未来智讯 > 无人驾驶论文 > 无人机地面抑制站人机工效研讨

无人机地面抑制站人机工效研讨

发布时间:2018-12-01 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    无人机地面抑制站人机工效研讨作者:未知   摘要:文章针对长航时中、大型无人机地面站的人机工效进行了研讨,最初介绍了无人机地面站的人机工效设计要求,然后根据各个设计要求设计出无人机地面站相应的各个局部。结果表明:考虑了人机功效因素的无人机地面站系统事务稳定、可靠,且人机界面设计良好,地面站操作员对该地面站系统的评价相当高。
  关键词:无人机;地面抑制站;人机工效;长航时;地面站;人在回路 文献标识码:A
  中图分类号:V279 文章编号:1009-2374(2016)01-0006-03 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.004
  人机工效是指人与设备的合理匹配,从而使得设备产生最大的效益。对于地面站操作员来说,心理如意度是指对事务和事务环境等一种内在的感受和立场,即对事务如意状况的主观反映。人机工效的重要性主要体如今两个方面:(1)高空长航时中、大型的无人机的战争指标是“零伤亡”,而目前的无人机系统仍属于“人在回路”的系统,即地面站操作人员拥有抑制无人机的最后决定权;(2)地面站自身的局限性,例如监视信息量大、事务时间长、空间狭小等会增加地面站操作员的事务负荷和操作难度,使得操作员极易产生心理、生理疲劳,甚至导致操作员误判或误操作。因此,在无人机地面站设计中,需要综合考虑人机工效这一重要因素。
  1 无人机地面抑制站的系统组成
  目前国内外常见的无人机地面抑制站均具有飞行监控、任务规划、链路监控、任务载荷监控、情报数据分析、通讯指挥抑制等综合能力。按使勤奋能和部署情况可将地面抑制站分为基地级、移动方舱式及便携式三种,本文将着重对移动方舱式地面抑制站进行人机工效设计。
  2 人机工效设计要求
  地面站人机工效的设计要求主要包括以下方面:作业环境、操作席位、人机界面、人机功能分配、防错措施和应急措施。
  2.1 作业环境
  由于地面站是密闭的方舱,空间狭小,空气流通性差,大量的舱内任务设备,尤其是显示器计算机等设备的发热量很大,所以,舱内的通风散热能力成为事务环境的人机工效设计要求的研讨重点。除此之外,地面站舱内的环境温度、照明、色彩和噪声将会影响操作员的事务效能、身体健康以及人体舒适度。
  2.2 操作席位
  地面站操作席位主要包括座椅、抑制台架及台架上的显示器、操作机构、按键、开关等设备。具体来说,操作席位的人机工效需要考虑操作席位的外形尺寸是否能保证人体具有良好舒适的作业姿势;显示器安装角度是否考虑人的视角、视距的合理性;操纵机构的外形是否满足人手操作的舒适性,位置是否适合人体尺寸要求和肢体用力范围等。
  2.3 人机界面
  地面站的人机界面设计要求是,操作员可以对无人机平台、任务载荷、数据链终端进行实时监控,并进行航路规划和情报信息处理。因此,根据相关人机界面的设计要求,应先按功能划分席位,然后设计与各席位相对应的人机界面。
  2.4 人机功能分配
  人机功能分配的设计要求需要考虑以下因素:(1)人和机器的本能、特点、负荷能力、潜在能力以及各种限度;(2)人适应机器所需的提拔条件和培训时间;(3)人的个体差异和全体差异;(4)人和机器对忽然时间应激反应能力的差异和对比;(5)机器替代人的效果以及可行性、可靠性、经济性等方面的对比分析。
  2.5 防错措施
  由于地面站操作员拥有对飞机、载荷、链路、地面站的最后抑制权,因此研讨直接影响飞行平安和任务执行操作的防错措施具有十分重要的意义。无人机地面站的防错措施有两点设计要求:(1)在人机交互界面上防止操作员的误碰导致的指令发出;(2)在系统设计时防止与飞行状态不匹配的操作指令执行。
  2.6 应急措施
  地面站的相关应急措施能够有效保证操作员在各种紧急情况下仍能完成任务。应急措施的设计要求有以下两点:当故障发生后,可以快速、正确地定位故障并准时地向操作员告警;保证在数据链或地面站内设备发生故障时,操作员仍能持续地对无人机飞行进行监控。
  3 无人机地面抑制站人机功效设计
  3.1 作业环境设计
  3.1.1 空间布局。本设计选取分舱设计:事务舱、机柜舱和附件舱。事务舱放置的是抑制台,这样不但能让作业空间变得更加宽敞、整洁,还能够隔离设备事务时产生的噪声;机柜舱用来放置计算机等设备;附件舱用来存放电缆、工具包等。
  3.1.2 通风散热。事务舱内左右壁各安装1个换气扇,进气扇置于左边底部、排气扇置于右侧顶部。事务舱及机柜舱顶部两侧均设置有多个空调出风口,其中事务舱的空调出风口可独立进行风量大小抑制,操作员能够根据自身身体条件调节所在区域的温度,营造舒适的温热环境。
  3.1.3 噪声抑制。降噪措施能够从两个方面入手:(1)抑制噪声源;(2)避免产生振动。设计时,选用低噪声轴流风机以减小噪声,并将空调机架与方舱包边连接,这种总体式框架结构在最大程度上减小了空调的振动噪声向舱内的传播。
  3.1.4 采光照明。在方舱的左壁板上共设有2个采光窗,并沿方舱顶部纵向设置6盏8W LED照明灯。在实际使用过程中,通过照明灯照度调节旋钮适量调节事务舱照度,为事务人员提供舒适的事务环境。
  3.1.5 颜色配置。为了使操作员长期在舱内事务创造柔和的视觉环境,避免视觉疲劳,同时突显操作功能区域,舱内墙面颜色为乳白色,设备颜色为玉白色、抑制台架为黑色。
  3.2 操作席位设计
  3.2.1 席位的结构设计。地面站操作席位抑制台按亚洲人体标准并联合具体设备进行合理设计,设计新颖,体现人性化理念,具偶尔代感,外观呈流线型,按亚洲人体工程学,灵活性及稳定性设计考虑。满足人体工程学及人体操作视线要求,布局整齐美观、舒适、实用。抑制台的机构图见图1。根据相关标准,抑制台尺寸有如表1所示。   图1 抑制台的机构图
  由此可看出,抑制台最后尺寸值均落在抑制台尺寸的允许范围内,并且耗时设计是充分考虑到操纵杆使用时操作的精确性,而针对不同使用者对托肘姿态及高度的细微差别,可通过调节托肘高度实现。
  3.2.2 席位布局设计。根据地面站操作席位的结构设计及相关标准,合理规划操控台显控布局,以适应操作员的感官、运动肢体特征。本文以飞行监控席为例介绍操控台显控布局设计。席位布局示意图见图2:
  图2 席位布局示意图
  3.3 人机界面设计
  联合各席位的特点,地面站人机界面从设计一致性、信息布局、信息可读性、信息明确度、告警提示、功能合适性几方面起程,与飞行员经过多轮讨论迭代,确定人机界面方案如下:
  3.3.1 遥控指令发送后可以以按键颜色区分发送状态,如等待、成功、超时、拒绝。
  3.3.2 信息或符号的显示停留时间或状态改变的刷新率满足操作员的情景感知能力。
  3.3.3 与操作员及相关专业讨论状态文本信息显示,做到显示内容正确、无异议,不会影响操作员误判。
  3.3.4 按四级划分告警提示,一级、二级为重要告警提示,一般为影响飞机平台平安及任务执行的告警信息;三级、四级告警提示显示于辅屏右屏,操作员可通过子菜单调出查看。
  3.3.5 显控信息按分系统或操作行为的相关性进行归集,操作员可快速调出相关子菜单进行抑制操作或查看所需信息,避免操作员盲目地寻找操作界面。
  3.4 人机功能分配
  地面站人机功能分配的原则是系统整体平安、可靠和高效,同时最大限度地削减人为失误。根据无人机地面站系统任务流程,操作员需要参与以下几个阶段的任务:飞行筹备、起飞和出航、任务执行、返航和返场。飞行前筹备阶段:操作员需要根据指挥所下达的任务打算及态势信息完成航路、载荷规划,并批改不合理的规划点,对突发事件进行决策,强制介入余度抑制。起飞和出航阶段:操作员发送“起飞”指令,监视无人机飞行状态,做好各种应急情况的处置。任务执行阶段:操作员根据飞行状态、任务区域态势实时批改航路规划或以人工方式接手无人机抑制权,根据作战任务、战区态势、情报数据人工介入抑制任务载荷,交接抑制权,处置应急情况。返航和返场阶段:操作员监视无人机飞行状态,做好各种应急情况的处置,随时筹备以人工方式接手无人机抑制权。
  3.5 防错措施设计
  在无人机系统设计时,对接收处理遥控指令的机载综合化管理设备进行防错设计,例如在飞行抑制与管理计算机或航电/机电综合管理计算机等设备设置自主保护策略,使之可以拒绝执行与当前飞行及设备状态不匹配或超出能力范围的指令。同时,对影响飞行或人身平安的重要指令,增加“预指令”操作限制条件,即想要执行某个重要指令,需要先发送预指令,预指令有效时间为10s。
  3.6 应急措施设计
  设计一套健康诊断系统,该系统可以从无人机总线上获取机上所有设备状态信息,检测出异常或故障,并计算出该异常或故障对飞行任务的影响,以四个等级的文字/声音告警信息形式提示操作员,同时提供相应的处置措施建议,便于操作员快速、正确地排除故障。
  4 结语
  考虑了人机功效因素的无人机地面站系统事务稳定、可靠,且人机界面设计良好,布局合理,功能完整,环境舒适,能满足任务需求;地面站操作员对该地面站系统的评价相当高。随着未来自动化、智能化水平的发展,地面站人机工效还将进一步优化,使操作台可以根据不同操作员的身体特征、疲劳程度进行自动调整;人机界面也将更加人性化,为操作员营造身临其境的全态势感知环境;人机功能动态分配策略的合理规划,将使操作员身心处于最优的事务状态。
  参考文献
  [1] 祁圣君,王婷,王锋.无人机地面站人机工效综合评价研讨[J].航空工程进展,2013,4(4).
  [2] 李大健,贾伟,齐敏,等.无人机地面抑制站设计与应用[J].计算机测量与抑制,2011,19(6).
  [3] 卢艳军,刘季为,张晓东.无人机地面站发展的分析研讨[J].沈阳航空航天大学学报,2014,31(3).
  [4] 周炎.无人机地面站发展综述[J].沈阳航空航天大学学报航空电子技能,2010,41(1).
  [5] 张治生.无人机地面站系统设计与开发[D].西北工业大学,2007.
  [6] G.Natarajan.Ground Control Stations for Unmanned Air Vehicles[J].Aeronautical Development Establishment,2001.
  [7] Damilano L,Guglieri G,Quagliotti F,et al.Ground Control Stations Embedded Mission Planning for UAS[J].Intelligent & Robotic Systems,2013,69(1).
  [8] Perez D,Maza I,Caballero F,et al.A Ground Control Station for a Multi-UAV Surveillance System[J].Intelligent & Robotic Systems,2013,69(1).
  [9] 李芸.面向小型无人机的空地数据链系统研讨[D].西北工业大学,2005.
  [10] 贺光霞.基于GIS的无人机地面抑制站的实现[J].无线电工程,2007,(2).
  作者简介:汤易(1980-),男,云南保山人,中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司工程师,研讨方向:测控指控;金颖(1989-),女,安徽休宁人,中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司设计员,硕士,研讨方向:测控指控;周英博(1979-),女,吉林通化人,中航工业成都飞机工业(集团)有限责任公司主管设计师,工程师,硕士,研讨方向:测控指控。
  (责任编辑:周 琼)
转载请注明来源。原文地址:https://www.7428.cn/page/2018/1201/49529/
 与本篇相关的热门内容: