本發明專利技術涉及飛行模擬領域，具體涉及基于平板電腦重力感應系統的飛行操作任務和儀表監控任務模擬系統及模擬方法。所述雙任務模擬系統包括：基于平板電腦重力系統的飛行模擬操作單元，算機服務器的飛行科目設計單元，參與者飛行模擬模型使用環境的管理單元，以及飛行模擬的監控和數據分析單元。本發明專利技術利用通用的平板電腦的重力感應系統模擬飛行操作，較之使用外部操作桿設備的產品而言，成本低、使用便捷，通過軟件系統內部算法和視覺系統操作系統的聯合呈現使得飛行模擬效果更佳逼真，測試者的感受性更加流暢。因此，可以應用于專業飛行學員、飛行人員的飛行訓練、特殊情境下的飛行檢測之中。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及飛行模擬領域，具體涉及基于平板電腦重力感應系統的飛行操作任務 和儀表監控任務模擬系統及模擬方法。
技術介紹
飛行職業是一種特殊的職業，飛行活動是在特殊的三維空間環境條件中進行的。 飛行任務復雜，飛行員往往要承受高負荷和大過載的體力極限，同時也要快速掌握大量最 新的科學知識，其中雙任務認知能力是不可或缺的重要部分。因此，建立飛行模擬雙任務單 元具有重大的意義，在飛行員選拔、飛行培訓、疲勞檢測和抗疲勞訓練等多個領域均有重大 的研究意義和強大的應用前景。 目前應用較多的飛行模擬設備，均需要復雜的硬件設備，例如操作手柄、操作桿等 外部設備。例如，漢莎航空用于選拔的飛行模擬任務專用的儀器硬件設備，歷時三個小時， 測查了與飛行密切相關的操作能力等多方面的心理品質。中國民航飛行學院也將其應用于 中國民航飛行學員的招飛工作，然而由于測驗效率較低，嚴重影響選拔進程，沒有在得到大 規模的推廣。飛行模擬軟件設備雖然一定程度的模擬了飛行任務，在飛行員選拔和培訓中 均發揮了作用。但是由于其均需要特殊的外部設備，且必須與高性能的臺式機電腦相連接， 因此具有很大的局限性，既不方便在招收飛行員的選拔中進行群體的大量測試，也不方便 在外界環境有限的野外或者停機坪環境中進行飛行模擬任務，因此在應用推廣中均具有較 大的局限性。 重力感應器，又稱重力傳感器，新型屬傳感器技術，它采用彈性敏感元件制成懸臂 式位移器，與采用彈性敏感元件制成的儲能彈簧來驅動電觸點，完成從重力變化到電信號 的轉換。目前絕大多數中高端智能手機和平板電腦內置了重力傳感器。重力傳感器在手機 橫豎的時候屏幕會自動轉，在玩游戲可以代替上下左右。通過重力傳感器測量由于重力引 起的加速度，可以計算出設備相對于水平面的傾斜角度。 本專利技術利用平板電腦的重力感應系統模擬飛行。在對民航飛行員進行工作分析的 基礎上，抽取其工作中對雙任務認知能力（飛行操作任務和儀表監控任務）要求最核心的 操作認知指標，基于平板電腦重力感應系統的飛行操作任務和儀表監控任務模擬系統。采 取操作任務和監控任務的雙任務操作模式，任務一為飛行操作儀表的誤差控制，空中駕駛 在上、下、左、右、前、后的六維空間駕駛飛機，任務二為對多個儀表指示燈狀態的監控。此 外，測試采用平板電腦實施，使用平板電腦的重力感應系統模擬六維空間，感受性類似于波 音大型飛機的駕駛感受，并不失真，又具有靈活快捷的特點。該系統的建立為基于飛行模擬 的測查、訓練和研究工作提供了基本手段和基礎平臺。
技術實現思路
本專利技術的目的是以平板電腦為載體，利用其重力感應系統的功能進行飛行操作任 務和儀表監控任務模擬系統的建立，提供一個基于平板模擬飛行雙任務的系統和方法。 根據本專利技術的【具體實施方式】，所述基于平板重力感應系統的模擬飛行操作任務和 儀表監控任務的系統包括四個部分，第一部分是基于平板電腦重力系統的飛行模擬操作單 元，第二部分是計算機服務器的飛行科目設計單元，第三部分是參與者飛行模擬使用環境 的管理單元，第四部分是飛行模擬的監控和數據分析單元。具體如下： -、基于平板電腦重力系統的飛行模擬操作單元，具體包括五個模塊。 1-1、平板重力感應系統誘發的飛行操作模塊 在平板電腦的顯示屏中展現飛行儀表盤的實時的隨機變化，用戶通過使用平板電 腦的重力感應系統的對飛行儀表盤的變化進行實時校正，重力感應的功能反饋給平板電腦 的軟件系統，即時反饋在飛行儀表盤的變化中，從而實現順暢的飛行操作模擬的效果。 按照如下公式，產生隨機干擾，顯示在電腦屏幕中飛行操作儀表盤的即時的隨機 變化，通過使用平板的重力感應系統的功能，在三維角度的操作平板電腦，產生X軸、Y軸、Z 軸的操作變化，以糾正隨機干擾產生的誤差。測試者的通過重力感應系統的操作反應表現 在電腦屏幕上飛行操作儀表盤的兩維變化中。測試者的操作表現即時反饋在屏幕顯示上， 從而進行調整。 操作桿任務 應用動態畫面模擬飛機俯仰、橫滾姿態，參與者右手一階控制兩維的變化： 通過以下公式在X軸、Y軸產生即時的隨機變化，使得每一時刻的坐標均在上一時 刻坐標的基礎上產生不可預期的位移變化，這一隨機的位移變化構成了計算機為測試者造 成的隨機干擾，使其與平衡基準位置產生偏差，要求測試者盡快覺察到每一時刻位置的隨 機變化，并準確而快速的通過平板的重力感應系統所產生的外部設備進行有效的調整，使 得與基準平衡位置的偏差盡量縮小 Y軸的補償追蹤輸入方程為： y (t+1) = y (t) + A y (t+l)+r (t+Ι)，其中，y (t)表示時間t時目標的縱坐標位置， Δ y (t)表示時間t時目標在垂直方向獲得的增量，r (t)為t時獲得的隨機增量。 X軸與水平面的旋轉度的補償追蹤輸入方程為： Θ (t+Ι) = Θ (t)+sign(t+l) X (Δ Θ (t+l)+r(t+l) X9)，其中 sign(t+l)等于 1 或者-1，Θ (t)為時間t時目標所在位置與水平方向的夾角；△ Θ (t)表示時間t時角度上 獲得的增量，r(t)為t時獲得的隨機增量，在（0, 1)之間變化。 讓計算機在每經過T時刻就在Y軸方向，以及X軸與水平的夾角方向產生一定范 圍內的一個隨機變量。 本測驗采用計算機自適應的方式，把桿操作任務設定不同的難度等級，確定測試 者可以達到的難度等級。 動態模擬自動形成60個難度等級的隨機干擾，難度等級D的改變，通過改變t的 取值來達到。D = f(T)，隨著時間單位T的減小，難度等級加大。計算機給受試者自動施加 可劃分60個難度等級的隨機干擾，破壞儀表的平衡狀態。 1-2、平板視覺呈現系統誘發的飛行監控模塊 在平板電腦的顯示屏中展現六個飛行模擬警告儀表指示燈的實時的隨機變化，用 戶通過使用平板電腦的觸摸屏功能對多個飛行模擬警告儀表指示燈的變化進行實時監控， 并按照不同科目的要求進行按鍵的判斷反應，觸摸屏的感應功能將用戶的反饋給平板電腦 的軟件系統，即時反饋儀表指示燈的判斷正誤，從而實現儀表指示燈實時監控的效果。 設定每個飛行模擬警告儀表指示燈均有綠燈、黃燈和紅燈三種狀態，依據隨時間 變化的隨機函數控制儀表燈的變化，某隨機時刻儀表燈由綠燈變為黃燈，測試者需要對該 警告儀表予以注意，黃燈變化3秒鐘后進入紅燈狀態，測試者需要盡快的通過點擊屏幕上 相應位置上的開關鍵解除警告，測試者操作后，紅燈恢復到綠燈狀態，進入下一個隨機循 環。屏幕中同時存在多個飛行模擬警告儀表指示燈，每個儀表均遵循上面的規則進行隨機 變化。測試者需要關注所有的儀表，并進行監控和解除警告操作的指令。 1-3、飛行操作和飛行監控共同呈現的雙任務模塊 該模塊同時開放平板電腦的重力感應功能和觸摸屏按鍵功能，在平板電腦的顯示 屏中同時展現飛行儀表盤的實時的隨機變化和飛行模擬警告儀表指示燈的實時的隨機變 化。用戶通過使用平板電腦的重力感應系統的對其變化進行實時的校正，重力感應的功能 反饋給平板電腦的軟件系統，即時反饋在飛行儀表盤的變化中，從而實現順暢的飛行操作 模擬的效果。同時，用戶通過使用平板電腦的觸摸屏功能對六個飛行模擬警告儀表指示燈 的變化進行實時監控并按照不同科目的要求進行按鍵的判斷反應，觸摸屏的感應功能將用 戶的反饋給平板電本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于平板重力感應系統的飛行操作和儀表監控雙任務模擬系統，其特征在于，所述雙任務模擬系統包括：一、基于平板電腦重力系統的飛行模擬操作單元，所述飛行模擬操作單元包括：(1?1)平板重力感應系統誘發的飛行操作模塊通過該模塊實現在平板電腦的顯示屏中展現飛行儀表盤的實時隨機變化，通過使用平板的重力感應系統的功能，在三維角度的操作平板電腦，產生X軸、Y軸、Z軸的操作變化，以糾正隨機干擾產生的誤差，測試者的通過重力感應系統的操作反應表現在電腦屏幕上飛行操作儀表盤的兩維變化中，從而進行調整，實現順暢的飛行操作模擬的效果，通過以下公式在X軸、Y軸產生即時的隨機變化，使得每一時刻的坐標均在上一時刻坐標的基礎上產生不可預期的位移變化，這一隨機的位移變化構成了為測試者造成的隨機干擾，使其與平衡基準位置產生偏差其中，Y軸的補償追蹤輸入方程為：y(t+1)＝y(t)+Δy(t+1)+r(t+1)，其中，y(t)表示時間t時目標的縱坐標位置，Δy(t)表示時間t時目標在垂直方向獲得的增量，r(t)為t時獲得的隨機增量，X軸與水平面的旋轉度的補償追蹤輸入方程為：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)為時間t時目標所在位置與水平方向的夾角；Δθ(t)表示時間t時角度上獲得的增量，r(t)為t時獲得的隨機增量，在(0,1)之間變化，使計算機在每經過T時刻就在Y軸方向，以及X軸與水平的夾角方向產生一定范圍內的一個隨機變量；(1?2)平板視覺呈現系統誘發的飛行監控模塊在平板電腦的顯示屏中展現飛行模擬警告儀表指示燈的實時的隨機變化，用戶通過使用平板電腦的觸摸屏功能對多個飛行模擬警告儀表指示燈的變化進行實時監控，并按照不同科目的要求進行按鍵的判斷反應，即時反饋儀表指示燈的判斷正誤，從而實現儀表指示燈實時監控的效果；(1?3)飛行操作和飛行監控共同呈現的雙任務模塊該模塊同時開放平板電腦的重力感應功能和觸摸屏按鍵功能，在平板電腦的顯示屏中同時展現飛行儀表盤的實時的隨機變化和飛行模擬警告儀表指示燈的實時的隨機變化，通過使用平板電腦的重力感應系統對其變化進行實時的校正，重力感應的功能反饋給平板電腦的軟件系統，即時反饋在飛行儀表盤的變化中，從而實現順暢的飛行操作模擬的效果，同時，通過使用平板電腦的觸摸屏功能對飛行模擬警告儀表指示燈的變化進行實時監控，并按照不同科目的要求進行按鍵的判斷反應，觸摸屏的感應功能將用戶的反饋給平板電腦的軟件系統，即時反饋在儀表指示燈的判斷正誤，從而實現儀表指示燈實時監控的效果，操作桿任務應用動態畫面模擬飛機俯仰、橫滾姿態，參與者右手一階控制兩維的變化：Y軸的補償追蹤輸入方程為：y(t+1)＝y(t)+Δy(t+1)+r(t+1)，其中，y(t)表示時間t時目標的縱坐標位置，Δy(t)表示時間t時目標在垂直方向獲得的增量，r(t)為t時獲得的隨機增量X軸與水平面的旋轉度的補償追蹤輸入方程為：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)為時間t時目標所在位置與水平方向的夾角；Δθ(t)表示時間t時角度上獲得的增量，r(t)為t時獲得的隨機增量，在(0,1)之間變化，在每經過T時刻就在Y軸方向，以及X軸與水平的夾角方向產生一定范圍內的一個隨機變量，通過自適應的方式，把桿操作任務設定不同的難度等級，動態模擬自動形成難度等級的隨機干擾，難度等級D的改變，通過改變t的取值來達到，D＝f(T)，隨著時間單位T的減小，難度等級加大，實現難度等級的隨機干擾，破壞儀表的平衡狀態；二、計算機服務器的飛行科目設計單元包括：2?1設置飛行模擬的任務內容和參數的模塊用于設置所述基于平板電腦重力系統的飛行模擬操作單元的各個組成模塊的內容和參數；2?2、設置飛行模擬的持續時間和順序的模塊用于設置所述基于平板電腦重力系統的飛行模擬操作單元的各個組成模塊的呈現順序和每個模塊的持續時間進行設置；三、參與者飛行模擬使用環境管理單元包括：3?1、建構受試者飛行模擬的使用環境的模塊用于構建和設置受試者的使用環境，3?2、分配受試者飛行模擬的機位的模塊用于分配和選擇受試者的開展測試的機位，3?3、管理飛行模擬研究者的賬戶的模塊用于管理組織飛行模擬實施現場的研究使用者的權限；四、飛行模擬的監控和數據分析單元包括：4?1、飛行模擬實施狀態的即時監控模塊用于在受試者進行飛行模擬科目使用時，在服務器端監控受試者的使用狀態，4?2、飛行模擬科目成績的即時觀測模塊在受試者執行雙任務操作過程中，對其每一個操作績效進行監測并記錄，4?3、飛行模擬報表下載和數據分析模塊用于實時查看受試者的監控數據。...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：姜薇，陳振玲，李麗麗，許海山，劉永鎖，徐先發，王妍，王偉，
申請(專利權)人：中國民用航空局民用航空醫學中心，民航總醫院，
類型：發明
國別省市：北京;11
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