和決策判斷。飛機的座艙顯示界面和飛行員之間的人機交互效率直接影響到飛行員對信息的判斷[1]。

二、人機界面的設計準則

最早的飛機駕駛艙人機界面設計師采用分立式機電儀表，隨著綜合顯示控制技術的發展歷程，飛機座艙顯示系統向高度綜合化、智能化座艙方向推進。

在人機界面設計時，要充分掌握飛行員的認知行為特點，從飛行員的知覺、注意、情景知覺（Situation awareness）等方面出發，得出能夠降低飛行員飛行中的個人失誤的人機界面設計準則，這些設計準則主要包括：心理模型原則、知覺原則、注意原則[2]。

（一）心理模型原則

心理模型是存在于用戶頭腦中的關于一個產品應該具有盼概念和行為的知識。人機之間的顯示界面呈現系統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計的好壞。具體來說，飛行員在觀察界面顯示的信息時往往依據自己的期望或有關飛機系統的心理模型來解釋他們所看到信息和飛機系統的運行狀態。

（二）知覺原則

知覺原則首先體現為界面信息具有較高的易獲知程度。具體來說，界面信息的位置、布局、大小、形狀、色彩、深度知覺等方面的設計都要符合飛行員的視覺感覺系統特性;而聽覺顯示信息的內容、響度、音色、音調以及聲音的定位等方面的要適應于聽覺感覺系統的需求。

（三）注意原則

飛行員在完成一項任務時，需要利用選擇性注意來挑選當前所必需的信息，當他將注意從一個顯示位置“移動”到另一個顯示位置時會需要時間或精力消耗。在設計界面時，需要依據不同飛行階段和飛行任務的信息需求，對界面顯示做更加合理的布局，將訪問信息的消耗降到最低。當兩個信息顯示在空間上相近時，可以降低信息的訪問量，另外對不同的信息使用相同的顏色、用線連接或者采用相同的布局模式都可以達到顯示接近性。

三、參數的顯示設計與實現

在飛行參數中，飛機的升降速度（或者垂直速度）是一個重要參數。飛行器飛行高度的變化稱為升降速度。升降速度是飛行器的主要飛行數據之一，飛行員不僅在做機動飛行時需要掌握升降速度的大小，即使在平飛時，也要依據升降速度表的指示（是否偏離0）來保持平飛。升降速度表能夠反映微小的高度變化，依據它是否指示在0位，能準確判斷出飛機是否保持平飛狀態。如果升降速度表指示在0位，說明飛機在平飛狀態，指示0以上，說明飛機在上升，指示0以下，說明飛機在下降。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度著陸時很有價值的輔助手段[3]。

依據升降速度概念的特點并且結合人機界面設計準則，可以分析得出升降速度設計概念：

（一）依據升降速度的概念和心理模型原則可知，升降速度大于0時飛行員的心理模型表現為飛機在上升，升降速度小于0時，飛行員的心理模型表現為飛機咋下降，升降速度為0時，飛行員的心理模型表現飛機在平飛。因而最好將升降速度帶設計為隨著速度的增加數值上升。

（二）依據知覺原則，兩種或兩種以上的編碼形式來表示同一個信息，以提高信息傳達和認知的準確性。因此可設置數值和顏色結合的形式來表示升降速度，如升降速度在正常范圍時，數值可顯示為綠色，當升降速度處于警戒范圍時，數值可顯示為黃色，當升降速度處于警告范圍時，數值可顯示為紅色來引起飛行員注意。當升降速度值處于無效狀態時，可不顯示數值，且用紅色標識提示。

（三）依據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時間注意到的升降速度為0附近的值。因此可以設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值附近的數值需要精確顯示，最小刻度值要小，而在偏離0值較大的數值可粗略顯示，最小刻度值要大。

通過對升降速度概念的分析，結合人機界面設計的準則，可以設計出符合飛行員認知特點的升降速度刻度帶的顯示方式，如圖1所示。

結合實際的設計要求，按照圖1的設計理念設計一個升降速度刻度帶。設計效果：當升降速度超過15m/s后，游標停留在15m/s的刻度處，但游標內的數值隨輸入值變化;當升降速度超過15m/s且小于99m/s時，數值顯示為黃色;當升降速度超過99m/s時，數值顯示為紅色;數值無效時不顯示，且整個顯示框打紅色叉。

四、結束語

本文結合人機界面設計準則和實際設計經驗，給出飛行重要參數“升降速度”的顯示設計方案。該顯示方案符合飛行員對升降速度的心理認知模型，刻度帶的劃分和數值顯示方式符合人機界面的設計的知覺原則和注意原則。

參考文獻：

[1]黃艷群，黎旭，李榮麗。設計人機界面[M]。北京：北京理工大學出版社，2007。

[2]仇岑?；陲w行員認知特點的駕艙人機界面設計研究[D]： [碩士學位論文].南京：東南大學，2009

[3]王世錦。飛機儀表。科學出版社。2013.2。

作者簡介：

李茳，1987年9月26日，畢業院校：北京航空航天大學，學歷：碩士，單位名稱：航空工業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發。