Метод и математическая модель процесса формирования навыка по ведению пространственной ориентировки

2011

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА

№ 172

УДК 629.7.072

МЕТОД И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ НАВЫКА ПО ВЕДЕНИЮ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТИРОВКИ

М.В. БАРАБАНОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Ципенко В.Г.

В статье предлагается метод формирования у пилотов навыков по ведению пространственной ориентировки с использованием авиагоризонта типа "вид с ВС" и математическая модель процесса обучения по данному методу.

Ключевые слова: пространственная ориентировка, обучение пилотов, математическая модель, новый метод обучения.

Процесс формирования образа пространственного положения - сложный элемент обучения пилота. Его формирование требует целенаправленной подготовки, методика которой до настоящего времени недостаточно разработана [1 - 4].

Многочисленные теоретические исследования [2 - 4] показывают, что наиболее правильным для использования типом авиагоризонта (АГ) является АГ "вид с земли". Но в настоящее время практически на всех гражданских воздушных судах (ВС) установлены АГ типа "вид с ВС", которые в сложной ситуации могут приводить к потере пространственной ориентировки [3]. Возникает противоречие, имеющее два способа решения проблемы потери пространственной ориентировки в полете. Первый - использование более совершенной индикации, предоставляющей пилоту информацию о положении ВС относительно земной поверхности. Второй -разработка и внедрение новых методов подготовки пилотов по формированию навыков ведения пространственной ориентировки в штатном полете, особой ситуации, в том числе и за пределами ограничений ВС.

В данной статье приведена математическая модель обучения по новому методу формирования у пилотов навыков по ведению пространственной ориентировки при использовании АГ типа "вид с ВС". Данный метод обучения направлен на минимизацию ошибочных действий во время пилотирования.

Основываясь на анализе литературы и собственном опыте, авторы выдвинули предположение, что визуализация, при которой ВС, отображаемое на мониторе тренажера, подвижно, объемно и расположено хвостовым оперением к оператору, а "земля" неподвижна (рис. 1), поможет повысить устойчивость навыков пилотирования ВС по АГ "вид с ВС" в сложных условиях. Был предложен новый метод обучения. В начале обучения пилотирование осуществляется на тренажере только по изображению ВС на мониторе, а затем одновременно по изображению ВС и по показаниям АГ "вид с ВС" (рис. 3). Такой метод, по гипотезе авторов, должен помочь формированию такого образа полета у студентов-пилотов, который обеспечит более устойчивый навык пространственной ориентировки в полете. Для проверки выдвинутой гипотезы была составлена специальная программа для экспериментальной группы, которая основана на использовании АГ "вид с ВС".

Разработанная программа состояла из пяти упражнений и выполнялась на процедурных тренажерах Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации:

в первом упражнении - ВС, отображаемое на мониторе тренажера, подвижно, объемно и расположено хвостом к оператору, "земля" неподвижна; один полет 10 мин (рис. 1);

во втором упражнении - управление ВС (отображение аналогично тому, которое использовалось в первом упражнении) в вертикальной плоскости, т.е. выполнение фигур пилотажа: штопор, бочка, петля; один полет 15 мин;

в третьем упражнении - дополнительно к отображению силуэта самолета вводятся приборы контроля режима (высота и скорость) (рис. 2); один полет 15 мин;

в четвертом упражнении - вводятся показания авиагоризонта, совместно с отображением силуэта самолета, высотомера и указателя скорости (рис. 3); три полета по 15 мин;

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

в пятом упражнении - "пилотирование" выполняется по приборам, отображается только приборная панель ВС, силуэт самолета отсутствует; пять полетов по 15 мин.

Программа подготовки на процедурных тренажерах, принятая в настоящее время, включает наземную подготовку, ознакомительный полет в зону и полеты по маршруту с применением средств навигации. Общее время подготовки составляет 27 ч. Предложенная авторами программа подготовки составляет 2 ч 40 мин и предназначена не для замены существующей программы, а как дополнение к ней.

На основании времени проведения упражнений и объема предъявляемой информации была построена математическая модель накопления информации при предъявлении информации с перерывами в терминологии, предложенной в [5]. Математическая модель была применена для определения оптимального времени предъявления информации.

Найдем величину уровня находящейся в памяти пилота информации после каждого упражнения.

Уравнение, описывающее процесс усвоения информации в первом упражнении будет иметь вид

г=.

Вычислим общее количество поступающей информации [6]

= т ' 1о§2 ^

где т - число предъявляемых приборов; 1 - эффективная длина шкалы прибора (в градусах); Д1 - ошибка при чтении прибора (в градусах). Таким образом, в первом упражнении

1Н = 1 • 1ОБ2 30 = 3,32.

3

Рассчитаем темп поступления информации

I,

Я

где т - время предъявления информации (в секундах). В данном случае т - это время упражнения (10 мин).

3 32

Я, = = 0,0055. 1 600

Вычислим постоянную времени

х

х

Т =

где а = 2,6 [5].

Я1'1

Т^-26^ = = 795,11.

1 0,00551 0,00327

Вычислим отношение времени предъявления информации к постоянной времени

- х

— = —,

Т

—; = 0,755.

1 795,11

Процесс усвоения информации в первом упражнении

I- = (1 - е-0,7") = <а—0,47) = 0702.

1 0,755 0,755

Полученная величина процесса усвоения информации говорит о правильности выбора времени упражнения и количества предъявляемой информации, что соответствует многочисленным экспериментам [5]. Если уменьшить объем предъявляемой информации, то активность оператора понижается. Если значительно увеличивать объем предъявляемой информации, то наступает перегруженность оператора. Оба изменения объема информации отрицательно сказываются на восприятии информации оператором.

Теперь рассчитаем забывание полученной информации после первого упражнения.

Рассчитаем темп забывания информации

Я* = ^, — *

*

где т - время забывания информации, то есть время от окончания упражнения до начала следующего (в секундах),

Я* = 332 = 0,011. 1 300

Вычислим постоянную времени при забывании информации

Т* = а

Я*1,1

т* = -2^- = 371,4.

1 0,0ц1,1

Вычислим отношение времени забывания информации к постоянной времени при забывании информации

*

— = — — = т*,

—* = .301 = 0,808.

1 371,4

Процесс забывания информации описывается следующим уравнением

I" = Г" + (Г-1 )е-—П.

П V п /

Величина I» (количество информации в памяти по истечении достаточно большого промежутка времени) зависит от длительности перерыва между упражнениями и с каждым упражнением растет, что обусловлено накоплением информации в памяти [5]. Для 1¥ = 0,64

I* = 0,64 + (0,702 - 0,64)е-0,808 = 0,668 .

а

Расчет процесса усвоения информации для следующих упражнений производился по формуле

I =

V Xn у

+

1 _ 1 - е n

v ^ у

n _1 '

Числовые выражения для последующих упражнений аналогичны выражениям в первом упражнении.

Схематически процесс накопления информации изображен на рис. 4.

34932

78672

Рис. 4. Процесс накопления информации

Были проведены расчеты с различными интервалами времени предъявления информации (больших и меньших, чем приведенные в расчетах), которые позволяют сделать вывод о том, что время упражнения, равное 15 мин, является наиболее оптимальным. И лишь в заключительном упражнении имеет смысл незначительно увеличить время предъявления информации или уменьшить объем предъявляемой информации. По мнению авторов, уменьшить объем предъявляемой информации можно за счет оптимизации маршрута считывания показаний с приборов.

Вывод: слабый рост усвоения информации на конечном этапе программы обучения является показателем того, что достигнут необходимый уровень навыков по ведению пространственной ориентировки. Предложенная математическая модель хорошо согласуется с результатами эксперимента, проведенного на кафедре летной эксплуатации и профессионального обучения авиационного персонала Санкт-Петербургского университета гражданской авиации [1], статистическая обработка которого говорит об эффективности описанного метода обучения. Использование математического моделирования дало возможность определить оптимальное время предъявления информации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Барабанов М.В., Коваленко Г.В. Экспериментальная проверка метода формирования навыков по ведению пространственной ориентировки с использованием авиагоризонта "вид с ВС". - СПб.: СПб ГУ ГА, 2010. - Вып. IV.

- С. 11 - 30.

2. Коваленко П.А. Пространственная ориентировка пилотов. Психологические особенности. - М.: Транспорт, 1989.

3. Коваленко П.А., Пономаренко В.А., Чунтул А.В. Учение об иллюзиях полета. Основы авиационной де-лиологии. - М.: Инст. псих. РАН, 2006.

4. Завалова Н. Д., Ломов Б. Ф., Пономаренко В. А. Образ в системе психической регуляции деятельности.

- М.: Наука, 1986.

5. Присняков В.Ф., Приснякова Л.М. Математическое моделирование переработки информации оператором человеко-машинных систем. - М.: Машиностроение, 1990.

6. Проблемы инженерной психологии. - М.: Наука, 1967.

MATHEMATICAL MODEL OF FORMATION OF MAINTAINING SPATIAL ORIENTATION SKILL

Barabanov M.V.

The article offers a method for pilot of forming a skill of maintaining spatial orientation using the gyro horizon "view from the aircraft" and mathematical model of training process by this method.

Key words: spatial orientation, training of pilots, mathematical model, new training method.

Сведения об авторе

Барабанов Максим Валентинович, 1985 г.р., окончил СПбГУ ГА (2008), аспирант СПбГУ ГА, автор 1 научной работы, область научных интересов - профессиональная подготовка авиационных специалистов.