基于人机工程学的无人机地面站人机接口设计

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1、June2013V01．44No．2(serialNo．152)航空电子技术AVIONICSTECHNOLOGY基于人机工程学的无人机地面站人机接口设计邰文清1，(1．航空电子系统综合技术重点实验室，上海200233；步鑫22．总参陆航部驻上海地区军事代表室，上海200233)[摘要]本文分析了无人机系统自身特点对无人机操作员的影响，提出基于人机工程学的设计原则以优化无人机地面站人机接口设计。[关键词]无人机地面站；人机接口；人机工程[中图分类号]TP389．1[文献标识码]A[文章编号]1006—

2、141X(2013)02-0036-06TheHuman--machineInterfaceDesignofUAVGroundControlSystemBasedonErgonomicsXIWen．qin91，BUXin2(1．NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonAvionicsIntegrationTechnologies，Shanghai200233，china；2．ArmyAviationRepresentativeoffice，Gener

3、alStaff,PLA，Shanghai200233，China)Abstract：ThisarticleanalyzestheeffectofUAVSystemonUAVoperator，andpresentstheprinciplesofhumanfactorstooptimizethedesignofUAVgroundcontrolhuman-machineinterface．Keywords：UAVGCS；human-machineinterface；ergonomics1概述无人机系统包括

4、飞机系统和地面站，两者之间通过数据链系统联系起来。无人机地面站是无人机和操作员交互的唯一接口，实现对无人机的操作控制、任务规划、显示记录、情报分发等功能。无人机系统广泛应用，无人机事故也频繁发生。据资料显示，美国军方使用捕食者无人机执行对地攻击任务，每100，000飞行小时发生14．6次事故，A一10攻击机执行同类任务，同样飞行小时只发生1．6次事故。捕食者无人机事故发生率是A．10攻击机的10倍。这些事故很大一部分原因是人为因素造成的⋯。据报道，人为因素导致的无人机严重飞行事故在无人机事故中占很大

5、比例，达到3617％，包括操作员技能不熟、协调出错、对场景感知判断缺乏等。STANAG4586标准定义了无人机系统的5级互操作能力，就操作员角度可分为两类：(1)类似飞行员的操纵和管理。操作员在无人机地面站中如同飞行员一样需要驾驶，还需要监控无人机传感器视频图像，并及时进行响应。美国捕食者无人机操作员就是类似角色；(2)决策和管理。操作员在无人机地面站中关注任务的执行，设定任务目标、航线等，并不直接参与驾驶。对于任务的响应作出决策，无人机执行任务的行为是无人机根据操作员的决策自动进行的。由于技术的局

6、限性，无人机系统的自主能力还不高，目前尚无完全不需要操作员参与操纵的无人机系统。美国全球鹰无人机系统在一些基于人机工程学的无人机地面站人机接口设计邵文清等2013年6月第44卷第2期(总第152期)任务过程中可视为这种系统。2无人机地面站与真实座舱的差异带来的问题操作员在地面站中操纵与管理无人机，如同在座舱中。但操作员在无人机地面站中与在座舱中也有很大差异。2．1身体感觉上的差异与飞行员相比，无人机操作员失去了很多可以获得飞行信息的身体感觉。在2008年美国国家运输安全委员会举办的无人机系统安全论坛

7、中提到相比真实座舱中的飞行员，无人机操作员失去了在听觉、嗅觉、触觉等方面对飞机飞行安全方面的感觉。(1)无人机操作员无法听到发动机的声音，无论是发动机正常、故障，还是潜在故障，操作员都无法通过听觉感知，只能依靠显示信息获知发动机状态，失去了部分听觉上的能力。(2)无人机操作员无法感到在俯仰、横滚、加速度等方面的变化，无法感受到飞机的颤振、重力变化，无人机姿态和速度的变化都无法通过身体感官直接得到，损失了前庭器官、触觉等能力。(3)无论是燃油泄露、电子设备起火，或是其他有味道的潜在故障，无人机操作员都

8、无法闻到，损失了在嗅觉方面的能力。(4)无人机操作员所看到的场景，无论是无人机上摄像设备拍摄到的外部场景，还是地面站上生成的虚拟视景，都是由显示器提供的平面图像，没有场景深度，没有距离感，损失了立体视觉方面的能力。对于无人机操作员，除了一些预先设定的告警音，所有的一切信息都是由视觉得到的。驾驶无人机的信息来源和操作反馈均依靠显示，来自人的视觉。缺少感官的反馈信息会带来了很大的问题。因为缺少听觉、嗅觉、触觉的信息反馈，无法感知飞机潜在故障引起的发动机声响、焦糊味、飞机不