《Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting》：Comparing Text and Voice Communications in Simulated Urban Air Mobility Operations
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城市空中交通（Urban Air Mobility, UAM）正被开发为一种在城市区域内运送乘客和货物的概念。尽管已有许多将UAM交通整合进现有空域系统的运行概念被提出，但尚未有一种被选定实施。然而，鉴于近期终端空域中常规飞机与旋翼机（其运行方式与部分UAM飞
城市空中交通（Urban Air Mobility, UAM）正被开发为一种在城市区域内运送乘客和货物的概念。尽管已有许多将UAM交通整合进现有空域系统的运行概念被提出，但尚未有一种被选定实施。然而，鉴于近期终端空域中常规飞机与旋翼机（其运行方式与部分UAM飞行器相似）之间发生的近失事件，理解这些运行概念日益重要。本研究考察在模拟UAM运行中，与空中交通管制（air traffic control, ATC）进行文本通信与语音通信如何影响飞行员绩效（pilot performance）、感知工作负荷（perceived workload）和情景意识（situation awareness）。研究人员发现，与语音相比，基于文本的通信模式导致更多偏离最优飞行路径的横向偏差（lateral deviations）。此外，飞行员在文本和语音通信条件下感知到相似的工作负荷和情景意识。然而，在基于文本的条件下，飞行员对因低头时间（head-down time）阅读ATC消息而导致情景意识丧失表达了安全担忧。总体而言，这些发现表明使用基于文本通信的可行性（feasibility）。然而，仍需进一步研究此类系统的设计以及通信协议（protocols for communication）。
论文解读：模拟城市空中交通运行中文本与语音通信的比较
研究背景与问题：城市空中交通（Urban Air Mobility, UAM）概念与技术正被开发用于在城市区域内运送乘客和货物。当前飞行员与空中交通管制（air traffic control, ATC）之间的通信主要通过语音完成。由于管制员已管理高流量交通，要求其处理UAM放行与航路变更可能增加工作负荷，并带来安全与效率问题。将UAM运行整合进国家空域系统的一项挑战，是如何缓解终端与塔台管制员新增的通信工作负荷。Keeler et al.表明，通过特殊协议（如预先批准航路、分配独特UAM标识与信标代码等）将UAM交通加入现有系统具有可行性，但该概念仅适用于低流量和低节奏UAM交通。基于文本的通信系统被提出作为替代通信模式，可降低飞行员与ATC工作负荷、飞行员读回错误以及因频率拥堵造成的步进干扰。然而，驾驶文献显示，发短信要求驾驶员将视线离开道路，可能导致遗漏重要事件并对车辆进行横向和纵向修正。Strybel et al.比较了UAM运行中的语音与文本通信，发现文本通信响应时间约为语音的三倍，飞行员约有一半时间未能确认ATC文本消息，并报告文本条件下情景意识较低。但其文本条件绩效较差可能源于文本通信实现方式的限制，例如飞行员必须停留在“聊天”屏幕才能看到 incoming 消息。因此，本研究为 incoming 文本消息提供音频与视觉提示，以克服该限制。本研究比较模拟UAM运行中的文本与语音通信，飞行员沿含三个垂直起降场（vertiport）停靠点的航线飞行；UAM飞行员在出发前从垂直起降场经理（vertiport manager, VPM）获得放行，在进入下一垂直起降场空域前须与下一VPM报到并获得着陆许可，还须确认其他ATC放行、交通呼叫，并在转入C类或D类空域时向VPM/ATC报告。着陆时，飞行员依据条件采用自动着陆模式或使用下滑道显示手动着陆。语音条件下，UAM飞行员通过语音与VPM和ATC通信；文本条件下，UAM飞行员使用自定义消息应用，向VPM获得着陆和出发许可、与ATC沟通飞行计划并确认ATC放行。研究目标是考察不同通信模式下飞行员绩效、工作负荷和情景意识的差异。
研究人员开展的研究、结论与意义：研究人员在经CSU Long Beach伦理审查批准（ref: 1578512-12）的模拟实验中，比较文本与语音通信对模拟UAM运行中飞行员绩效、感知工作负荷和情景意识的影响。研究发现，文本通信模式导致更多偏离最优飞行路径的横向偏差；文本与语音条件下飞行员感知到相似的工作负荷和情景意识；但在文本条件下，飞行员对因低头阅读ATC消息而损失情景意识表达安全担忧。研究结论认为，这些发现提示基于文本通信具有可行性，但仍需进一步研究此类系统设计与通信协议。其意义在于为UAM融入现有空域系统时缓解管制员通信负荷提供概念验证，并指出文本通信界面设计与运行协议仍需改进。
关键技术方法（不超过250字）：本研究采用经CSU Long Beach伦理审查批准（ref: 1578512-12）的模拟实验，招募6名认证飞行员（5男1女；平均年龄M
age=27.8岁，SD=5.7岁；飞行时间100–765 h，M=411 h）作为样本来源。关键技术包括：CAVE虚拟现实（VR）系统（约12.5′W×8′D×9′H，四面板、动作捕捉与实时头部追踪）构建沉浸式UAM飞行环境；单操纵杆与绑于大腿的三星A8平板自定义消息应用实现文本通信，ATC/VPM消息伴音频与视觉提示；下滑道显示（Vertical Situation Display, VSD）支持手动或自动进近；采用重复测量实验设计，比较文本/语音与手动/自动下滑道条件；以ATWIT工作负荷测量（ATWIT）、NASA任务负荷指数（NASA Task Load Index, NASA TLX）、情景意识评级技术（Situational Awareness Rating Technique, SART）、Cooper-Harper评分（Cooper-Harper rating）及定制问卷测量工作负荷、情景意识和主观评价。
研究结果：飞行绩效方面，航路绩效通过重复测量方差分析（repeated measures analysis of variance, ANOVA）评估横向偏差。通信模式对平均横向误差存在显著主效应，F(1, 5)=5.09，p=.074；文本通信条件下平均横向误差为M=24.706 ft，SD=43.747 ft，语音条件下为M=?10.412 ft，SD=43.322 ft。均方根（root mean square, RMS）横向误差受下滑道条件影响，F(1, 5)=6.18，p=.056；手动下滑道条件M=219.69 ft，SD=150.76 ft，大于自动下滑道条件M=160.99 ft，SD=104.34 ft。进近/下滑道绩效通过垂直误差评估，垂直误差仅受下滑道条件影响，F(1, 5)=5.9，p=.0678；自动条件下垂直RMS误差M=13.220 ft，SD=3.139 ft，低于手动条件M=18.751 ft，SD=6.774 ft；自动条件出现垂直误差的情况包括飞行员未在进近开始时启动自动模式或下降过程中解除自动模式。通信方面，采用2（通信模式：文本 vs. 语音）×2（下滑道模式：手动 vs. 自动）ANOVA分析平均响应时间和漏通信数，未发现显著主效应或交互；文本手动、文本自动、语音手动、语音自动条件下的平均通信时间（SD）和漏通信数分别为33(41) s、0；26(31) s、3；37(47) s、1；27(27) s、3。主观测量方面，SART、ATWIT、NASA TLX和Cooper-Harper评分均无显著主效应或交互；参与者报告高情景意识和低工作负荷，且通信应用易用性平均评分为5.67（SD=1.63，1–7量表）。飞行员反馈方面，多数评分处于或高于中点；参与者指出消息应用存在定位信息困难、界面简单易用、预设消息对紧急情况不灵活等问题，并建议按飞行阶段分设聊天室、移除时间戳、支持地图缩放、提供空域边界/地形/航路点、突出最近发送消息；在通信模式上，部分飞行员不愿在飞行中打字，认为文本因低头查看消息应用而不安全，建议允许用户输入自定义通信并提供抬头显示器（head-up display, HUD）用于文本通信。
讨论部分总结：Strybel et al.发现文本通信响应时间更长、漏通信更多、感知情景意识更低；其文本条件部分较差绩效可能源于自定义通信应用的限制，例如不在聊天窗口时缺少 incoming 通信提醒。本研究使用的通信应用包含Strybel et al.所用功能，并增加提醒系统和更多预置通信内容。改进应用后，语音与文本模式在响应延迟、漏通信数、工作负荷和情景意识评分上无显著差异；但研究人员承认样本量小，研究缺乏检测小和中等效应的统计功效。文本条件确实产生更多横向误差，可能表明与通信应用交互所需的“低头”时间增加了横向路径误差，该发现与驾驶中拨号行为的元分析一致。参与者建议使用HUD显示通信消息以减少视线离开，但HUD存在已知限制，包括遮挡环境元素和成为额外分心源。通信模式与下滑道模式无交互，自动着陆时绩效更好；自动着陆时飞行员工作负荷可能降低，因而无论通信模式均可响应通信；航路阶段完全手动，可能更受文本通信模式影响。由于本研究目标之一是为UAM运行提供概念验证，仅使用最佳飞行条件（良好能见度、无天气、轻交通）；更差飞行条件可能增加工作负荷需求并影响飞行员绩效，未来研究应测试这些条件。
研究结论部分翻译：该模拟表明，飞行员能够使用文本和语音通信完成含多个垂直起降场停靠点的模拟UAM飞行。由于基于迭代测试改进了飞行员界面，通信模式对多数因变量未产生差异。然而，文本通信确实导致更多偏离最优航线的横向偏差，部分飞行员对文本条件相关的“低头”时间表达担忧。此外，部分飞行员表示在飞行中操作UAM飞行器时不愿在文本条件下输入消息。鉴于本研究样本量小及其他局限，文本通信的可行性仍需进一步研究。
