王燕青, 李 瑞, 丁 冬

(1.中国民航大学飞行技术学院，天津 300300； 2.中国民航大学经济与管理学院，天津 300300)

飞行学员在飞行训练时，尤其是在目视飞行规则下，由于在空中没有参照物[1]，因此需要对飞机运动状态有很好的推断能力。例如，穿云飞行后，飞行学员容易对当前飞机航向判断失误。进行小角度协调转弯时，无法迅速判断飞机是处于转弯还是直线行驶状态，这些现象发生所造成的后果是不堪设想的[2-4]。因此，为了提升飞行学员的运动推断能力，提高飞行学员的养成率，有必要在初始选拔阶段对飞行学员的运动推断能力进行测试，筛选能力较强的飞行学员进行培养。

运动推断能力(movement inference ability，MIA)是指人对视觉所感受到刺激元素的理解及在空间中物体改变运动轨迹时能够及时做出准确判断的视觉空间能力[5-6]。目前，对运动推断能力的研究已有大量报道。游旭群等[7-9]提出负责表象运动推断加工的子系统是一种具有相对稳定可塑性较低的神经认知特性的系统。但视觉表象运动推断本身具有先天性神经解剖特点，而且在整个认知加工子系统体系中负责加工的认知子系统占比极小，因此在加工过程的外在表现形式上使得运动推断能力具有一定的可塑性[10]。虽然在大脑皮质联合区各区之间尚未完全找到运动推断能力相应的生理基础，但运动判断能力的可塑性已经得到了心理学研究的广泛验证。Kosslyn[11]提出运动推断的心理认知加工是以高水平视觉加工系统作为认知基础的；Mishkin等[12]的研究指出负责加工的颞叶中区还可以进行并行性认知加工；斯滕伯格提出加因素法用于评定认知加工效能，且该方法在后来的研究中应用较为广泛[13]。

由于飞行学员在空中飞行，缺少参考物，其运动推断能力是否可塑性较低，值得进一步探讨；另外，飞机在巡航阶段做直线运动时，飞行员对于云层的距离位置以及穿云飞行后对于航向的把握较为困难。飞机在地形复杂的机场环境下进近着陆时，有时需要做曲线运动去躲避山体等障碍物，飞行员对于障碍物的距离也较难判断。而且由于飞行员的视觉局限性，其运动推断能力是否存在差异，也有必要开展研究。因此，现以民航飞行学员为研究对象，基于维也纳心理测试系统(Vienna psychological test system，VTS)实验平台，结合眼动仪来获取被试眼动数据，以分析飞行学员的运动推断能力与眼动特征的关系，以期为民航飞行学员选拔提供建议方案。

1 研究对象与实验设备

1.1 研究对象

选取44名中国民航大学在校男性飞行学员，身体健康，均为右利手，视力或矫正视力正常。其中12名为接受过专业性训练且有良好驾驶经验的合格飞行学员，12名为已接受理论学习但无驾驶经验的大三飞行学员，20名为从未接受任何训练的大一飞行学员。

1.2 实验设备

选用VTS心理测试系统和Tobii-X2-30型眼动仪。

2 实验方法

2.1 实验设计

自变量为经验水平(大一、大三和大四飞行学员)和运动方式(匀速直线、变速曲线运动)，因变量为运动推断能力和眼动特征。其中运动推断能力可以通过测验时长、时间偏差和距离偏差3项来反映，眼动特征可以通过平均扫视时间、平均注视时间、平均扫视距离、平均扫视速度4项指标0来反映。因此，该实验采用3×2混合设计，其中经验水平为组间变量，运动方式为组内变量。

2.2 实验程序

实验分为匀速直线和变速曲线运动两组，每组8题，通过被试答题过程中的相关数据来反映运动推断能力。两组实验均无时间限制且实验中不会显示小球运动轨迹。具体流程如下。

(1)VTS系统中设置模拟飞行运动方式场景。

(2)被试坐于实验屏幕前,调整座位和姿态。为保证眼动记录的精确性，对眼动仪进行校准。校准完成后进入匀速直线运动实验,被试进行答题，眼动仪自动同步记录眼动数据。

(3)重复步骤(1)和步骤(2)开始进行变速曲线运动实验。

3 匀速直线下的飞行数据分析

3.1 飞行绩效指标分析

当飞机做匀速直线运动时，飞行学员MIA测试绩效结果如表1所示。

表1 匀速直线运动下飞行学员MIA测试绩效结果

注：表中数据均为平均值±标准差(M±SD)，下同。

对不同经验水平的飞行学员的测试时长进行方差齐性检验，得F=0.553，P=0.579>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，测试时长为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，系统性学习和飞行训练对该实验测试时长有显著影响(F=5.551，P<0.05)。LSD事后检验发现大一与大三被试的测试时长无显著差异(P>0.05)，但大一被试测试时长显著高于大四被试(P<0.05)，同时大三被试也显著高于大四被试(P<0.05)。

对不同经验水平的飞行学员的时间偏差进行方差齐性检验，得F=1.025，P=0.368>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，时间偏差为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，系统性学习和飞行训练对该实验时间偏差无显著影响(F=0.108，P>0.05)。

对不同经验水平的飞行学员的距离偏差进行方差齐性检验，得F=0.258，P=0.773>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，距离偏差为因变量，进行单因素方差分析，结果表明被试学习时间对该实验距离偏差无显著影响(F=0.163，P>0.05)。

3.2 眼动特征数据分析

当飞机做匀速直线运动时，飞行学员MIA测试眼动指标结果如表2所示。

表2 匀速直线运动下不同水平MIA测试眼动指标结果

对不同经验水平的飞行学员的平均扫视时间进行方差齐性检验，得F=2.594，P=0.087>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，平均扫视时间为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，被试学习时间对该实验平均扫视时间无显著影响(F=0.534，P>0.05)。

扬中市作为连接大江南北的交通枢纽，泰州长江公路大桥穿境而过，境内拥有三座夹江长江大桥，形成“一环两纵、一岛五桥”的大交通格局。全市拥有可开发深水岸线54千米，岸线利用后发优势十分明显。便捷的交通对于扬中融入镇江“金三角”战略，实现与新区的跨江联动发展具有积极意义。

对不同经验水平的飞行学员的平均注视时间进行方差齐性检验，得F=0.367，P=0.695>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，平均注视时间为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，被试学习时间对该实验平均注视时间无显著影响(F=0.260，P>0.05)。

对不同经验水平的飞行学员的平均扫视距离进行方差齐性检验，得F=0.367，P=0.410>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，平均扫视距离为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，被试学习时间对该实验平均扫视距离有显著影响(F=0.260，P<0.05)。LSD事后检验发现大一被试平均扫视距离与大三被试无显著差异(P>0.05)，但却显著低于大四被试(P<0.05)。同时大三与大四被试间平均扫视距离也无显著差异(P>0.05)，说明经过系统性学习、模拟飞行训练和实际飞行训练后对飞行学员的扫视距离有着较大的提高。

对不同经验水平的飞行学员的平均扫视速度进行方差齐性检验，得F=30.415，P=0<0.05，不满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，平均扫视速度为因变量，进行非参数方差分析，结果表明，被试学习时间对该实验平均扫视速度有显著影响(χ2=24.274，P<0.05)。表明随着理论知识以及飞行训练的增加，飞行学员的扫视速度会有显著提升。

3.3 飞行绩效与眼动特征相关性分析

对上述得到的显著眼动、绩效指标进行相关性分析得到，测试时长与平均扫视距离、平均扫视速度均呈现负相关关系(表3)，在进行匀速直线运动时，大四被试因接受过系统性培养和严格飞行训练，能够做到快速且大幅度的扫视，对小球的匀速直线运动能做到较好理解，因此决断时间和移动光标时间较快，而大一和大三被试的扫视速度与扫视距离较大四被试弱，因此在耗时上会多于大四被试。

表3 MIA(匀速直线)测试时长与眼动指标的相关性

注：*表示在0.01水平(双侧)上显著相关。

综上所述，匀速直线运动情况下，三组被试测试时长上的显著差异，说明通过系统性学习和飞行训练使得大四被试有着较强的运动推断能力，能够根据移动物体的运动轨迹快速判断出触及指定地点的时间及位置，可以有效降低飞行员穿云飞行后无法快速判断航向的程度；平均扫视距离和平均扫视速度上的显著差异，说明通过系统性学习和实际飞行训练后的大四学员信息提取及预判能力较强，使得在飞行过程中能够获得更多的信息来进行正确的预判以有效应对方位感缺失等问题。

4 变速曲线飞行下的数据分析

4.1 飞行绩效指标分析

当飞机做变速曲线运动时，飞行学员MIA测试绩效结果如表4所示。

表4 变速曲线运动下飞行学员MIA测试绩效结果

对不同经验水平的飞行学员的时间偏差进行方差齐性检验，得F=2.496，P=0.095>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，时间偏差为因变量，进行单因素方差分析，结果表明被试学习时间对该实验时间偏差有显著影响(F=4.823，P<0.05)。LSD事后检验发现大一与大三被试的时间偏差无显著差异(P>0.05)，而大一、大三分别与大四被试的时间偏差存在显著差异(P<0.05)。

对不同经验水平的飞行学员的距离偏差进行方差齐性检验，得F=3.008，P=0.060>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，距离偏差为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，被试学习时间对该实验距离偏差有显著影响(F=3.105，P<0.05)。LSD事后检验发现大一被试的距离偏差显著高于大三被试(P<0.05)，且显著高于大四被试(P<0.05)，但大三与大四被试间的距离偏差并无显著差异(P>0.05)。

4.2 眼动特征数据分析

当飞机变速曲线运动时，飞行学员MIA眼动指标结果如表5所示。

表5 变速曲线运动下不同水平MIA测试眼动指标结果

对不同经验水平的飞行学员的平均扫视时间进行方差齐性检验，得F=1.000，P=0.377>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，平均扫视时间为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，被试学习时间对该实验平均扫视时间有显著影响(F=3.639，P<0.05)。LSD事后检验发现大一与大四被试平均扫视时间存在显著差异(P<0.05)。

对不同经验水平的飞行学员的平均注视时间进行方差齐性检验，得F=0.436，P=649>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，平均注视时间为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，被试学习时间对该实验平均注视时间无显著影响(F=0.532，P>0.05)。

对不同经验水平的飞行学员的平均扫视距离进行方差齐性检验，得F=0.784，P=0.463>0.05，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，平均扫视距离为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，被试学习时间对该实验平均扫视距离有显著影响(F=12.271，P<0.05)。LSD事后检验发现大一与大三被试的平均扫视距离有显著差异(P<0.05)，大一和大四被试的平均扫视距离也有显著差异(P<0.05)。

对不同经验水平的飞行学员的平均扫视速度进行方差齐性检验，得F=0.820，P=0.447>0.055，满足方差分析条件。进一步以经验水平为自变量，平均扫视速度为因变量，进行单因素方差分析，结果表明，被试学习时间对该实验平均扫视速度无显著影响(F=0.034，P>0.05)。

4.3 飞行绩效与眼动特征相关性分析

对所得的显著眼动、绩效指标进行相关性检验分析可知，测试时间偏差、距离偏差与平均扫视时间和平均扫视距离相关性较弱(表6)。在做变速曲线运动时，飞行学员对移动物体运动轨迹判断能力无较大差别，说明提高运动推断能力难度后，三组飞行学员对于移动物体到达指定地点的时间和位置把握程度难度较大。

表6 MIA(变速曲线)测试时间偏差、距离偏差与眼动指标的相关性

综上所述，变速曲线运动情况下，三组被试时间偏差、距离偏差上的显著性差异，说明经过飞行训练后的飞行学员对时间预判能力有着较大的提升，对距离的把控程度较好，使得飞行员在小角度转弯时能够准确判断飞行状态。三组被试的平均扫视时间和平均扫视距离显著差异不大，说明虽然飞行训练对被试的时间和距离判断能力有所增强，但随着判断难度的增加三组被试的平均扫视距离差异性变化不大，且扫视速度上大三和大四被试的优势消失。

5 结论

(1)在匀速直线运动上，系统性学习和严格飞行训练能够使飞行学员的信息提取及预判能力得到提高进而使得其运动推断能力得到提升。

(2)在变速曲线运动上，系统性学习和严格飞行训练能够使飞行学员对时间预判及距离的把控程度得到增强进而使得运动推断能力得到提高。

(3)在现有的生理体检和心理测试选拔基础上增加飞行学员运动推断能力选拔，在能力测试环节加入眼动技术，结合相关显著眼动指标(平均扫视距离、平均扫视速度)进行飞行学员的选拔，同时应用于飞行学员后期训练成绩的评定环节。