Features of flight information perception in shaping the flight concept

Oleg V. Kotov; Котов Олег Валериевич; Sergey N. Sinelnikov; Синельников Сергей Николаевич; Ilya O. Naturalnikov; Натуральников Илья Олегович; Andrey V. Savin; Савин Андрей Владимирович; Ivan A. Drobot; Дробот Иван Александрович; Evgeny A.  Gerasimenko; Герасименко Евгений Андреевич; Evgeny M. Vyborov; Выборов Евгений Михайлович

doi:10.17816/brmma60341

Особенности восприятия пилотажной информации при формировании образа полета

Авторы: Котов О.В.¹, Синельников С.Н.¹, Натуральников И.О.¹, Савин А.В.¹, Дробот И.А.¹, Герасименко Е.А.¹, Выборов Е.М.¹
Учреждения:
1. Военно-медицинская академия имени С.М. Кирова МО РФ
Выпуск: Том 23, № 4 (2021)
Страницы: 171-178
Раздел: Экспериментальные исследования
Статья получена: 08.02.2021
Статья одобрена: 29.07.2021
Статья опубликована: 15.12.2021
URL: https://journals.eco-vector.com/1682-7392/article/view/60341
DOI: https://doi.org/10.17816/brmma60341
ID: 60341

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Рассмотрены особенности восприятия пилотажной информации при формировании образа горизонтального полета у операторов, не имеющих опыта тренажерной подготовки. Проведена оценка формирования навыков в ходе 10 полетов с помощью временных показателей и расчета обобщенной ошибки пилотирования в зависимости от поставленной задачи. Программа формирования образа деятельности разработана с применением сложной сенсомоторной реакции на 3-м этапе полета, для увеличения резервов внимания операторов. Проанализировано распределение внимания при записи координат фиксации взора в обозначенных зрительных зонах с помощью системы мобильного окулографа SMI ETG 2 WirelessAnalysPro. Установлено, что с увеличением налета увеличивается и количество фиксаций взора. Так как с каждым полетом оператор затрачивает меньше времени на восприятие и оценку пилотажной информации с конкретного прибора в результате растет скорость смены саккадических движений глаз и сокращается длительность самих фиксаций. Предложенная методика поэтапного формирования образа полета при выполнении задачи горизонтального полета показала высокую эффективность выработки моторных и сенсорных навыков. Разработка подобных модульных программ для тренировки взлета и посадки может существенно усовершенствовать принципы тренажерной подготовки. Полученные данные раскрывают особенности восприятия пилотажной информации операторами сложных эргатических систем, с перспективой увеличения надежности профессиональной деятельности молодых летчиков при переходе к реальным практическим полетам.

Ключевые слова

восприятие информации, зрительный анализатор, летчики, окулография, распределение внимания, саккада, формирование образа полета

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Образ полета является психическим отражением профессиональной деятельности летчика [1]. Целостная картина образа формируется на основе специфического сенсорного, мануального и ситуационного опыта, включая теоретические знания о механике процесса воздухоплавания, в том числе на конкретном типе летательного аппарата [2]. Выделяют три основных компонента образа полета: образ пространственного положения, приборный образ и чувство самолета. Приборный образ регулирует моторный компонент действий, обеспечивая реализацию двигательной программы на основе инструментальных данных [1]. И.Б. Качоровский приписывал приборному образу ведущую роль, определяя его как автономный приборный аналог, дающий точную количественную информацию о пространственном положении [3]. При этом зрительный анализатор является основным каналом поступления необходимой инструментальной информации для принятия решения на корректирующие управляющие воздействия в ходе полета [4, 5]. А жесткие временные рамки и отсутствие права на ошибку связывают профессионализм летчика непосредственно с умением качественно распределять внимание для поддержания высокого уровня ситуационной осведомленности. Схемы распределения и переключения внимания при пилотировании летательного аппарата индивидуальны для каждого летчика и складываются из его личного опыта [6]. В процессе обучения и увеличения налета последовательности считывания приборов могут существенно видоизменяться при выполнении одних и тех же задач. При первых полетах на авиационных тренажерах курсанты, по данным Н.А. Столярова и др., распределяют внимание хаотично и интуитивно с высокой вероятностью критических ошибок. Разработанные в конце прошлого века методики оценки резервов внимания во время тренажерной подготовки с помощью прибора «Физиолог» актуальны и сегодня, однако порядок их применения можно оптимизировать для формирования навыков пилотирования и первичного образа полета в сжатые сроки [8]. Многие авторы поднимают вопрос о заблаговременном обучении летчиков основным маршрутам считывания пилотажной информации для повышения безопасности полетов и в настоящее время есть обоснованные предложения, и даже патентованные способы формирования достоверного образа полета у пилотов гражданской авиации [3, 6, 7, 9, 10]. Но процесс восприятия информации на этапе первичного формирования образа полета остается малоизученным, а существующие схемы распределения внимания часто не универсальны и малоэффективны в отсутствие индивидуального подхода к обучению военного летчика.

Цель исследования — изучить особенности восприятия пилотажной информации операторов авиационного профиля при формировании образа полета.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследование проведено при участии 20 добровольцев в возрасте от 19 до 23 лет (20 мужчин, средний возраст 21 ± 0,9 года), подготовленных к пилотированию авиационного тренажера только теоретически и не имеющих практического налета. Участники исследования соответствовали категории здоров, годен к военной службе. Коррекция зрения, в случае необходимости, доведена до значений Visus = 1.0 линзами из штатного оборудования окулографа без снижения качества научных данных.

Добровольцы выполнили 10 полетов на медицинском процедурном стенде «ПСМ-34» на базе условной кабины самолета Су-34 по разработанной методике. Полет выполнялся в простых метеоусловиях без выполнения взлета и посадки со стартовыми параметрами: скорость приборная — 750 км/ч, высота барометрическая — 1100 м, курс — 10°. Каждый полет состоял из 3 последовательных этапов: 1 — единовременное приведение значений пилотажных приборов к ранее обозначенным цифрам (скорость приборная — 700 км/ч, высота барометрическая — 1000 м, курс — 360°(0°), 2 — горизонтальный полет с сохранением достигнутых значений в течение 60 с, 3 — горизонтальный полет с теми же целевыми значениями пилотажных приборов в сочетании с выполнением методики сложной сенсомоторной реакции (ССМР) в течение 60 с на приборе «Психофизиолог-ВМ» (рис. 1). Зафиксировано время, затраченное на 1-й этап. При выполнении 2-го и 3-го этапов рассчитана обобщенная ошибка пилотирования (ООП) по методике, разработанной А.М. Войтенко и др. [8] и адаптированной нами для ПСМ-34 с учетом оценочных показателей горизонтального полета на Су-34.

Рис. 1. Сбор материала при выполнении 3-го этапа полета

Fig. 1. Collecting material during the third stage of the flight

Саккадические движения глаз — это средство пространственной локализации интересующего зрительного объекта, но основу глазодвигательной активности составляют зрительные фиксации, так как на саккады в среднем приходится только 5% времени, а в состоянии фиксации глаза пребывают почти в 95% от всей активной деятельности [11–13]. Данные о координатах фиксаций взора получены с помощью мобильного окулографа SMI ETG 2 WirelessAnalysPro. Зарегистрировано общее количество фиксаций взора при выполнении 2-го и 3-го этапов, а также число фиксаций в каждой из обозначенных нами зон: зона 1 — дисплей с пилотажными приборами (Ag — авиагоризонт, V — указатель скорости, H — указатель высоты, C — командно-пилотажный прибор), зона 2 — сигнальное табло «Психофизиолог-ВМ», зона 3 — внекабинная обстановка (рис. 2).

Рис. 2. Зрительные зоны при обработке полученных данных

Fig. 2. Visual areas in the processing of the obtained data

Параметры фиксации взора обработаны при помощи программного обеспечения SMI BeGaze версии 3.0. Статистическая обработка и сбор полученных данных выполнены в программах IBM SPSS Statistics 26.0 с использованием непараметрического Т-критерия Вилкоксона и MicrosoftExcel — 2010.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Установлено, что время приведения авиационного тренажера к заданным значениям пилотажных приборов планомерно уменьшалось с увеличением налета (табл. 1).

Таблица 1. Усредненные показатели результативности на этапах полета

Table 1. Average performance indicators during flight stages

Номер полета	Этап
	1-й	2-й	3-й
	Время, с	ООП 1	ООП 2
1	478,5 ± 148,5	1,16 ± 1,1	39,2 ± 46,2
2	336,3 ± 158,2	0,63 ± 0,5	16,6 ± 25,2
3	258,5 ± 157,1	0,40 ± 0,3	9,9 ± 10,3
4	188,8 ± 138,6	0,34 ± 0,4	8,2 ± 6,8
5	199,8 ± 140,6	0,37 ± 0,3	10,0 ± 11,2
6	199,2 ± 101,0	0,29 ± 0,2	6,9 ± 8,3
7	121,6 ± 46,6	0,29 ± 0,2	8,3 ± 8,9
8	136,3 ± 113,3	0,25 ± 0,2	8,5 ± 10,4
9	108,0 ± 54,1	0,21 ± 0,2	5,9 ± 5,4
10	99,1 ± 48,9	0,31 ± 0,3	6,0 ± 4,4

Значения ООП 1 на 2-м этапе также уменьшались, но в сравнении с ООП 2 на 3-м этапе имели меньшую чувствительность. К 6-му полету время приведения к заданным параметрам на 1-м этапе устанавливается в среднем около 199,2 с у операторов авиационного тренажера, а среднее значение ООП 2 снижается до значения 6,9. Эти результаты можно трактовать как маркер первичного формирования образа деятельности, а дальнейшее развитие показателей говорит о постепенном оттачивании навыков выполнения поставленных перед операторами задач. Исходя из этого 1-й, 6-й и 10-й полеты выбраны для сравнения и поиска статистически значимых различий в распределении зрительных фиксаций по обозначенным зонам.

Количество зрительных фиксаций при выполнении 2-го этапа полетов обнаруживает тенденцию к их увеличению преимущественно за счет повышения контроля пилотажных приборов, что, при равной продолжительности выполнения заданий, говорит о большей скорости смены саккадических движений глаз и сокращению длительности самих фиксаций (табл. 2). Это согласуется с данными, полученными А.Г. Меркуловой и С.А. Калининой, и показывает, что с каждым полетом оператор затрачивает меньше времени на восприятие и оценку пилотажной информации с конкретного прибора [10].

Таблица 2. Количество зрительных фиксаций при выполнении 2-го этапа полета

Table 2. The number of visual fixations during the 2^nd stage of the flight

Номер полета	Пилотажные приборы	Внекабинная обстановка	Табло прибора «Психофизиолог-ВМ»	Другие области	Итого
1	97,4 ± 40,4	6,0 ± 19,0	3,8 ± 9,4	3,3 ± 4,8	110,1 ± 40,3
6	114,2 ± 30,1*	5,3 ± 7,7	1,6 ± 4,7*	2,3 ± 4,1	123,4 ± 28,3
10	112,1 ± 31,4	9,5 ± 15,6*	2,1 ± 7,5*	2,1 ± 6,6	125,2 ± 21,3

Примечание: * — p < 0,01 при сравнении 1-го и 6-го, 1-го и 10-го полетов.

Высвобождающиеся временные резервы позволяют выполнить больше саккадических циклов восприятия информации и увеличить ситуационную осведомленность [6]. К 10-му полету значимо изменяется контроль внекабинной обстановки. Операторы при улучшении навыков пилотирования начинают сопоставлять инструментальную информацию с положением летательного аппарата по внекабинным ориентирам, что насыщает образ деятельности новыми предметными и чувственными связями [14]. Относительно большое количество фиксаций взора на табло прибора «Психофизиолог-ВМ» в 1-м полете связано с ранним контролем начала 3-го этапа, но к 6-му и 10-му полетам их количество статистически значимо снижается.

Оценка распределения внимания по пилотажным приборам показывает высокую значимость авиагоризонта в успешности выполнения задачи горизонтального полета (табл. 3), что также подтверждает данные И.Б. Кузнецова в его изобретении [9]. Он предложил отнести показания авиагоризонта к базовым пилотажным параметрам в распределении внимания и рекомендовал каждый саккадический цикл начинать и заканчивать считыванием информации о значениях крена и тангажа. Указатели высоты, курса, приборной и вертикальной скорости отнесены к опорным пилотажным приборам, а все остальные средства индикации — к информационным.

Таблица 3. Количество зрительных фиксаций на пилотажных приборах при выполнении 2-го этапа полета

Table 3. The number of visual fixations on the flight instruments during the second stage of the flight

Номер полета	Пилотажные приборы
Номер полета	Ag	H	V	С
1	25,4 ± 22,6	29,5 ± 20,0	13,4 ± 11,0	17,5 ± 17,4
6	38,7 ± 32,7*	21,8 ± 10,6	18,5 ± 8,3	24,1 ± 19,5
10	33,4 ± 20,8	28,1 ± 12,1	18,8 ± 11,0	22,6 ± 14,7

Примечание: * — p < 0,01 при сравнении 1-го и 6-го полетов.

Результаты глазодвигательной активности при выполнении 3-го этапа полетов также показывают рост количества фиксаций в зоне пилотажных приборов (табл. 4). Достоверно снижаются фиксации взора на табло психофизиолога за счет использования периферического зрения [15]. Большинство операторов перестают фокусировать внимание в зоне психофизиолога в пользу зоны пилотажных приборов. При этом скорость обработки информации при выполнении ССМР увеличивается с 1,9 ± 0,5 до 2,1 ± 0,4 бит/с к 10-му полету, а количество времени, затраченного на правильный ответ, снижается с 836,9 ± 210,2 до 739,8 ± 146,6 мс. Другие области кабины реже становятся предметом фиксации взора, так как к 10-му полету устанавливаются определенные циклические маршруты движения глаз, расстояние до необходимых объектов распределения внимания закрепляются в памяти оператора, в результате промежуточные точки фиксации используются достоверно в меньшем количестве.

Таблица 4. Количество зрительных фиксаций при выполнении 3-го этапа полета

Table 4. The number of visual fixations during the third stage of the flight

Номер полета	Пилотажные приборы	Внекабинная обстановка	Табло прибора «Психофизиолог-ВМ»	Другие области	Итого
1	88,7 ± 44,5	3,8 ± 10,9	27,4 ± 39,1	3,8 ± 4,0	123,6 ± 64,1
6	102,8 ± 37,2	3,2 ± 7,4	7,5 ± 13,2	0,8 ± 1,0	114,2 ± 40,3
10	107,8 ± 32,7*	8,2 ± 15,6	6,8 ± 11,1*	1,0 ± 2,3*	123,7 ± 29,7

Примечание: * — p < 0,01 при сравнении 1-го и 10-го полетов.

При выполнении 3-го этапа полетов сохраняется приоритет показаний авиагоризонта в структуре распределения внимания, но в то же время можно отметить значимые изменения в росте количества зрительных фиксаций на приборах скорости и курса (табл. 5). Для дальнейшего повышения качества деятельности необходима корректировка управляющих воздействий на основе дополнительной информации с опорных пилотажных приборов, что происходит за счет высвобождения резервов внимания [16–18].

Таблица 5. Количество зрительных фиксаций на пилотажных приборах при выполнении 3-го этапа полета

Table 5. The number of visual fixations on the flight instruments during the third stage of the flight

Номер полета	Пилотажные приборы
Номер полета	Ag	H	V	С
1	31,0 ± 28,9	25,5 ± 14,3	11,5 ± 8,9	11,9 ± 14,5
6	35,0 ± 30,3	18,8 ± 12,4	15,2 ± 10,2	24,6 ± 16,3**
10	37,7 ± 22,2	24,2 ± 13,6	17,1 ± 9,3*	21,2 ± 14,4**

Примечание: * — p < 0,05 при сравнении 1-го и 10-го полетов; ** — p < 0,01 при сравнении 1-го и 6-го, 1-го и 10-го полетов.

Предложенная методика поэтапного формирования образа полета при выполнении задачи горизонтального полета показала высокую эффективность выработки моторных и сенсорных навыков. К концу программы операторы достигли устойчивых результатов приведения авиационного тренажера к заданному режиму движения и удержания целевых параметров. При этом средний налет составляет около 55 мин, а среднее время, затраченное на выполнение 10-го полета, составило около 3,5 мин. Контроль инструктором хода тренировочного полета и послеполетный анализ распределения внимания по записям окулографа позволит индивидуально корригировать программу подготовки летчика и прорабатывать сложные вопросы в технике пилотирования и алгоритме считывания пилотажной информации [19, 20]. Разработка подобных модульных программ для тренировки взлета и посадки может существенно усовершенствовать принципы тренажерной подготовки.