一种空中交通管制员注意力动态分配的测量方法

摘要

本发明提供了一种空中交通管制员注意力动态分配的测量方法的技术方案，该方案的方法利用眼动仪，通过对管制员眼动轨迹数据与飞机坐标的拟合，判断管制员对飞机的实时注视点，结合管制员基本记忆与遗忘时间区间，确定管制员对每架飞机在每个时刻的注意力分配值，为深入研究和防控提供基础支持数据。

说明书

技术领域：

本发明涉及的是一种用于飞空中交通管制员注意力动态分配的测量方法。

背景技术：

随着我国社会经济的快速发展，国民经济对民航的需求越来越旺盛，近10年来， 我国民航运输量的年均增长速度超过10％，与此同时，空管人员数量的增长远远赶不 上民航运输量的增长，因此，空管人员的工作负荷增加，疲劳上岗、工作差错的现 象日益增多，这给空管运行带来了巨大的安全隐患。各级空管部门为此开展了一系 列专项治理工作，也取得了较大成效，但是 由于基础研究不深入，对实际防控效果不能准确量化评估，导致经费投入区域不精 准，效能比不高。对管制员“错忘漏”的防控就是一个典型例子。管制员的“错忘 漏”是影响空管安全运行的顽疾，为此制定的“双岗”、“三岗”制也在很大程度上 减少了“错忘漏”的发生，但是经济和人力投入巨大，效率不高。如果能量化管制 员“错忘漏”发生特点和规律，再有针对性的监控“错忘漏”，就能极大的控制“错 忘漏”发生、降低人力成本、提高效能比，以更低的运行成本在更高的可靠性层面 上保障空管运行安全。

目前国内外专门针对管制员“错忘漏”开展的深入研究不多，尤其是对管制员 “错忘漏”的输入——注意力分配的量化研究不够。国内外现有研究主要集中在管 制员“错忘漏”的影响因素、分类及管控措施等方面，也有对管制员注意力分布习 惯进行过一些讨论，这些研究主要停留在经验和问卷统计等主观和宏观层面上，缺 乏对管制过程中管制员的细节和注意力分配的精准测量，管制员注意力分配的精准 测量难点在于注意力动态分配的准确测量，如能解决这个问题，则管制员“错忘漏” 问题将可以在一个有大量细节数据支持的的量化层面上讨论，有利于该问题从根本 上解决。本专利采用眼动追踪技术，提供了一种空中交通管制员注意力动态分配的 测量方法。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种技术方案，该方案 利用眼动仪对管制员眼动轨迹实时记录，通过拟合管制员眼动轨迹数据与飞机航行 坐标，判断管制员对飞机的实时注视点，确定管制员对每架飞机在每个时刻的注意 力分配值，达到测量管制员注意力动态分配的目的，为深入研究和防控提供基础支 持数据。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种空中交通管制员注意力动态分配的 测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1)确定管制员的眼动轨迹，并将管制员的眼动轨迹与飞机坐标拟合；所述的管 制员眼动轨迹是通过眼动仪确定；

2)判断飞机坐标上是否有多架飞机穿越，如果没有，则进入步骤4)，如果有， 则进入步骤5)；

3)根据$d_1=\max \left\{\sqrt{{(a_{\mathrm{nx}}-b_{\mathrm{nx}})}^2+{(a_{\mathrm{ny}}-b_{\mathrm{ny}})}^2}\right\},n=\mathrm{1,2,3}...p$确定注视飞机的 有效区域距离，其中d₁为注视飞机的有效区域距离，(a_nx,a_ny)为飞机的移动位置 坐标，(b_nx,b_ny)为管制员眼动位置坐标；

4)由$d_2=\min \left\{\sqrt{{(a_{n_{i}x}-b_{\mathrm{nx}})}^2+{(a_{n_{i}y}-b_{\mathrm{ny}})}^2}\right\},n=\mathrm{1,2,3}...p,i=\mathrm{1,2,3},...,k$确定管制员眼动轨迹与多个飞机的距离，某架飞机的屏幕坐标和眼动坐标之间的距 离最小，且持续一段时间，则该段时间内，管制员在追踪该飞机；其中d₂管制员眼 动与飞机的最小距离，k为飞机数量，(b_nx,b_ny)为管制员眼动位置坐标， 为第i架飞机的移动坐标位置；

5)结合管制员的记忆时间，确定管制员在飞机飞行的整个过充中注意力分配情 况。

所述的飞机坐标是飞机轨迹坐标。

管制员的眼动轨迹与飞机坐标拟合时，要确定时间一致，即眼动轨迹的开始记 录与飞机开始飞行时间相同。

眼动轨迹坐标是基于眼动仪屏幕的坐标系，坐标原点位于屏幕左上极点；飞机 轨迹坐标是地理坐标，该地理坐标以跑道中心线的中点为原点；将两个坐标系拟合 时，需要两个坐标的原点重合。合并坐标时，(x，y)，(x^N，y^N)分别表示飞机所在地 理坐标系O-XY中的坐标和被试注视该飞机时的注视点位置所在屏幕坐标系O-X^NY^N中的屏幕坐标，其中x^N＝683.851+3×10^-3x+4.467×10^-6y， y^N＝450.444-3.273×10^-7x+3×10^-3y。

所述的飞机信息包括飞机的航班号、高度、速度等信息。

所述的记忆时间是最短注视时间。

所述的步骤2)中判断飞机坐标上是否有多架飞机穿越时，要同步时间，记录 同一时刻时，穿越飞机的位置坐标。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中有眼动仪， 可以记录飞机飞行整个过程中，管制员的眼动轨迹；在保证时间一致的情况下，将 眼动轨迹和飞机坐标拟合，就可以得到眼动坐标离飞机多大范围内，才可以被认定 是在注视目标飞机；并且还对两架或多架飞机穿越时的眼动轨迹坐标归属进行了判 别，保证了在测试过程中管制员的所有眼动轨迹都被记录，这样就得到了管制员的 所有眼动轨迹情况，为后续的培训和管理提供了有效的数据信息。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施 的有益效果也是显而易见的。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，对本方案进行 阐述。

本方案的空中交通管制员注意力动态分配的测量方法，其特征在于包括如下步 骤：

1)判断管制员关于飞机的航班号、高度、速度等信息的记忆时间；所述的记 忆时间是最短注视时间。

2)通过眼动仪确定管制员的眼动轨迹，并将管制员的眼动轨迹与飞机坐标拟合； 拟合时要保证时间一致，即眼动轨迹的开始记录与飞机开始飞行时间相同。所述的 飞机坐标是飞机轨迹坐标。

3)判断飞机坐标上是否有多架飞机穿越，如果没有，则进入步骤4)，如果有， 则进入步骤5)；

4)根据$d_1=\max \left\{\sqrt{{(a_{\mathrm{nx}}-b_{\mathrm{nx}})}^2+{(a_{\mathrm{ny}}-b_{\mathrm{ny}})}^2}\right\},n=\mathrm{1,2,3}...p$确定注视飞机的 有效区域距离，其中d₁为注视飞机的有效区域距离，(a_nx,a_ny)为飞机的移动位置 坐标，(b_nx,b_ny)为管制员眼动位置坐标；

5)由$d_2=\min \left\{\sqrt{{(a_{n_{i}x}-b_{\mathrm{nx}})}^2+{(a_{n_{i}y}-b_{\mathrm{ny}})}^2}\right\},n=\mathrm{1,2,3}...p,i=\mathrm{1,2,3},...,k$确定管制员眼动轨迹与多个飞机的距离，某架飞机的屏幕坐标和眼动坐标之间的距 离最小，且持续一段时间，则该段时间内，管制员在追踪该飞机；其中d₂管制员眼 动与飞机的最小距离，k为飞机数量，(b_nx,b_ny)为管制员眼动位置坐标， 为第i架飞机的移动坐标位置；

6)结合管制员的记忆时间，确定管制员在飞机飞行的整个过充中注意力分配情 况，管制员的注意力在有效注意形成的最短注视时间之前，注意力无法完全注视飞 机，最短注视时间之后对飞机形成有效的注意力。

眼动轨迹坐标是基于眼动仪屏幕的坐标系，坐标原点位于屏幕左上极点；飞机 轨迹坐标是地理坐标，该地理坐标以跑道中心线的中点为原点；将两个坐标系拟合 时，需要两个坐标的原点重合。转换坐标时，(x，y)，(x^N，y^N)分别表示飞机所在地 理坐标系O-XY中的坐标和被试注视该飞机时的注视点位置所在屏幕坐标系O-X^NY^N中的屏幕坐标，其中x^N＝683.851+3×10^-3x+4.467×10^-6y， y^N＝450.444-3.273×10^-7x+3×10^-3y。

所述的步骤3)中判断飞机坐标上是否有多架飞机穿越时，要同步时间，记录 同一时刻时，穿越飞机的位置坐标。

本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范 围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。