仿真飞行仪表的人机工效评价

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1、2015年笫3期计算机与数字工程429VoL 43 No. 3428计算机与数字工程Computer & Digital Engineering总節305期2015年第3期2015年笫3期计算机与数字工程4292015年笫3期计算机与数字工程429仿真飞行仪表的人机工效评价.王长元樊军（西安工业大学计算机科学与工程学院西安710000）摘要应用软件仿真技术,研究如何对仿直的飞行仪表进行人机工效评价。通过搭建仿真飞行平台对几种飞行姿态 仪进行仿真采集模拟飞行数据和操作数据后比对,并进行人机工效学的实验和评价。最后得出了两种姿态仪的优劣度。 实验结果与实物姿态仪的人机工效评价结果类似由此衣明对仿真

2、飞行仪表进行人机工效评价足一种有效的研究途径。关键词 飞行仪表仿真；FlightGcar；指标筛选；人机工效评价中图分类号 TP391DOl：10. 3969/j. issnl672-9722. 2015. 03. 019Ergonomic Evaluation of Simulation Flight InstrumentsWANG Changyuan FAN Jun(College of Computer Science and Engineering. Xian Technological University Xi*an 710000)Abstract Application soft

3、ware simulation technology the research how to evaluate ergonomic simulation of flight instruments. By building simulation platform for several flight attitude instrument flight simulation collecting flight simulation data and operating data after comparings and to test and evaluate ergonomics. Fina

4、lly it is concluded that the degree of the merits of the two kinds of attitude indicator. Experimental results with real attitude indicator ergonomic evaluation results are similar, suggesting that the flight simulation instrument for ergonomic evaluation is an ef仏ctive approach.Key Words flight ins

5、trument simulation. flightGcar, indicators screening* ergonomic evaluationClass Number TP3912015年笫3期计算机与数字工程4292015年笫3期计算机与数字工程429收稿日期：2014年9月9 口 .修回日期：2014年10月13日作者简介：王长元，男，教授硕士生导师研究方向：图像处理樊军，男，硕士研究生，研究方向：人T.智能。1引言在飞行员的飞行驾驶中遇到穿越云层、雷雨夭 气、夜间飞行、海上飞行等很多复杂天气情况时都 无法根据窗外视景来做出飞行操作，而是要进行仪 表飞行。这种飞行，飞行员不能直观感觉

6、出飞行状 态，完全靠观察各种飞行仪表数据后综合分析出飞 行状态。因此驾驶舱内的仪表显示信息能被飞行 员快速准确的认知至关重要，要判断什么样的仪表 能被飞行员更加快速准确地识别，则需对飞机仪表 进行人机工效评价传统的飞行仪表设计完成后对仪表进行人机 工效学的评价而后再进行改进的这一流程需要耗 费大量的人力物力。然血随看近年来计算机硬件 技术和软件技术的迅速发展，使得仿真飞行仪表的 逼真程度也不断提高，使用仿真飞行仪表进行人机 工效学的评价就变得可行。因此在仪表设计阶 段就可对仪表进行人机工效评价，大大地节省设计 成本缩短了设计流程。本文针对传统用真实飞行仪表缺点进行人机 工效评价流程复杂代价高昂

7、的缺点，结合软件仿真 技术，研究如何使用仿真的飞行仪表来进行人机工 效评价。2飞行仿真平台搭建2.1平台背景要对仿真的飞行仪表进行人机工效学评价，需 要仿真的仪表逼近真实仪表。同时要进行人机工 效评价则需考虑“人”、“机”、“环境”三要素，最好的 方法就足対整个0行过程进行仿真，同时兼顾考虑 飞行中各种能对视觉产生影响的自然特性。FlightGear飞行模拟器是开源的，最初由 Curt Olson来开发设计，并且上传到互联网供大 家免费学习使用。开发FlightGear,是为了研发 一个功能强劲并且开放源码的飞行模拟器，建立 一个先进的飞行模拟框架用于学术研究。 FlightGear的开源姓以

8、及灵活性，使它倍受学术 研究者的青睐。在 1997 年由 David Murr 发布了 FlightGear 的第一个跨平台版本。在此之后由广大爱好者和 网络人士的不断补充改进,FlighrGear从最初仅有 粗糙的空气动力学模型，发展为具有平显、天气特 性（云、雾和风等）、自然特性（阳光、月光和星光 等）、电子导航系统、仪表板、网络互联操作、以及机 场跑道等众多特性的完整平台。同时FlightGear 还具有许多特点门。例如跨平台（Windows,Linux 和Mac等）、多机型、多场景、开放性和可交互等。 现在FlightGear己成为了进行学术研究最常用的 模拟飞行软件。2.2 Flig

9、htGear 的编译首先FlightGear的编译工具需要Cmake和 VS2010（推荐使用2010版）。同时需要源码包括 OpenSceneGraph3. 0.1、Flight Gear2. 10、SimGear2. 10、data2. 10、3rdParty 和 Boost,将下 载的文件放到C： FlightGear并解圧同时创建 flightgear-biiild 和 simgear-build 空文件夹，在 Cmake 下对 OpenSceneGraph 进行编译：Where is the source code 设置为 C：/Flight- Gear/simgear-2. & 0

10、Where to build the binaries 设置为 C：/ FlightGear/simgear-buildMSVC _ 3RDPARTY _ ROOT 设置为 C：/ FlightGearCMAKE.INSTALL,PREFIX 设置为 C：/ FlightGear/install/msvclOO/SimGear点击Configure直至Generate可用，点击 Generate生成工程文件。编译过程将超过两小时。 编译完成后相关文件将自动被拷贝到C：/FlightGear/install/msvcl00/OpenScene- Graph目录下参考以上方法分别再对SimGear

11、和Flight Gear进行编译生成解决方案。（Cmake设置编译 器为VS10 Native, VS解决方案配置选择Release 或者Debug）在path里添加环境变量:C: FlightGear install msvcl00 OpenScene- Graphbini C:FlightGear3rdPartybin重启后设fgfs为启动项，打开fgfs的工程属 性，配置属性-调试谕令参数，添加-fg-root = C： FlightGeardata 完成后 Ctrl 4- F5 运行。（整个 Flight Gear的编译过程将超过5小时）在飞行仿真平台搭建完成后就需要编写一个 通讯模块

12、来与仿真平台进行飞行数据的提取和输 入。2.3配置XML文件在FlightGear屮许多配it都是通过XML文 件。对仪表盘的排列结构进行配置就是通过XML 文件，仪表盘的排列结构可以通过配置文件进行修 改，这个文件可以在相应飞机目录下找到。例如， Cessna C172 的仪表配置文件是 cl72-panel. xml, 可以在 FlightGear/Aircraft/cl72/Panels 下找到。 新型仪表可以通过OpenGL来构建仪表模型，再关 联相关飞行数据进行联动。例如姿态仪关联滚转 角、俯仰角、滚转角速率、俯仰角速率力。此处不再 进行深入探讨。在对仪表进行人机工效评价时，对 飞行

13、员的驾驶数据比对分析十分重要。飞行员的 驾驶数据主要来自对飞行操纵杆的监测。在安装 飞行杆后要在FlightGear中进行配置，在/Flight- Gear/Input/Joysticks/CH文件下能找到设备制造 商的对应文件，如果未找到需自己新建一个joy stick . xml配置文件自行进行配置.2.4通讯模块要想与FlightGear进行通信，则必须使用 FlightGear提供的通信模式。FlightGear所提供 的通信模式为了保证通用性，涵盖了飞行器模型 在飞行时所需要的所有参数和数据。FlightGear 支持使用TCP和UDP两种传输协议进行通信， 出于多方面考虑采用UDP

14、。FlightGear的输出 是一个非线性模型的六自由度信息。这些六 自由度信息由文件native.fdm. cxx实现，在头文 件nejfdm. h中定义了 一个FGNetFDM类向外 发送数据。FGNetFDM这个类定义的内容如下 所示：表1位置借恵变量名称变量定义float beta侧滑角（单位/弧度）float agl地面咼度（单位/米）float phi滚转角（单位/弧度）double altitude海拔高度（单位/米double latitude纬度（单位/弧度）float alpha迎角（单位/弧度）float theta俯仰角（单位/弧度）double longitude经度（总位/弧度）