ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ. ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОСАДКИ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ НОВЫХ СРЕДСТВ. ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИЙ И ВИЗУАЛЬНЫХ. ПОСАДОЧНЫХ СИСТЕМ

3.1. Инженерно-психологические вопросы внедрения индикаторов
на электронно-лучевых трубках

Эффективность деятельности экипажа и безопасность посадки тесно связаны с усовершенствованием средств отображения инфор­мации, которые не в полной мере соответствуют психофизиологи­ческим возможностям человека в полете по ее восприятию и пере­работке. Затруднения при управлении самолетом и ориентировке по приборам связаны с дискретным поступлением разрозненных пилотажных сигналов, которые летчик должен предварительна обобщить, чтобы иметь возможность оценить правильность выпол­нения режима полета и планировать управляющие воздействия. Выполнение одновременно с пилотированием задач, требующих отвлечения внимания летчика от приборов (ведение осмотритель­ности, поиск наземных ориентиров и др.), усугубляет трудности взаимодействия летчика с СОИ. Поэтому усовершенствование СОИ — это вопрос облегчения деятельности летчика в целях обес­печения эффективности и надежности его действий. В настоящее время как наиболее перспективные с технической точки зрения и психологически обоснованные развиваются следующие способы совершенствования СОИ:

■ — улучшение оформления лицевых частей приборов и оптими­зация их взаимного расположения для облегчения считывания по­казаний и формирования образа полета; —

— повышение наглядности информации о положении самолета в пространстве и относительно местности для облегчения перера­ботки информации при дефиците времени;

— интеграция пилотажной информации, т. е. представление ее в обобщенном виде;

. — выдача предварительно обработанной информации (команд­ных сигналов);

— совмещение разных видов информации, нужных летчику од­новременно, в одном поле восприятия;

— обеспечение единства принципов индикации на разных при­борах и системах приборов.

Особую актуальность имеют работы, направленные на повыше­ние наглядности индикации пространственного положения и поло­жения самолета относительно местности, пункта назначения, аэро­дрома, взлетно-посадочной полосы и т. п. Наглядность индикации приобретает все большее значение в связи с увеличением интен­сивности полетов, выполняемых, в сложных метеорологических ус­ловиях с заходом на посадку. вне видимости наземных рриентиров.

К наиболее радикальным способам совершенствования СОИ следует отнести интеграцию информации, поскольку она позволяет преодолеть основной недостаток существующей системы—-дискрет­ность контроля параметров полета. Одним из важнейших спосо­бов решения этой задачи явилось создание командных (директор — ных) приборов. И у нас, и за рубежом разработано большое коли­чество модификаций директорных приборов. Следует заметить, что на всех разрабатываемых модификациях этих приборов широко используется цветовое кодирование информации (яркая раскрас­ка сферы авиагоризонта, сигнальных бленкеров и других элемен­тов лицевой части), способствующее улучшению восприятия лет­чиком пилотажной -информации.

Директорные указатели на разных приборах имеют разную длину, форму, по-разному индицируют заданное значение. Так, на одних приборах директорные стрелки взаимно перпендикулярны и всегда имеют точку пересечения при выполнении летчиком задан­ных вычислителем команд по управлению положением центра масс самолета на глиссаде планирования. Точка пересечения находится в центре авиагоризонта, когда команда выполнена точно. На дру­гих индикаторах имеется дельтовидный указатель (моноиндекс), расположенный над силуэтом самолета, как бы указывая ему путь, по которому он должен следовать.

При любой форме представления пилотажной информации лет­чику выдаются команды на выполнение движений по пилотиро­ванию, обеспечивающие оптимальный способ сохранения заданно­го’режима полета.

Наиболее широкие возможности для реализации перспектив­ных способов оптимизации СОИ представляют индикаторы на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ). Эти индикаторы постепенно входят в обиход. БЦВМ обеспечивает воспроизведение на инди­каторах информации в соответствии с режимом полета и выпол­няемой каждым из них функцией.

Разрабатываемые пилотажно-навигационные комплексы с СОИ на ЭЛТ включают: коллиматорный индикатор (или по другой тер­минологии— индикатор на лобовом стекле), индикатор обстанов­ки в вертикальной плоскости, индикатор обстановки в горизон­тальной плоскости, индикаторы контроля состояния бортовых си­стем, Предполагается, что единая интегральная система информа­ции на ЭЛТ позволит успешно решить не только технические про­блемы (в частности, обеспечить предъявление возрастающего объ­ема информации от различных средств на ограниченной площади приборной доски), но и психологические (оптимизировать условия для восприятия количественной приборной и наглядной естествен­ной информации, повысить ее наглядность, сократить объем одно­временно выдаваемой летчику информации).

Одним из наиболее ценных нововведений, полученных главным образом благодаря использованию ЭЛТ, многие специалисты счи­тают индикатор на лобовом стекле (ИЛС). Последний представ­ляет специальный полупрозрачный экран, устанавливаемый перед передней частью остекления кабины на уровне головы летчика. Сквозь этот экран летчик видит внекабинное пространство, и на него проецируется с помощью специальной оптики информация о параметрах движения самолета, формируемая на ЭЛТ.

Предполагается, что индикация на лобовом стекле облегчит летчику получение информации на тех этапах полета, где отвле­чение на обзор внекабинного пространства создает предпосылки для пропуска важной пилотажной информации, потери простран­ственной ориентировки и ориентировки на местности. При выпол­нении многих этапов, прежде всего при заходе на посадку, летчику приходится. пилотировать частично по приборам, частично с ис­пользованием наземных ориентиров. Направление взгляда и фоку­сировка глаз летчика при этом непрерывно меняются, создаются два поля обзора и два значимых, пространственно разнесенных объекта внимания. В таких условиях процессы восприятия и пере­работки информации более эффективны при совмещении двух по­лей обзора.

При использовании индикации на лобовом стекле летчик смот­рит на землю и одновременно видит шкалы пилотажных и нави­гационных параметров. Эти шкалы фокусируются на бесконеч­ность. Летчику нет нужды переводить взгляд в кабину и адапти-

Т’а блица 3.1 Характеристики восприятия летчиком лицевой части ИЛС Показатель качества восприятия На нейтральном фоне На фоне ориентиров •Простая ли- Сложная Ли- Простая ли- Сложная ли- цевая часть цевая часть цевая часть цевая часть Латентное время оЦен- 1,34 2,7 1,76 2,19 — ки показаний, с Пропущенные ориенти- _ _ 6 31 ры, % Примечание. Простая лицевая часть — 3—5 параметров, сложная — 6—9 параметров. ‘

ровать глаза к новым значениям освещенности и дальности до объектов наблюдения (приборов).-Таким образом, индикатор на лобовом стекле обеспечивает возможность летчику сосредоточить внимание на обзоре внекабинного пространства с одновременным наблюдением нужных параметров, и, следовательно, его использо­вание при выполнении захода на посадку и посадки вполне оправ­дано.

Вместе с тем установлено, что совмещение в одном поле зрения разнородной информации требует ограничения количества инди­цируемых на ИЛС параметров. Результаты проведенного экспери­мента (табл. 3.1) позволяют доказать:

— для надежности восприятия не безразлично, на каком фоне предъявляется информация (на фоне изображения наземных ори­ентиров или без такового);

.— эффективность взаимодействия летчика с ИЛС зависит от степени насыщенности лицевой части индикатора; чрезмерное на­сыщение информативными единицами (более 5) оказывает отри­цательное влияние на надежность восприятия (увеличиваются вре­мя восприятия и число ошибок).

* На первых порах широкого обсуждения в печати функций пи­лотажных индикаторов на ЭЛТ больше всего внимания уделялось пропаганде идеи визуализации полета, которую, казалось, помогут реализовать экранные индикаторы. Обсуждались так называемые аналоги визуального полета, изображения типа «дороги в небо», телеизображения внешнего пространства [6, 13]. Считали, что внедрение ЭЛТ принципиально изменит способ представления ин­формации и, следовательно, структуру действий летчика (прежде всего процессы восприятия и преобразования информации), сбли­зив тем самым условия полета по приборам и визуального полета.

Однако к началу 70-х годов стало ясно, что с помощью ЭЛТ не может быть достигнута та реальная визуальная картина, кото­рая открывается взору летчика непосредственно через стекло фо­наря кабины. Кроме того, пилотирование современного самолета требует инструментальной количественной информации. Эти два обстоятельства, по-видимому, обусловили конструирование пило­тажных индикаторов на ЭЛТ, в которых, как и на привычных электромеханических приборах, используется параметрический, ус­ловный принцип представления информации. Правда, вместо круг­лых шкал используются линейные (вертикальные и горизонталь­ные), часто без оцифровки; для индикации пилотажных парамет­ров широко применяются и счетчики.

, Применение пилотажных индикаторов на ЭЛТ вносит ряд из­менений в способы выдачи информации, с их особенностями нель­зя не считаться при оценке взаимодействия летчика с системой информации. Речь идет о новой компоновке шкал, о нетрадицион­ном внешнем их оформлении, о качественно новых способах коди­рования пилотажных сигналов, которые требуют от летчика пере­стройки и даже новой организации перцептивных и мыслительных процессов, что, несомненно, скажется на качестве его действий.

Гибкость индикаторов на ЭЛТ, т. е. возможность выдачи ин­формации с разделением во времени, быстрой смены способов кодирования одних и тех же параметров, позволяя максимально использовать площадь приборной доски, уменьшая в какой-то сте­пени насыщенность информацией оперативного поля восприятия, одновременно создает проблему загрузки мышления, поскольку летчик должен выбрать тот или иной режим работы индикатора, состав предъявляемых сигналов. Смена состава информации, из­менение масштаба шкал при переходе от одного этапа (режима) полета к. другому предъявляют повышенные требования к опера­тивному мышлению и памяти летчика.

Изучение существующих электронных индикаторов свидетель­ствует о разнобое в представлении основных пилотажно-навига­ционных параметров. Так, например, такие параметры, как ско­рость и высота, представляются счетчиками, шкалой и точкой, шкалой и индексом, столбиком по типу термометра и т. д. Форма представления директорных индексов, линии искусственного гори­зонта, силуэта самолета имеет более десяти вариаций.

Как показали экспериментальные исследования, от используе­мых на электронных индикаторах способов кодирования парамет­ров полета прямо зависят эффективность и надежность действий летчика. Например, пилотирование по электронному индикатору, на котором информация о скорости и вертикальной скорости была представлена в виде подвижных вертикальных шкал, а высота индицировалась летчиком, сопровождалось нарушением ранее вы­работанных сенсомоторных навыков при заходе на посадку в по­зиционном режиме управления, следствием которой явилось сни­жение точности пилотирования, изменение двигательной активно­сти (табл. 3.2). •

Таблица 3.2 Показатели эффективности и структуры действий летчика при заходе на посадку в зависимости от используемой системы индикации Режим захода Система индикации Отклонение от заданных ‘ значений, мкА Расход ру­лей, уел. ед. Амплитуда ЭМГ правой руки, мкВ по курсу по глис­саде направ­ ления S3 н о о 3 са м С Позиционный Электронный ин­дикатор 0,94 0,48’ 8,9 6,3 104 29,8 Приборная доска 0,56 0,21 3,3 3,4 84 27,3 Директорией Электронный ин­дикатор 0,28 0,12 3,7 0,8 72 25,7 , Приборная доска 0,32 0,11 4,(3 0,85 69 20,6

Валено подчеркнуть, что при пилотировании в директорном ре­жиме управления не отмечалось нарушений навыка пилотирования и структуры действий летчика. Это объясняется двумя обстоятель­ствами. Первое: способ кодирования директорной информации мало вариативен из-за высокой степени обобщенности сигналов. В данном случае на ЭЛТ изменены лишь форма и чувствительность индекса. Последняя характеристика —• единственная, к которой должен приспосабливаться летчик. Второе: пилотируя по дирек — торньш сигналам, летчик пользуется обедненным, «редуцирован­ным» образом полета, и эффективность его действий в меньшей степени зависит от способов кодирования пилотажных параметров.

Причина нарушения навыка при позиционном управлении в том, что в связи со спецификой кодирования пилотажных сигна­лов затруднена регуляция двигательных актов по управлению са­молетом. Навык пилотирования сформирован на основе информа­ционной модели, представленной на приборной доске:.круглые не-, подвижные шкалы выдают информацию не только о количествен­ном значении параметра, но и о тенденции его изменения; более простым при их использовании является качественное считывание. Реализованные способы кодирования пилотажной информации на ЭЛТ (счетчики высотно-скоростных параметров или подвижные вертикальные шкалы, индикация только качественных’ характери­стик отдельных параметров и др.), как показало исследование, требуют сознательного контроля при построении двигательных ак­тов. Прежде чем сделать какое-то движение, отмечали летчики, приходится мысленно его рассчитывать.

Казалось бы, в этих условиях обращение к приборам на при­борной доске должно повысить эффективность пилотирования, ибо выработанный у летчиков навык приспособлен именно к данной информационной модели. Однако, как показали эксперименты, пе­реход от электронной СОИ. к индикаторам на приборной доске не только не облегчает пилотирование, но даже снижает его качество {табл. 3.3), что связано с затруднениями как в восприятии инфор-

Таблица 3.3 Изменение показателей качества и структуры деятельности лётчика после перехода с электронного индикатора на приборную доску Анализируемый показатель Изменение, % Снижение точности выдерживания режима На 27 Увеличение расхода рулей На 36 Увеличение числа зрительных фиксаций в едини- На 50 цу времени

■мадии, так и в построении управляющих движений. Отмеченные затруднения проявились в увеличении (на 36%) расхода рулей, а также в изменениях структуры сбора информации. Если при [6]

пилотировании по электронному индикатору (или приборной до­ске) типичные маршруты переносов взгляда (рис. 8) характери­зуются закономерной цикличностью сбора’ информации, то при переходах (от ЭИ к ПД) наблюдалось значительное увеличение вариабельности маршрутов. Указанные изменения характерны для первых 4—5 с после перехода. Иными словами, смена информа­ционной модели приводила к переобследованию ситуации.

Рис. 8. Типичные маршруты сбора информации при пи­лотировании по электронному индикатору (ЭИ) и пос­ле перехода с электронного — индикатора на приборную доску (ЭИ -*■ ПД): ЛГ — авиагоризонт; И — высотомер; Vv — вариометр; Упр—’указатель скорости; К — указатель курса

Несомненно, что особенности кодирования идентичных пара­метров полета на приборной доске и электронном индикаторе обу­словливают формирование у летчиков двух разных оперативных образов полета, а значит, перестройку умственного компонента — навыка пилотирования. В случае перехода с одной информацион­ной модели на другую возникает необходимость отстроиться от образа одной (ЭИ) и актуализировать образ другой (приборной доски) модели, или наоборот. Эти процессы требуют специально­направленного произвольного внимания, т. е. являются осознан­ными, что может отрицательно сказаться на эффективности пи­лотирования.

Очевидно, сложность построения движений в связи со специ­фикой кодирования информации (т. е. частичная деавтоматизация двигательного компонента навыка) в сочетании с необходимостью смены оперативных образов при совместном использовании инди­каторов на. ЭЛТ и приборной доски является наиболее сущест-

венным фактором, определяющим надежность действий по пило­тированию самолета. Полученные факты дают основание считать, что для повышения эффективности действий, а соответственно и безопасности полета при совместном использовании электронной СОИ и традиционных электромеханических пилотажно-навигаци­онных приборов важную роль играет их психологическое сходство, означающее обеспечение идентичности способов индикации пара­метров, преемственности взаиморасположения шкал, а также сход­ство основных элементов их оформления (одно и то же располо­жение нулевой отметки, знака отклонения от нее, масштаба й це­ны деления). Реализация этих требований и, в частности, представ­ление на электронном индикаторе информации о высотно-скорост­ных параметрах на неподвижных шкалах, индикация тенденции изменения параметров, кодируемых цифровыми счетчиками, исклю­чение изменения масштабов шкал в зависимости от этапа и ре­жима полета позволили существенно повысить точность выдержи­вания параметров полета (табл. 3.4) и его безопасность при со­хранении преемственности Структуры навыка пилотирования (в сравнении с пилотированием по традиционным электромеханиче­ским приборам) . .

Таблица 3.4 Сравнение характеристик действий летчика при заходе на посадку в позиционном режиме управления Тип СОИ Анализируемый показатель электронная пд Вероятность выхода за пределы до­пуска: — ‘С по курсу 0,07 0,07 по глиссаде 0,04 0,05 Уровень нервно-эмоционального на- 0,8 1,0 пряжения, отн. ед. Величина расхода рулей, уел. ед. 12 11

В специальных экспериментах на пилотажном тренажере эф­фективность взаимодействия летчика с системой электронной ин­дикации на ЭЛТ, способы кодирования для которой были выбра­ны с учетом изложенных выше принципов, оценивалась при моде­лировании условий захбда на посадку в СМУ.

В состав СОИ на ЭЛТ входили индикатор вертикальной обста­новки и индикатор на системе (ИЛС).

Полетное задание предусматривало выполнение заходов на по­садку в различных режимах управлёния (автоматическом, дирек­тор ном и позиционном) с использованием. одного из следующих вариантов СОИ: I — обычная приборная доска; II — приборная доска и индикатор на стекле (ПД + ИЛС); III — электронный ин­дикатор вертикальной обстановки (ИБО) и ИЛС. Моделировались условия захода на посадку при метеовидимости 3 и 1 км.

Эффективность действий летчика оценивалась в сравнительном плане. Условиями для сравнения были: вариант СОИ, уровень ав­томатизации управления самолетом,- степень сложности полетного задания («выход из облаков» на удалении 3 и 1 км, наличие боко­вого уклонения).

Для оценки надежности пространственной ориентировки и вы­явления особенностей принятия решения на посадку в зависимости от используембй СОИ имитировались условия увода самолета с посадочного курса. Линейное боковое уклонение самолета состав­ляло 100 и 200 м от оси ВПП.

Полученные в экспериментах данные о структуре сбора инфор­мации (табл. 3.5) • показывают, что ИЛС активно используется летчиком как на этапе полета до установления контакта с ВПП, так и после «выхода из облаков». Это свидетельствует .о соответ­ствии представленной на ИЛС информации потребностям лет­чика.

Таблица 3.5 I Относительная продолжительность (%) контроля ИЛС и внекабинного пространства в зависимости от используемой СОИ (до контакта с ВПЇІ) Вариант СОР! Режим управления. автомати­ ческий директор­ ией ПОЗИЦИОННЫЙ пд 2,3 1,1 0,2 пд+илс 19,2 26,1 18,6 ИБО+ИЛС 24,6 18,2 15,9 Т а б л и ц а 3.6

Относительная продолжительность (%) контроля средств индикации в кабине после появления ВПП Вариант COPI Режим управления Появление ВП 3 км ■ I на удалении 1 км пд Автоматический 43,2 20,9 Директорный 46,3 29,4 Позиционный 34.5 39,3 пд+илс Автоматический 16,1 6,2 Директорный, 14,0 13,7 Позиционный 17,6 9,5 ИБО+ИЛС Автоматический 4,8 3,0 Директорный 3,5 4,0 Позиционный 2,7 2,6

Характерно, что при наличии в составе СОИ ИЛС летчики на этапе полета после «выхода из облаков», попеременно обращаясь к внекабинному пространству и информации на СОИ, существен­но меньше времени уделяли средствам индикации в Кабине (табл. 3.6). Очевидно, наличие ИЛС облегчает осуществление да+ переменной ориентировки: приборы — внешняя среда. При исполь­зовании СОИ, содержащей ИЛС, время восприятия внутрикабин — ных индикаторов было наименьшим и в наиболее сложных усло­виях захода на посадку (с боковым уклонением). Это способство­вало повышению эффективности действий летчика в усложненных условиях полета (выход из облаков на удалении 1000 м с уклоне­ниями от оси ВПП). Как видно из гистограммы (рис. 9), качество захода на посадку при использовании СОИ, включающей ИЛС, было выше, чем при пилотировании по ПД.

Наилучшее качество деятельности в усложненных условиях

Рис. 9. Гистограмма отклонений от равносигнальной зоны курсового маяка при заходе на посадку в зависимости от используемой системы индикации в авто­матическом (Л), директорном (Д) и позиционном (Я) режимах управления: ЯД + ИЛС — приборная доска и индикатор на стекле; ПВО + ИЛС — электрон­ный индикатор вертикальной обстановки и индикатор на стекло; ПД — прибор­ная доска

Таблица 3.7 Средняя амплитуда (М±т) биоэлектрической активности мышц в зависимости от используемой СОИ, мкВ Режим управления — Вариант СОИ Участок захода позицион* ный директор- нын ПД+ИЛС До появления ВПП После появления ВПП 158+9,2 176+10,8 118+7,8 140±8,3 иво+илс До появления ВПП После появления ВПП 135+10 164+14,2 107+14,7 136+17,2

обеспечила СОИ, состоящая из ИВО и ИЛС. Молено полагать, что этому способствует идентичность кодирования пилотажных параметров на ИВО и ИЛС, благодаря которой исключаются от­рицательные последствия смены оперативных образов и связанные с ними затруднения в построении управляющих движений, кото­рые имеют место при необходимости совместного использования двух СОИ — ИЛС и ПД, различающихся видами кодирования от­дельных параметров. Об этих затруднениях косвенно свидетельст­вует величина биоэлектрической активности мышц (табл. 3.7). При сравнении СОИ-2 (ПД+ИЛС) и СОИ-3 (ИВО + ИЛС) наблюда­лись достоверные (Л<0,05) различия величины средней амплиту­ды ЭМГ. Вероятно, при попеременном использовании разнокодо­вых СОИ актуализируются разные двигательные программы, соот­ветствующая перестройка структуры движений и проявляется в увеличении амплитуды ЭМГ при пилотировании по СОИ-2 (в срав­нении с СОИ-3).

Таким образом, результаты экспериментов подтвердили прин­ципиальную возможность эффективного использования системы индикации на ЭЛТ при условии психологически обоснованного выбора объема информации и способов ее представления.

Из всего вышеизложенного следует принципиальный вывод: нельзя внедрять новые технические средства деятельности эки­пажа без учета психофизиологических возможностей человека, содержания и, структуры его деятельности при управлении лета­тельным аппаратом. Только при такой постановке вопроса мож­но быть уверенным, что будут созданы все необходимые условия для надежной работы экипажа и обеспечения безопасности полета.