基于平板电脑重力感应系统的飞行操作任务和仪表监控任务模拟系统及模拟方法

摘要

本发明涉及飞行模拟领域，具体涉及基于平板电脑重力感应系统的飞行操作任务和仪表监控任务模拟系统及模拟方法。所述双任务模拟系统包括：基于平板电脑重力系统的飞行模拟操作单元，算机服务器的飞行科目设计单元，参与者飞行模拟模型使用环境的管理单元，以及飞行模拟的监控和数据分析单元。本发明利用通用的平板电脑的重力感应系统模拟飞行操作，较之使用外部操作杆设备的产品而言，成本低、使用便捷，通过软件系统内部算法和视觉系统操作系统的联合呈现使得飞行模拟效果更佳逼真，测试者的感受性更加流畅。因此，可以应用于专业飞行学员、飞行人员的飞行训练、特殊情境下的飞行检测之中。

说明书

技术领域

本发明涉及飞行模拟领域，具体涉及基于平板电脑重力感应系统的飞行操作任 务和仪表监控任务模拟系统及模拟方法。

背景技术

飞行职业是一种特殊的职业，飞行活动是在特殊的三维空间环境条件中进行的。 飞行任务复杂，飞行员往往要承受高负荷和大过载的体力极限，同时也要快速掌握 大量最新的科学知识，其中双任务认知能力是不可或缺的重要部分。因此，建立飞 行模拟双任务单元具有重大的意义，在飞行员选拔、飞行培训、疲劳检测和抗疲劳 训练等多个领域均有重大的研究意义和强大的应用前景。

目前应用较多的飞行模拟设备，均需要复杂的硬件设备，例如操作手柄、操作 杆等外部设备。例如，汉莎航空用于选拔的飞行模拟任务专用的仪器硬件设备，历 时三个小时，测查了与飞行密切相关的操作能力等多方面的心理品质。中国民航飞 行学院也将其应用于中国民航飞行学员的招飞工作，然而由于测验效率较低，严重 影响选拔进程，没有在得到大规模的推广。飞行模拟软件设备虽然一定程度的模拟 了飞行任务，在飞行员选拔和培训中均发挥了作用。但是由于其均需要特殊的外部 设备，且必须与高性能的台式机电脑相连接，因此具有很大的局限性，既不方便在 招收飞行员的选拔中进行群体的大量测试，也不方便在外界环境有限的野外或者停 机坪环境中进行飞行模拟任务，因此在应用推广中均具有较大的局限性。

重力感应器，又称重力传感器，新型属传感器技术，它采用弹性敏感元件制成 悬臂式位移器，与采用弹性敏感元件制成的储能弹簧来驱动电触点，完成从重力变 化到电信号的转换。目前绝大多数中高端智能手机和平板电脑内置了重力传感器。 重力传感器在手机横竖的时候屏幕会自动转，在玩游戏可以代替上下左右。通过重 力传感器测量由于重力引起的加速度，可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。

本发明利用平板电脑的重力感应系统模拟飞行。在对民航飞行员进行工作分析 的基础上，抽取其工作中对双任务认知能力(飞行操作任务和仪表监控任务)要求 最核心的操作认知指标，基于平板电脑重力感应系统的飞行操作任务和仪表监控任 务模拟系统。采取操作任务和监控任务的双任务操作模式，任务一为飞行操作仪表 的误差控制，空中驾驶在上、下、左、右、前、后的六维空间驾驶飞机，任务二为 对多个仪表指示灯状态的监控。此外，测试采用平板电脑实施，使用平板电脑的重 力感应系统模拟六维空间，感受性类似于波音大型飞机的驾驶感受，并不失真，又 具有灵活快捷的特点。该系统的建立为基于飞行模拟的测查、训练和研究工作提供 了基本手段和基础平台。

发明内容

本发明的目的是以平板电脑为载体，利用其重力感应系统的功能进行飞行操作任 务和仪表监控任务模拟系统的建立，提供一个基于平板模拟飞行双任务的系统和方 法。

根据本发明的具体实施方式，所述基于平板重力感应系统的模拟飞行操作任务 和仪表监控任务的系统包括四个部分，第一部分是基于平板电脑重力系统的飞行模 拟操作单元，第二部分是计算机服务器的飞行科目设计单元，第三部分是参与者飞 行模拟使用环境的管理单元，第四部分是飞行模拟的监控和数据分析单元。具体如 下：

一、基于平板电脑重力系统的飞行模拟操作单元，具体包括五个模块。

1-1、平板重力感应系统诱发的飞行操作模块

在平板电脑的显示屏中展现飞行仪表盘的实时的随机变化，用户通过使用平板电 脑的重力感应系统的对飞行仪表盘的变化进行实时校正，重力感应的功能反馈给平 板电脑的软件系统，即时反馈在飞行仪表盘的变化中，从而实现顺畅的飞行操作模 拟的效果。

按照如下公式，产生随机干扰，显示在电脑屏幕中飞行操作仪表盘的即时的随机 变化，通过使用平板的重力感应系统的功能，在三维角度的操作平板电脑，产生X 轴、Y轴、Z轴的操作变化，以纠正随机干扰产生的误差。测试者的通过重力感应系 统的操作反应表现在电脑屏幕上飞行操作仪表盘的两维变化中。测试者的操作表现 即时反馈在屏幕显示上，从而进行调整。

操作杆任务

应用动态画面模拟飞机俯仰、横滚姿态，参与者右手一阶控制两维的变化：

通过以下公式在X轴、Y轴产生即时的随机变化，使得每一时刻的坐标均在上 一时刻坐标的基础上产生不可预期的位移变化，这一随机的位移变化构成了计算机 为测试者造成的随机干扰，使其与平衡基准位置产生偏差,要求测试者尽快觉察到每 一时刻位置的随机变化，并准确而快速的通过平板的重力感应系统所产生的外部设 备进行有效的调整，使得与基准平衡位置的偏差尽量缩小

Y轴的补偿追踪输入方程为：

y(t+1)＝y(t)+Δy(t+1)+r(t+1)，其中，y(t)表示时间t时目标的纵坐标位 置，Δy(t)表示时间t时目标在垂直方向获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量。

X轴与水平面的旋转度的补偿追踪输入方程为：

θ(t+1)＝θ(t)+sign(t+1)×(Δθ(t+1)+r(t+1)×9)，其中sign(t+1)等于1 或者-1，θ(t)为时间t时目标所在位置与水平方向的夹角；Δθ(t)表示时间t时角度 上获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，在(0,1)之间变化。

让计算机在每经过T时刻就在Y轴方向，以及X轴与水平的夹角方向产生一定 范围内的一个随机变量。

本测验采用计算机自适应的方式，把杆操作任务设定不同的难度等级，确定测试 者可以达到的难度等级。

动态模拟自动形成60个难度等级的随机干扰，难度等级D的改变，通过改变t 的取值来达到。D＝f(T)，随着时间单位T的减小，难度等级加大。计算机给受试 者自动施加可划分60个难度等级的随机干扰，破坏仪表的平衡状态。

1-2、平板视觉呈现系统诱发的飞行监控模块

在平板电脑的显示屏中展现六个飞行模拟警告仪表指示灯的实时的随机变化，用 户通过使用平板电脑的触摸屏功能对多个飞行模拟警告仪表指示灯的变化进行实时 监控，并按照不同科目的要求进行按键的判断反应，触摸屏的感应功能将用户的反 馈给平板电脑的软件系统，即时反馈仪表指示灯的判断正误，从而实现仪表指示灯 实时监控的效果。

设定每个飞行模拟警告仪表指示灯均有绿灯、黄灯和红灯三种状态，依据随时 间变化的随机函数控制仪表灯的变化，某随机时刻仪表灯由绿灯变为黄灯，测试者 需要对该警告仪表予以注意，黄灯变化3秒钟后进入红灯状态，测试者需要尽快的 通过点击屏幕上相应位置上的开关键解除警告，测试者操作后，红灯恢复到绿灯状 态，进入下一个随机循环。屏幕中同时存在多个飞行模拟警告仪表指示灯，每个仪 表均遵循上面的规则进行随机变化。测试者需要关注所有的仪表，并进行监控和解 除警告操作的指令。

1-3、飞行操作和飞行监控共同呈现的双任务模块

该模块同时开放平板电脑的重力感应功能和触摸屏按键功能，在平板电脑的显示 屏中同时展现飞行仪表盘的实时的随机变化和飞行模拟警告仪表指示灯的实时的随 机变化。用户通过使用平板电脑的重力感应系统的对其变化进行实时的校正，重力 感应的功能反馈给平板电脑的软件系统，即时反馈在飞行仪表盘的变化中，从而实 现顺畅的飞行操作模拟的效果。同时，用户通过使用平板电脑的触摸屏功能对六个 飞行模拟警告仪表指示灯的变化进行实时监控并按照不同科目的要求进行按键的判 断反应，触摸屏的感应功能将用户的反馈给平板电脑的软件系统，即时反馈在仪表 指示灯的判断正误，从而实现仪表指示灯实时监控的效果。

操作杆任务

应用动态画面模拟飞机俯仰、横滚姿态，参与者右手一阶控制两维的变化：

Y轴的补偿追踪输入方程为：

y(t+1)＝y(t)+Δy(t+1)+r(t+1)，其中，y(t)表示时间t时目标的纵坐标位 置，Δy(t)表示时间t时目标在垂直方向获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量。

X轴与水平面的旋转度的补偿追踪输入方程为：

θ(t+1)＝θ(t)+sign(t+1)×(Δθ(t+1)+r(t+1)×9)，其中sign(t+1)等于1 或者-1，θ(t)为时间t时目标所在位置与水平方向的夹角；Δθ(t)表示时间t时角度 上获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，在(0,1)之间变化。

让计算机在每经过T时刻就在Y轴方向，以及X轴与水平的夹角方向产生一定 范围内的一个随机变量。

本测验采用计算机自适应的方式，把杆操作任务设定不同的难度等级，确定测试 者可以达到的难度等级。

动态模拟自动形成60个难度等级的随机干扰，难度等级D的改变，通过改变t 的取值来达到。D＝f(T)，随着时间单位T的减小，难度等级加大。计算机给受试 者自动施加可划分60个难度等级的随机干扰，破坏仪表的平衡状态。

1-4、休息模块。

该模块以倒计时呈现计时信息，并没有相关认知任务，作为休息模块使用。

1-5、测试介绍模块

该模块播放视频文件，以向用户对于飞行模拟双任务的使用进行宣讲。

二、计算机服务器的飞行科目设计单元，具体包括三个模块。

2-1设置飞行模拟的任务内容和参数的模块

该模块的功能主要发生在管理者角色中，可对第一部分中的三个模块的具体内 容和实现参数进行设置。具体设置内容包括：飞行操作、飞行监控、双任务三种模 块的选择；飞行操作模块难度自适应方式和难度固定方式的选择；飞行操作模块难 度级别的设置；飞行监控模块仪表指示灯个数的设置；飞行监控模块仪表指示灯变 化频率的设置。

根据本发明的具体实施例，自适应飞行操作科目测试，设置的飞行模拟内容和 参数如下：选择的模块包括：视频介绍模块，飞行操作模块(第一组作为练习用)， 休息模块，飞行操作模块(第二组作为正式测试用)。

(1)练习部分的飞行操作模块选择固定难度级，正式测试部分的飞行操作模块 选择难度自适应方式。

(2)练习部分的飞行操作模块的难度为30级，正式测试部分飞行操作模块的 起始难度为30级，而后依据自适应测试的定义，每1分钟依据测试者在该1分钟内 的成绩改变一次难度级。如果成绩低于设定的误差标准，则难度级在该难度级的基 础上降低5级；如果成绩低于设定的误差标准，则难度级在该难度级的基础上提升5 级。

根据本发明的再一实施例，用于诱发疲劳的飞行操作和监控双任务模式，设置 的飞行模拟内容和参数如下：选择的模块包括：视频介绍模块，飞行操作模块(第 一组作为练习用)，仪表监控模块(第一组作为练习用)，双重任务模块(第一组作 为练习用)，休息模块，飞行操作模块(第二组作为正式测试用)，仪表监控模块第 二组作为正式测试用)，双重任务模块第二组作为正式测试用。

(1)飞行操作模块，无论练习用还是测试用，均选择固定难度级。练习部分的 飞行操作模块的难度为50级，正式测试部分飞行操作模块设置为65级。

(2)仪表监控模块，无论练习用还是测试用，均选择6个仪表灯的难度级。

(3)双任务模块，练习部分选择50级飞行操作难度级和6个仪表灯的难度级， 正式测试部分选择65级飞行操作难度级和6个仪表灯的难度级。

2-2、设置飞行模拟的持续时间和顺序的模块

该模块的功能主要发生在管理者角色中，可对第一部分中的三个模块的呈现顺 序和每个模块的持续时间进行设置。具体设置内容包括：每一个选择好的飞行操作、 飞行监控、双任务三种模块的持续时间的设置；休息模块的持续时间的设置；介绍 模块的顺序的设置；多个选择模块的呈现顺序位置的设置。

根据本发明的具体实施例，自适应飞行操作科目测试，设置的飞行模拟持续时 间和顺序如下：首先介绍模块，以视频形式呈现，呈现时间为3分钟。作为练习用 的飞行操作模块，持续时间为5分钟。休息模块，持续时间为1分钟。作为测试用 的飞行操作模块，持续时间为10分钟。

根据本发明的再一具体实施例，用于诱发疲劳的飞行操作和监控双任务模式， 设置的飞行模拟持续时间和顺序如下：介绍模块，以视频形式呈现，呈现时间为3 分钟。作为练习用的飞行操作模块、仪表监控模块、双任务模块各一个，每个的持 续时间为5分钟。休息模块，持续时间为2分钟。作为疲劳诱发用的正式测试部分 的飞行操作模块、仪表监控模块、双任务模块各8个，持续时间各为5分钟。测试 模块中的休息模块8个，各90秒钟。

2-3、设置飞行模拟的节目单的模块

在“设置飞行模拟的任务内容和参数的模块”和“设置飞行模拟的持续时间和 顺序的模块”的基础上，通过所属“设置飞行模拟的节目单的模块”编制、生成、 保存和编辑节目单。所属节目指安排在某一时间段进行某一特定的活动，将不同的 节目组合产生不同需求的模拟飞行双任务操作的方案。节目单就是形成不同模拟飞 行双任务科目和方案的“菜单”。在上述两个模块中设置好的任务内和参数、持续时 间和顺序的基础上，形成一套固定流程的方案。并对该方案进行命名、备注说明的 设置，进而进行保存，呈现在在节目单中列表中，形成固定的飞行模拟科目，以供 其他研究工作使用。同时，可以随时添加新的节目单，也可以对已有的节目单进行 编辑。

三、参与者飞行模拟使用环境管理单元，具体包括三个模块：

3-1、建构受试者飞行模拟的使用环境的模块

该模块的功能主要发生在研究使用者角色中，对受试者的使用环境进行构建和 设置。包括受试者的建立和个人信息的录入，包括测试环境机位个数和行列位置的 设置。

3-2、分配受试者飞行模拟的机位的模块

该模块的功能主要发生在研究使用者角色中，对受试者的开展测试的机位进行 分配和设置。包括受试者的选择，机位的选择，受试者与机位的匹配。

3-3、管理飞行模拟研究者的账户的模块

该模块的功能主要发生在高级管理者角色中，对组织飞行模拟实施现场的研究 使用者的权限进行管理。其功能包括设置研究使用者的机构，将机构以列表形式设 置和管理并显示，可以增加和修改机构信息，包括机构名称、序号；设置主考官管 理信息，主考官是活动的组织者，也负责维护考场信息，需要设置主考官姓名、所 属机构、登录密码，并记录添加主考官的时间。

四、飞行模拟的监控和数据分析单元，具体包括三个模块：

4-1、飞行模拟实施状态的即时监控模块

该模块的功能主要发生在研究使用者角色中，在受试者进行飞行模拟科目使用 的同时，在服务器端对其机位的使用状态进行监控，可了解其是否就坐、是否正常 登录、是否正常进行测试、测试进展状况、与服务器端的连接状态等基本计算机硬 件信息。

1-1、飞行模拟科目成绩的即时观测模块

该模块的功能主要发生在研究使用者角色和高级管理者角色中，在受试者执行 双任务操作过程中，对其每一个操作绩效进行监测并记录，监测项目包括飞行操作 误差监控、仪表操作准确性监控、反应时监控。具体地飞行操作误差监控是监控受 试者操纵杆操作产生的误差；仪表操作准确性监控是监控受试者仪表操作的正确率、 错误反应次数包括提前操作、延迟操作和无操作；反应时监控是监控受试者对仪表 警示灯变红时的反应速度。

1-2、飞行模拟报表下载和数据分析模块

该模块的功能主要发生在研究使用者角色和高级管理者角色中，可以实时查看本 场考试汇总数据，即受试者的监控数据。也可以查看和下载当前完成以及所有场次 的报表数据，并以压缩文件的形式在本机进行保存，方便进行深入的数据分析工作。

基于平板重力感应系统的飞行操作和仪表监控双任务模拟方法包括以下步骤：

一、基于平板电脑重力系统进行飞行模拟操作，

包括：

(1-1)实现在平板电脑的显示屏中展现飞行仪表盘的实时随机变化，通过使用 平板的重力感应系统的功能，在三维角度的操作平板电脑，产生X轴、Y轴、Z轴 的操作变化，以纠正随机干扰产生的误差，测试者的通过重力感应系统的操作反应 表现在电脑屏幕上飞行操作仪表盘的两维变化中，从而进行调整，实现顺畅的飞行 操作模拟的效果，

通过以下公式在X轴、Y轴产生即时的随机变化，使得每一时刻的坐标均在上 一时刻坐标的基础上产生不可预期的位移变化，这一随机的位移变化构成了为测试 者造成的随机干扰，使其与平衡基准位置产生偏差

其中，

Y轴的补偿追踪输入方程为：

y(t+1)＝y(t)+Δy(t+1)+r(t+1)，其中，y(t)表示时间t时目标的纵坐标位 置，Δy(t)表示时间t时目标在垂直方向获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，

X轴与水平面的旋转度的补偿追踪输入方程为：

θ(t+1)＝θ(t)+sign(t+1)×(Δθ(t+1)+r(t+1)×9)，其中sign(t+1)等于1 或者-1，θ(t)为时间t时目标所在位置与水平方向的夹角；Δθ(t)表示时间t时角度 上获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，在(0,1)之间变化，

使计算机在每经过T时刻就在Y轴方向，以及X轴与水平的夹角方向产生一定 范围内的一个随机变量；

(1-2)在平板电脑的显示屏中展现飞行模拟警告仪表指示灯的实时的随机变化， 用户通过使用平板电脑的触摸屏功能对多个飞行模拟警告仪表指示灯的变化进行实 时监控，并按照不同科目的要求进行按键的判断反应，即时反馈仪表指示灯的判断 正误，从而实现仪表指示灯实时监控的效果；

(1-3)同时开放平板电脑的重力感应功能和触摸屏按键功能，在平板电脑的显 示屏中同时展现飞行仪表盘的实时的随机变化和飞行模拟警告仪表指示灯的实时的 随机变化。用户通过使用平板电脑的重力感应系统的对其变化进行实时的校正，重 力感应的功能反馈给平板电脑的软件系统，即时反馈在飞行仪表盘的变化中，从而 实现顺畅的飞行操作模拟的效果，同时，用户通过使用平板电脑的触摸屏功能对飞 行模拟警告仪表指示灯的变化进行实时监控并按照不同科目的要求进行按键的判断 反应，触摸屏的感应功能将用户的反馈给平板电脑的软件系统，即时反馈在仪表指 示灯的判断正误，从而实现仪表指示灯实时监控的效果，

操作杆任务

应用动态画面模拟飞机俯仰、横滚姿态，参与者右手一阶控制两维的变化：

Y轴的补偿追踪输入方程为：

y(t+1)＝y(t)+Δy(t+1)+r(t+1)，其中，y(t)表示时间t时目标的纵坐标位 置，Δy(t)表示时间t时目标在垂直方向获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，

X轴与水平面的旋转度的补偿追踪输入方程为：

θ(t+1)＝θ(t)+sign(t+1)×(Δθ(t+1)+r(t+1)×9)，其中sign(t+1)等于1 或者-1，θ(t)为时间t时目标所在位置与水平方向的夹角；Δθ(t)表示时间t时角度 上获得的增量，r(t)为t时获得的随机增量，在(0,1)之间变化，

在每经过T时刻就在Y轴方向，以及X轴与水平的夹角方向产生一定范围内的 一个随机变量，在每经过T时刻就在Y轴方向，以及X轴与水平的夹角方向产生一 定范围内的一个随机变量，通过自适应的方式，把杆操作任务设定不同的难度等级， 动态模拟自动形成难度等级的随机干扰，难度等级D的改变，通过改变t的取值来 达到，D＝f(T)，随着时间单位T的减小，难度等级加大，实现难度等级的随机干 扰，破坏仪表的平衡状态；

二、设计计算机服务器的飞行科目

包括：

(2-1)设置飞行模拟的任务内容和参数，

设置所述基于平板电脑重力系统的飞行模拟操作单元的各个组成模块的内容和 参数，

(2-1)设置飞行模拟的持续时间和顺序

设置所述基于平板电脑重力系统的飞行模拟操作单元的各个组成模块的呈现顺 序和每个模块的持续时间进行设置；

三、管理参与者飞行模拟使用环境

包括：

(3-1)建构受试者飞行模拟的使用环境，

(3-2)分配受试者飞行模拟的机位，分配和选择受试者的开展测试的机位，

(3-3)管理飞行模拟研究者的账户，管理组织飞行模拟实施现场的研究使用者

的权限；

四、监控飞行模拟以及数据分析

包括：

(4-1)即时监控飞行模拟实施状态

在受试者进行飞行模拟科目使用时，在服务器端监控受试者的使用状态，

(4-2)即时观测模飞行模拟科目成绩

在受试者执行双任务操作过程中，对其每一个操作绩效进行监测并记录，

(4-3)下载飞行模拟报表以及数据分析，实时查看受试者的监控数据

本发明利用通用的平板电脑的重力感应系统模拟飞行操作，较之使用外部操作杆 设备的产品而言，成本低、使用便捷，通过软件系统内部算法和视觉系统操作系统 的联合呈现使得飞行模拟效果更佳逼真，测试者的感受性更加流畅。因此，可以应 用于专业飞行学员、飞行人员的飞行训练、特殊情境下的飞行检测之中。

附图说明

图1显示根据本发明的具体实施方式的基于平板重力感应系统的飞行操作和仪 表监控双任务模拟系统。

具体实施方式

实施例1：可用于测试的飞行操作模拟的自适应科目

一、建立基于平板电脑重力系统的飞行模拟操作单元

1-1、平板重力感应系统诱发的飞行操作模块

该模块实现在平板电脑的显示屏中展现飞行仪表盘的实时的随机变化，用户通过 使用平板电脑的重力感应系统对其变化进行实时的校正，重力感应的功能反馈给平 板电脑的软件系统，即时反馈在飞行仪表盘的变化中，从而实现顺畅的飞行操作模 拟的效果。

测试介绍模块，该模块播放视频文件，以向用户对于飞行模拟双任务的使用进 行宣讲，和休息模块。

该模块以倒计时呈现计时信息，并没有相关认知任务，作为休息模块使用。

二、计算机服务器的飞行科目设计单元，具体包括三个模块：

2-1、设置飞行模拟的任务内容和参数的模块。

该模块的功能主要由管理者角色产生，可对上述飞行操作模块的具体内容和实 现参数进行设置。在本实例中，具体设置内容包括：

(1)选择的模块包括：视频介绍模块，飞行操作模块(第一组作为练习用)， 休息模块，飞行操作模块(第二组作为正式测试用)。

(2)练习部分的飞行操作模块选择固定难度级，正式测试部分的飞行操作模块 选择难度自适应方式。

(3)练习部分的飞行操作模块的难度为30级

(4)正式测试部分飞行操作模块的起始难度为30级，而后依据自适应测试的 定义，每1分钟依据测试者在该1分钟内的成绩改变一次难度级。如果成绩低于设 定的误差标准，则难度级在该难度级的基础上降低5级；如果成绩低于设定的误差 标准，则难度级在该难度级的基础上提升5级。

2-2、设置飞行模拟的持续时间和顺序的模块

该模块的功能主要由管理者角色产生，可各个飞行模拟模块的呈现顺序和每个 模块的持续时间进行设置。在本实例中，具体设置内容包括：

(1)首先介绍模块，以视频形式呈现，呈现时间为3分钟。

(2)作为练习用的飞行操作模块，持续时间为5分钟。

(3)休息模块，持续时间为1分钟。

(4)；作为测试用的飞行操作模块，持续时间为10分钟。

2-3、设置飞行模拟的节目单的模块

在“设置飞行模拟的任务内容和参数的模块”和“设置飞行模拟的持续时间和顺 序的模块”的基础上，本模块的功能是编制、生成、保存和编辑节目单。节目指安 排在某一时间段进行某一特定的活动，将不同的节目组合产生不同需求的模拟飞行 双任务操作的方案。节目单就是形成不同模拟飞行双任务科目和方案的“菜单”。在 上述两个模块中设置好的任务内和参数、持续时间和顺序的基础上，形成一套固定 流程的方案。并对该方案进行命名、备注说明的设置，进而进行保存，呈现在在节 目单中列表中，形成固定的飞行模拟科目，以供其他研究工作使用。在本实例中的 节目单的具体设置如下表1：

表1

三、参与者飞行模拟使用环境管理单元，具体包括两个模块。

3-1、建构受试者飞行模拟测试的使用环境的模块

该模块主要由研究使用者角色操作，对受试者的使用环境进行构建和设置。

(1)录入受试者的个人信息，本实施例中共有三个测试者参与实验。

(2)设置测试环境机位个数和行列位置的设置，本实施例中设置了1列3行的 测试教室，可以让三名测试者在不同的机位上同时完成测试。

3-2、分配受试者飞行模拟的机位的模块。

该模块主要由研究使用者角色操作，对受试者的开展测试的机位进行分配和设 置。

(1)选择三名受试者a，b，c。

(2)选择设置的三个机位X1，X2，X3。

(3)将受试者a，b，c分别分配给三个机位X1，X2，X3。

受试者的测试流程。

(1)受试者首先按照研究者的要求就座，确定个人身份信息无误，开始测试。

(2)观看测试介绍，了解测试内容和使用方法。

(3)进行飞行操作模拟的练习，熟悉使用方法。

(4)休息一分钟，准备正式测试

(5)进行10分钟的正式的飞行操作模拟测试，以自适应难度级的方式实现。

飞行模拟的监控，具体包括两个模块：

1、飞行模拟实施状态的即时监控模块

在受试者进行飞行模拟科目使用的同时，研究人员可以在服务器端对其机位的 使用状态进行监控。在本实例中包括：

安排三名受试者a，b，c分配给三个机位X1，X2，X3。了解其是否就坐、是否 正常登录。测试过程中，了解三名受试者是否正常进行测试、测试进展到第几个顺 序模块。

2、飞行模拟科目成绩的即时观测模块

在受试者执行飞行操作模拟过程中，对其每一个操作绩效进行监测并记录。在 本实例中具体包括练习用飞行操作模拟模块和测试用飞行操作模拟模块的监测：

(2-1)练习用飞行操作模拟模块每固定时间间隔，受试者操纵杆操作产生的误 差

(2-2)测试用飞行操作模拟模块每固定时间间隔，受试者操纵杆操作产生的误 差

(2-3)练习用飞行操作模块，随时间变化，操作误差变化的曲线图。

(2-4)测试用飞行操作模块，随时间变化，难度级别变化的曲线图。

飞行模拟报表下载和数据分析

在测试结束后，可以查看和下载当前完成的报表数据，在本实施例中，

(1)可以以压缩文件的形式对三个受试者a，b，b的数据各自形成的excel 文件进行压缩，以考试时间的命名，在本机进行保存。

(2)每个人的飞行操作误差的结果以曲线图的形式描绘为随时间变化的误 差变化图表，方便复制粘贴。

(3)每个人的规定时间内的飞行操作误差结果以数字的形式显示在曲线图 之下，并可以通过复制粘贴的形式，复制在新建的空白excel表格中，进行数据分析。

实施例2：可用于诱发疲劳的飞行操作和飞行监控的双任务模式

一、建立基于平板电脑重力系统的飞行模拟操作单元

1-1板重力感应系统诱发的飞行操作模块

通过该模块在平板电脑的显示屏中展现飞行仪表盘的实时随机变化，用户通过 使用平板电脑的重力感应系统对其变化进行实时的校正，重力感应的功能反馈给平 板电脑的软件系统，通过内部算法即时反馈在飞行仪表盘的变化中，从而实现顺畅 的飞行操作模拟的效果。在本实施例中，在上、下、左、右、前、后六维空间通过 操纵杆控制“飞机”保持平飞状态，测试者使用平板电脑的重力感应系统，前后左 右倾斜平板进行操作，应用动态画面模拟飞机俯仰、横滚姿态，每间隔50毫秒更新 一次，系统程序随机产生正玄曲线，改变飞机姿态的上下俯仰角度和左右翻转角度， 受试者要求要反向操作，尽量让飞机的角度回归原点。操作的难度级别，影响程序“出 题”的难度。难度越高，测试者产生的偏差就越大。

1-2、平板视觉呈现系统诱发的飞行监控模块

通过该模块在平板电脑的显示屏中展现六个飞行模拟警告仪表指示灯的实时随 机变化，用户通过使用平板电脑的触摸屏功能对六个仪表指示灯的变化进行实时监 控，并按照不同科目的要求进行按键的判断反应，触摸屏的感应功能将用户的反馈 给平板电脑的软件系统，并反馈在仪表指示灯的判断正误，从而实现仪表指示灯实 时监控的效果。在本实施例中，测试者通过点击六个相应位置来监控相应的六个位 置的动态仪表状态，当某个仪表警示灯变红时为紧急情况要求准确做出反应，当某 个仪表指示灯变成黄色时为危险情况，需要警觉，但不能反应。即仪表盘的指针按 当前难度设置顺时针旋转，当旋转到黄色区域，指示灯变为黄色，当旋转到红色区 域，指示灯变为红色。当受试者按下相应的复位按钮时，指针复位回绿色区域，指 示灯熄灭。

1-3、飞行操作和飞行监控共同呈现的双任务模块

该模块同时开放平板电脑的重力感应功能和触摸屏按键功能，在平板电脑的显 示屏中同时展现飞行仪表盘的实时随机变化和六个飞行模拟警告仪表指示灯的实时 随机变化。用户通过使用平板电脑的重力感应系统对其变化进行实时的校正，通过 重力感应的反馈功能，即时反馈在飞行仪表盘的变化中，从而实现顺畅的飞行操作 模拟的效果。同时，用户通过使用平板电脑的触摸屏功能对六个仪飞行模拟警告仪 表指示灯的变化进行实时监控并按照不同科目的要求进行按键的判断反应，触摸屏 的感应功能将用户的反馈给平板电脑的软件系统，即时反馈在仪表指示灯的判断正 误，从而实现仪表指示灯实时监控的效果。

1-4、休息模块

该模块以倒计时呈现计时信息，并没有相关认知任务，作为休息模块使用。

1-5、测试介绍模块

该模块播放视频文件，以向用户对于飞行模拟双任务的使用进行宣讲。

该模块以倒计时呈现计时信息，并没有相关认知任务，作为休息模块使用。

二、计算机服务器的飞行科目设计单元，具体包括三个模块：

2-1、设置飞行模拟的任务内容和参数的模块

该模块的功能主要由管理者角色产生，可对上述飞行操作模块的具体内容和实 现参数进行设置。在本实例中，具体设置内容包括：

(1)选择的模块包括：视频介绍模块，飞行操作模块(第一组作为练习用)， 仪表监控模块(第一组作为练习用)，双重任务模块(第一组作为练习用)，休息模 块，飞行操作模块(第二组作为正式测试用)，仪表监控模块第二组作为正式测试用)， 双重任务模块第二组作为正式测试用)。

(2)飞行操作模块，无论练习用还是测试用，均选择固定难度级。

(3)练习部分的飞行操作模块的难度为50级，正式测试部分飞行操作模块设 置为65级。

(4)仪表监控模块，无论练习用还是测试用，均选择6个仪表灯的难度级。

(5)双任务模块，练习部分选择50级飞行操作难度级和6个仪表灯的难度级， 正式测试部分选择65级飞行操作难度级和6个仪表灯的难度级。

2-2、设置飞行模拟的持续时间和顺序的模块

该模块的功能主要由管理者角色产生，可各个飞行模拟模块的呈现顺序和每个 模块的持续时间进行设置。在本实施例中，具体设置内容包括：

(1)介绍模块，以视频形式呈现，呈现时间为3分钟。

(2)作为练习用的飞行操作模块、仪表监控模块、双任务模块各一个，每个的 持续时间为5分钟。

(3)休息模块，持续时间为2分钟。

(4)作为疲劳诱发用的正式测试部分的飞行操作模块、仪表监控模块、双任务 模块各8个，持续时间各为5分钟。

(5)测试模块中的休息模块8个，各90秒钟。

2-3、设置飞行模拟的节目单的模块

在“设置飞行模拟的任务内容和参数的模块”和“设置飞行模拟的持续时间和顺 序的模块”的基础上，本模块的功能是编制、生成、保存和编辑节目单。节目指安 排在某一时间段进行某一特定的活动，将不同的节目组合产生不同需求的模拟飞行 双任务操作的方案。节目单就是形成不同模拟飞行双任务科目和方案的“菜单”。在 上述两个模块中设置好的任务内和参数、持续时间和顺序的基础上，形成一套固定 流程的方案。并对该方案进行命名、备注说明的设置，进而进行保存，呈现在在节 目单中列表中，形成固定的飞行模拟科目，以供其他研究工作使用。在本实施例例 中的节目单的具体设置如下表2：

表2

三、参与者飞行模拟使用环境管理单元，具体包括两个模块：

3-1、建构受试者飞行模拟测试的使用环境的模块

该模块主要由研究使用者角色操作，对受试者的使用环境进行构建和设置。

(1-1)录入受试者的个人信息，本实例中共有6个测试者参与实验。

(1-2)设置测试环境机位个数和行列位置的设置，本实例中设置了2列3行的 测试教室，可以让六名测试者在不同的机位上同时完成测试。

3-2、分配受试者飞行模拟的机位的模块

该模块主要由研究使用者角色操作，对受试者的开展测试的机位进行分配和设 置。

(1-1)选择三名受试者a，b，c，d，e，f

(1-2)选择设置的三个机位X1，X2，X3，Y1，Y2，Y3

(1-3)将受试者a，b，c，d，e，f分别分配给三个机位X1，X2，X3，Y1，Y2， Y3。

受试者的测试流程：

(1)受试者首先按照研究者的要求就座，确定个人身份信息无误，开始测试。

(2)观看测试介绍，了解测试内容和使用方法。

(3)进行飞行操作模块、仪表监控模块、双任务模块的练习，熟悉使用方法。

(4)休息2分钟，准备正式测试

(5)进行历时2小时的8组飞行操作模块、仪表监控模块、双任务模块的正式 测试，用于进行疲劳诱发。

(6)测试中每15分钟，休息90秒。

疲劳诱发过程的监控，具体包括两个模块。

1、飞行模拟实施状态的即时监控模块

在受试者进行飞行模拟科目使用的同时，研究人员可以在服务器端对其机位的 使用状态进行监控。在本实例中包括：安排三名受试者a，b，c，d，e，f分配给三 个机位X1，X2，X3，Y1，Y2，Y3。了解其是否就坐、是否正常登录。测试过程中， 了解六名受试者是否正常进行测试、测试进展到第几个顺序模块。

2、飞行模拟科目成绩的即时观测模块

在受试者执行飞行操作模拟过程中，对其每一个操作绩效进行监测并记录。在 本实例中具体包括练习用飞行操作模拟模块和测试用飞行操作模拟模块的监测：

(2-1)各个模块飞行操作任务每固定时间间隔，受试者操纵杆操作产生的误差

(2-2)各个模块飞行操作任务，随时间变化，操作误差变化的曲线图。

(2-3)各个模块仪表监控任务，固定时间间隔内，平均正确反应时。

(2-4)各个模块仪表监控任务，随时间变化，平均正确反应时的曲线图。

(2-5)各个模块仪表监控任务，固定时间间隔内，正确按键个数。

(2-6)各个模块仪表监控任务，随时间变化，正确按键个数的曲线图。

飞行模拟报表下载和数据分析

在测试结束后，可以查看和下载当前完成的报表数据，在本实施例中，

(1)可以以压缩文件的形式对六个受试者a，b，b的数据各自形成的excel 文件进行压缩，以考试时间的命名，在本机进行保存。

(2)每个人的飞行操作误差的结果以曲线图的形式描绘为随时间变化的误 差变化图表，方便复制粘贴。

(3)每个人的规定时间内的飞行操作误差结果以数字的形式显示在曲线图 之下，并可以通过复制粘贴的形式，复制在新建的空白excel表格中，进行数据分析。

(4)每个人的仪表监控正确平均反应时结果以曲线图的形式描绘为随时间 变化的平均反应时的变化图表，方便复制粘贴。

(5)每个人的规定时间内的仪表监控的正确反应时结果以数字的形式显示 在曲线图之下，并可以通过复制粘贴的形式，复制在新建的空白excel表格中，进行 数据分析。

(6)每个人的仪表监控正确按键个数以曲线图的形式描绘为随时间变化的 正确个数的变化图表，方便复制粘贴。

(7)每个人的规定时间内的仪表监控的正确按键个数的结果以数字的形式 显示在曲线图之下，并可以通过复制粘贴的形式，复制在新建的空白excel表格中， 进行数据分析。