大型商用飞机单一飞行员驾驶的人因工程研究进展与展望

国内外民航界正在积极探索和研发大型商用飞机的单一飞行员驾驶(SPO)模式。针对SPO的人因工程研究也已初步展开,相关研究主要集中在驾驶舱机载设备升级方案、地面站飞行支持方案、“驾驶舱机载设备升级+地面站飞行支持”的SPO组合方案。初步的人因工程研究倾向于SPO组合方案,但是,目前的人因工程研究尚不完善,无法为SPO提供完整的人因工程解决方案。本文综述了目前针对SPO的人因工程研究进展,分析了SPO人因工程的一些关键问题,指出目前研究中存在的问题和今后研究的重点,并针对今后的SPO人因工程研究提出了总体思路和建议。

商用飞机单一飞行员驾驶模式设计及测试

单一飞行员驾驶(SPO)减少飞行机组成员、降低驾驶舱资源配置需求,可显著提高经济性,缓解成熟飞行员短缺,已成为未来商用飞机发展的趋势。SPO模式研究首先抽象化了安全性、交互性与兼容性方向上的飞机功能设计与人机功能分配的约束指标,依托型号飞机设计的系统工程方法,进行SPO模式顶层需求与驾驶要素的定义,并利用多维度飞机操作划分方法完成了新操作流程设定。同时,针对SPO模式功能需求开发的人机协同辅助驾驶系统被用于仿真测试环境的集成,初步的人在环试验测试结果为进一步SPO模式优化提供了方向。

基于DQN的单一飞行员驾驶模式分布式多智能体联盟任务分配策略

分布式任务决策是提高单一飞行员驾驶(SPO)模式分布式协同飞行组织架构多智能体系统自主性的关键。以多智能体协作执行复杂任务为背景,首先构建了一种考虑任务载荷资源需求、智能体资源空间限制以及执行窗口等多约束条件的SPO模式分布式多智能体联盟任务分配决策模型;其次,对Q-估值网络函数逼近器进行了设计,提出了基于深度Q网络(DQN)的联盟任务分配方法,选择有效智能体生成最优联盟任务分配结果的最佳执行路径,使联盟中各智能体能够以更加自适应的方式实现调度优化;最后通过数值仿真,验证了DQN方法求解复杂约束条件下SPO模式多智能体联盟任务分配问题的有效性和快速性。

单一飞行员驾驶模式技术

飞机驾驶机组由20世纪50年代的5乘员驾驶模式减少到了目前的双乘员,然而为了降低航空公司运营成本以及减少双乘员认知不同、操作不一致所带来的安全性隐患,开展了单一飞行员驾驶(SPO)模式研究,SPO是新一代商用飞机发展方向核心技术之一。单一飞行员驾驶模式是描述面向商用飞机单一驾驶员、驾驶舱智能自动系统以及地面航空公司操作员协同实现的飞行驾驶模式。本文首先对单一飞行员驾驶模式系统组成及其系统架构进行了描述,并对比分析了单一飞行员驾驶模式下飞行员、空管系统、航空公司三方协同过程与现有模式的差异点;然后,针对商用飞机主要飞行过程,建立了单一飞行员驾驶模式下各飞行过程组织架构;最后,搭建了面向SPO的远程操控演示验证系统,经过飞行员操作评价,基本可以获取到机上操作所具备的驾驶感受,同时对于飞行计划更改、紧急情况处理等方面更为便利。通过上述内容研究,为中国商用飞机开展单一飞行员驾驶发展奠定了一定的技术基础。

模拟SPO情境中的飞行员脑力负荷测量与分析

为探究单一飞行员驾驶模式(SPO)下飞行员的脑力负荷水平,设计并实施模拟单人驾驶情境中的非正常任务场景处置实验。首先,基于准5级模拟驾驶舱,设计飞行任务场景;其次,招募20名航线飞行员被试,开展模拟飞行实验,记录被试的生理数据心率变异性指标及眼动数据;最后,结合客观生理数据以及主观量表进行脑力负荷分析,记录单发失效故障处置时间并进行任务绩效分析。研究结果表明:与双人制机组相比,单人驾驶情境中飞行员的脑力负荷增幅并不显著,处于可接受范围;单人制驾驶舱的任务设计及智能辅助系统使用对于降低飞行员工作负荷,提升飞行绩效至关重要。研究结果可为单一飞行员驾驶模式实施提供理论支持,并为未来单人制驾驶舱及机载自动化系统设计提供指标参考。

基于改进STPA-DEMATEL的智能航电系统致因要素分析

针对智能航电系统在非线性耦合运行场景下产生的预期功能安全(safety of the intended functionality,SOTIF)问题,提出一种将系统理论过程分析(systematic theory process analysis,STPA)与决策试验与评价实验法(decision-making trial and evaluation laboratory,DEMATEL)相结合的致因分析框架。首先,在定义系统级危险的基础上构建安全控制结构,识别其不安全控制行为并提取与智能化缺陷相关的STPA致因要素。接下来,引入毕达哥拉斯模糊加权平均算子和闵可夫斯基距离对传统DEMATEL方法进行优化,专家根据控制反馈回路对致因要素进行评价并计算其中心度与原因度。最后,分析STPA致因要素与SOTIF致因属性之间的映射关系,给出关键致因要素的风险减缓措施。以单一飞行员驾驶(single-pilot operation,SPO)模式下的虚拟驾驶员助理系统为例说明了所提方法的可行性与有效性。研究结果表明,改进的STPA-DEMATEL方法可以有效识别关键致因要素,且能够克服专家评价的模糊性与不确定性,为智能航电系统的安全性设计提供了参考依据。

基于QN-MHP模型的SPO人机功能分配研究

为探究未来单一飞行员驾驶模式下的驾驶舱人机交互及功能分配方法,选取单发失效场景,利用QN-MHP模型对飞行员的工作负荷进行建模仿真,根据结果对人机交互及功能分配进行优化并重新建模仿真。研究结果表明:优化后的任务完成时间缩短,大脑复杂认知功能区、眼睛以及手臂利用率有所下降;通过对该分配方法进行实验验证,发现优化后飞行员在完成任务过程中平均瞳孔直径增大,平均扫视时间以及平均眨眼持续时间降低;QN-MHP模型适用于飞行员的工作负荷建模;优化后的SPO人机功能分配能够提高视觉搜索效率,降低工作负荷及个体疲劳程度。

全球疫情下的航空安全前沿问题与研究趋势

安全是决定交通运输系统竞争力与可持续发展的关键因素。新冠疫情对全球航空运输业带来了巨大的冲击,全球航空运输安全形势严峻,疫情危机下运行安全与运行新模式,受到业界与学术界的广泛重视。在分析航空运输安全形势的基础上,围绕航空安全的研究前沿,综述了飞行疲劳检测、安全数据分析、单一飞行员驾驶(SPO)安全性等3个研究热点,根据现有安全研究中存在的问题,指出跨指标疲劳快速测量技术、基于安全Ⅱ与多源多维数据融合的数据分析技术、SPO系统可靠性与验证性研究是航空安全领域的研究趋势。

支线客机关键技术与发展方向

支线航空作为公共运输航空的一个重要组成部分,随着市场需求的激增和国家政策的扶持,即将进入高速发展期。支线客机作为支线航空市场中的核心技术产品,不仅是打开全球支线飞机市场的钥匙,更是体现大国经济和科技实力的重要名片。基于支线客机的发展历程,深刻剖析了支线客机的任务使命,对支线客机总体气动、动力、机载系统这3方面的关键技术进行了详细阐述,并结合商用飞机的发展,讨论了支线客机的技术发展方向;最后基于未来发展需求,提出了基于自动、自主和智能化的支线客机任务系统概念。