以下節自 Pupil Labs' Blog - Taking Flight: Decoding Pilot Cognition in the Real World

展翅高飛：解碼真實世界中的飛行員認知

影片是以 Neon 眼動儀所錄製。影片與本研究無直接關聯，僅供視覺展示之用。

圖片說明：實驗設置、資料收集流程以及最終資料集結構的圖解概覽。資料來源： Xu, R., Cao, S., Barnett-Cowan, M., Bulbul, G., Irving, E., Niechwiej-Szwedo, E., & Kearns, S. (2025). An in-flight multimodal data collection method for assessing pilot cognitive states and performance in general aviation. MethodsX, 103589.

模擬器的局限性

近年來，航空安全已有了顯著的進步，但工作負荷、壓力，以及情境覺察能力喪失等人為因素，仍是約 70–80% 航空事故的主要成因。傳統上，研究人員主要依據飛行模擬訓練設備來研究這些現象。雖然模擬器提供了一個安全且受控的環境，但它們無法完全重現實際飛行中的心理真實感和後果。這種現實落差（Reality gap）會改變飛行員的行為，最終限制了我們在關鍵時刻理解真實認知需求的能力。

將實驗室帶進駕駛艙

為了解決這項落差，滑鐵盧大學（University of Waterloo）的 Rongbing Xu 與其研究團隊開發了一套標準化方法，用於在實際的一般航空飛行情境中收集高品質的多模態數據。研究團隊讓飛行員配戴一系列消費級穿戴式感測器，目標是在一般航空飛行訓練（例如駕駛 Cessna 172）期間，捕捉飛行員的生理與認知狀態。這代表著一項重大的突破，將研究從實驗室推向了實際應用。

多模態感測器系統

本研究採用一套全面的感測器系統，來全面檢視飛行員的表現與生理反應。此方法整合了四個不同的資料來源：

• 眼動追蹤： Pupil Neon 研究型佩戴式眼動儀以 200 Hz 的頻率記錄注視點、瞳孔直徑和眨眼頻率，藉此呈現視覺掃描模式，用於研究飛行員的注意力和心理負荷。

• 生理訊號： Muse S 頭帶（EEG）、Polar H10 心率帶（ECG）和 EmbracePlus 腕帶（膚電活動和皮膚溫度）提供持續的生理訊號測量，用於研究壓力和工作負荷。

• 飛行遙測： Sentry Plus ADS-B 接收器記錄了高度、速度、俯仰角和其他飛機參數。/

• 專家評估和自我報告：認證飛行教官（CFI）對飛行動作進行評分並確保安全，同時飛行員在每項操作完成後，以簡短的自我報告評估自己的工作負荷、壓力與情境覺察。

關鍵見解和可行性

程序在 25 名飛行員上進行測試，這些飛行員的等級從學員到持有執照的飛行員不等，測試場景涵蓋了多種真實飛行情境，包括起飛、急轉彎、失速和降落。研究最終獲得了20份完整的資料集，證實了在狹小的駕駛艙內進行高品質資料收集是可行的，且不會影響到飛行安全。

• 操作可行性：飛行員對感測器設置適應良好，回報的不適感或分心程度都很低，證明了這套感測器系統不會造成明顯干擾。

• 生態效度：在實際飛行中收集數據可以捕捉到真實的認知壓力源，以及模擬環境中往往無法呈現的細微差異，同時也有助於開發可偵測認知負荷過重或認知失調的機器學習模型。

• 數據同步：生理、注視點與飛行遙測資料皆透過時間戳記和 Neon 場景影片成功進行同步。

邁向更智慧的訓練和更安全的駕駛艙

這項方法為航空人因研究的新時代奠定了基礎，透過測量真實飛行條件下的工作負荷、壓力、注意力和其他認知狀態，讓研究人員以前所未有的方式深入了解飛行員如何應對實際上的操作需求。這些見解有助於以資料為基礎的飛行表現評估，幫助飛行教官們找出飛行員可能需要額外支援或針對性訓練的領域。

此外，這種方法也能讓飛行訓練更加個人化：不再單純依賴標準化程序，而是根據每位飛行員個別的認知與生理反應，設計更符合個人需求的訓練計畫。豐富的多模態資料集也能進一步協助設計以人為本的駕駛艙介面，例如能根據飛行員當下認知狀態進行調整的自適應顯示器或警報系統。

具體而言，這套方法有助於發展更安全、更有效的訓練與操作規範，最終提升整體航空安全。

Further Resources

• Full article: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215016125004339

• Research Center:
  Waterloo Institute for Sustainable Aeronautics (WISA), Waterloo, Ontario, Canada
  University of Waterloo, Waterloo, Ontario, Canada

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