【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于人机工效，具体涉及一种基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法、系统及计算机存储介质。
技术介绍
1、驾驶舱是飞机的头脑，是执行功能和保障安全的核心机要室，也是飞行员完成飞行任务的所有信息交换场所，因此，驾驶舱的合理设计至关重要，然而，飞机驾驶舱具有空间狭小、功能模块繁多、信息复杂、功能和安全性要求较高等特点，对飞行员来说，直接交互场所所构成的一切环境信息要素会影响其执行任务过程中的生理情况、心理情况、行为特点等，这些不良影响将导致飞行员的低绩效，甚至极可能在紧急情况或飞行员状态不佳时造成任务执行差错，带来安全威胁。然而当下的驾驶舱布局设计方法大多只涉及到生理角度和智能算法角度，较少考虑到飞行员的心理情况，驾驶舱布局设计方法还未得到更为全面的考虑。
技术实现思路
1、鉴于上述说明，本专利技术的目的是提供一种基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法、系统及计算机存储介质，能够在适航要求、工效学约束和生理条件指导的驾驶舱布局设计方法体系中，加入心理指标的衡量，得出更为合理和优化的驾驶舱布局设计方案，降低飞行员失误的风险，提高整体人机交互的绩效。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的一种基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，包括以下步骤：
3、s1、构建与布局设计对象有关的设计准则评价体系，所述设计准则评价体系包括机体自身的功能结构约束和从工效学角度进行分析的人机交互约束；
4、s2、采用模糊层次综合分析法构建步骤s1中的功能结构约
5、s3、模拟飞行任务，测量飞行员情境意识水平，通过回归分析构建布局设计与情境意识之间的函数关系模型；
6、s4、基于步骤s2中的功能结构约束权重、人机交互约束权重以及步骤s3中的情境意识函数模型构建智能布局算法的目标函数，所述智能布局算法为引入惯性权重的粒子群算法；
7、s5、对布局设计对象进行编码，采用粒子群算法进行布局设计迭代优化，直至符合停止条件时输出最优解，得到优化的布局设计方案。
8、进一步的，所述功能结构约束包括三类影响因子，分别为有限空间内显控部件的尺寸限制、显控部件的形状构造与其功能的适应性匹配限制、各功能件被操纵时的运动方式，所述人机交互约束包括五类影响因子，分别为布局设计的一般性原则、操纵的安全性、舒适性、飞行员的可达性、可视性，其中，一般性设计原则又分为六类二级影响因子，包括“功能近布”原则、“顺序一致”原则、“频率快近”原则、“重要适布”原则、“操作认知一致”原则、“防错保护”原则。
9、进一步的，所述步骤s2具体包括：
10、s21、定义功能结构约束权重集c1=（c12,c13,c14），其中c12表示尺寸限制、c13表示形状与功能匹配、c14表示运动方式；
11、s22、定义人机交互约束第一层权重集c2=（c21,c22,c23,c24,c25），定义人机交互约束第二层权重集c21=（c211,c212,c213,c214,c215,c216），其中c21表示一般性设计原则、c22表示安全性、c23表示可视性、c24表示可达性、c25表示舒适性，c211表示“功能近布”原则、c212表示“顺序一致”原则、c213表示“频率快近”原则、c214表示“重要适布”原则、c215表示“操作认知一致”原则、c216表示“防错保护”原则；
12、s23、构建两两因素比较优差的模糊一致判断矩阵a表示为，其中表示某一层指标中的某一元素，表示比重要的隶属度；
13、s24、将三个权重集c1、c2、c21分别构建模糊一致判断矩阵c，具体表示为，根据一致性变换公式得到三个模糊一致矩阵，所述一致性变换公式为，其中；
14、s25、根据方根法求取权重，分别得到功能结构约束权重j和人机交互约束权重z。
15、进一步的，所述步骤s3具体包括：
16、s31、记录飞行员执行任务过程中的响应时间和任务执行的正确性，以两者的综合情况作为绩效指标，具体的，绩效指标计算公式为，其中，s为绩效指标，u为正确性，u=1或0，1代表正确，0代表错误，为第i个任务下所有飞行员的平均响应时间，ti为第i个任务下某一飞行员的响应时间；
17、s32、在模拟过程中随机冻结任务，通过sagat测试内容测试飞行员的正确性和反应时间，以两者的综合情况作为sagat测试结果，该测试结果的计算方法与步骤s31中执行任务的绩效的计算方法相同；
18、s33、设计sart主观评价量表，并在任务执行结束后由飞行员立即填写进行情境意识情况的主观评价；
19、s34、采用眼动仪记录飞行员执行任务过程中的眼动数据，所述眼动数据包括tff、fd、dfd、dvd，对测得的眼动数据进行重复测量方差分析后得到眼动指标；
20、s35、将记录并计算得到的绩效指标、主观评价结果以及眼动指标分别向sagat测试结果做逐步回归分析，得到各回归方程，并通过拟合效果的度量选取拟合度最好的回归方程作为布局设计与情境意识之间的函数关系模型y。
21、进一步的，所述步骤s4中的目标函数具体为。
22、进一步的，所述步骤s5具体包括：
23、s51、对驾驶舱功能区的各显控部件进行排号编码，定义求解空间n和粒子数m；
24、s52、初始化粒子群，设定初始位置和速度；
25、s53、设置粒子群算法相关参数，输入目标函数；
26、s54、通过粒子的速度改变公式和位置改变公式进行粒子群算法优化迭代，上述式子中，d取1-n，i取1-m，将第个粒子的位置表示为,粒子的速度表示为,设个体的极值为,群体全局极值为，t为迭代数，和为［0，1］内的随机数，和为加速常数，在（0，4）内取得，系数w为惯性权重；
27、s55、重复步骤s54直至达到最大迭代次数或满足计算精度时停止迭代，得到优化后的最佳布局方案。
28、另一方面，本专利技术提供一种基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计系统，用于上述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，该系统包括设计准则评价模块、情境意识测试模块、函数关系构建模块和粒子群算法优化求解模块，所述设计准则评价模块用于构建与布局设计对象有关的机体自身的功能结构约束和从工效学角度进行分析的人机交互约束，所述情境意识测试模块用于测试飞行员在执行任务时的绩效指标、sagat结果、sart主观评价结果和眼动数据，所述函数关系构建模块用于构建功能结构约束权重j、人机交互约束权重z、布局设计与情境意识之间的函数关系模型y，所述粒子群算法优化求解模块用于采用粒子群算法得到最终优化的布局设计方案。
29、本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法。
30、与现有技术相比，本专利技术综合考虑了驾驶舱机体自身结构因素约束、人机交互时的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，所述功能结构约束包括三类影响因子，分别为有限空间内显控部件的尺寸限制、显控部件的形状构造与其功能的适应性匹配限制、各功能件被操纵时的运动方式。
3.根据权利要求2所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，所述人机交互约束包括五类影响因子，分别为布局设计的一般性原则、操纵的安全性、舒适性、飞行员的可达性、可视性，其中，一般性设计原则又分为六类二级影响因子，包括功能近布原则、顺序一致原则、频率快近原则、重要适布原则、操作认知一致原则、防错保护原则。
4.根据权利要求3所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，所述步骤S4中的目标函数具体为。
...【技术特征摘要】
1.一种基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，所述功能结构约束包括三类影响因子，分别为有限空间内显控部件的尺寸限制、显控部件的形状构造与其功能的适应性匹配限制、各功能件被操纵时的运动方式。
3.根据权利要求2所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，所述人机交互约束包括五类影响因子，分别为布局设计的一般性原则、操纵的安全性、舒适性、飞行员的可达性、可视性，其中，一般性设计原则又分为六类二级影响因子，包括功能近布原则、顺序一致原则、频率快近原则、重要适布原则、操作认知一致原则、防错保护原则。
4.根据权利要求3所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：
6.根据权利要求5所述的基于情境意识的驾驶舱功能区布局设计方法，其...
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