着陆阶段的视线转移

关键词：视线转移，中央视野，周围视野，光流，夜间视觉
一、引言
飞机着陆是整个飞行任务中风险最高的阶段之一，而拉平又是着陆过程中操纵难度最大的关键环节，飞行员要在极短时间内完成多维度信息综合判断，包括离地高度、对地接近率、俯仰与横滚姿态、飞机相对跑道的横向偏移等一系列关键状态。在自动化高度普及的今天，即便机载设备能够提供丰富的数据，外部视觉依旧是飞行员构建空间认知、感知飞机运动状态、完成闭环操纵的核心信息来源。
在着陆拉平阶段，将视线由近处的下滑点逐步过渡到远端跑道尽头，能够搭建起更加稳定的空间参考框架；与此同时，周围视野可以有效捕捉跑道整体扩张、视景光流变化，帮助飞行员更加精准感知对地接近率、下降趋势，把握最佳拉平时机，减少视觉误判，为平稳安全接地提供感知层面的支撑。
本文将从人眼生理结构和功能的角度着重阐述着陆阶段视线转移的生理基础。核心论点：人眼的结构特性是着陆过程中视线转移的重要生理基础；中央凹视野的位置作为整体视觉“坐标系”的原点，着陆过程中，在适当的仪表和目视参考扫视基础上，动态调整中央凹视野位置，以匹配飞机的目标运动参考点，从而获取契合飞机运动状态的视觉信息，及时发现实际运动与预期的偏离；视杆细胞的暗适应特性决定了夜间运行时需要较长的暗适应时间，以达到最佳夜视状态。
二、视锥细胞与视杆细胞
人眼能够获取外界视觉信息，核心依靠视网膜上的感光细胞，视网膜主要包含两类功能完全不同的感光细胞，即视锥细胞和视杆细胞。二者在视网膜上的分布位置、感光阈值、响应特性存在显著差异，这种生理层面的差异，直接决定了中央视觉与周围视觉的能力边界，也使得两套感知系统在着陆飞行过程中承担不同的任务。

视锥细胞主要负责高分辨率成像以及彩色视觉，适合在光照充足的昼间环境工作。单只人眼大约拥有 600 万～700 万个视锥细胞，视杆细胞的数量远高于视锥细胞，单眼数量可达 1.2 亿～1.25 亿个。视杆细胞则对光线极其敏感，可以捕捉弱光环境下微弱光子，但是不具备精细分辨细节与分辨色彩的能力，主要参与低照度视觉，并在周围视野中的运动、亮度变化和低对比度目标检测方面发挥重要作用。
如图1所示，中央凹区感光细胞仅有视锥细胞，是人眼色彩和空间分辨能力最高的区域。随着偏离中央凹向周边视网膜延伸，视锥细胞密度逐渐降低，视杆细胞则在中央凹外显著增加，并在中周边区域达到较高密度。视网膜由中央凹区域的视锥优势逐渐过渡至周边区域的视杆优势，这种空间分布与视觉功能具有密切关系：中央视野主要支持高照度条件下的高空间分辨率和色觉，而周围视野对低照度、运动和周边视觉信息具有重要作用。需要说明的是，中央凹视野位于中央视野的中心位置仅约5°范围内，中央视野与周围视野之间亦不存在严格的生理学分界，视觉功能会随着偏离注视点的角度增加而逐渐变化。为便于论述，本文根据视觉功能的差异，将整体视野简化为中央凹视野和周围视野两个区域，对应中央视觉和周围视觉。
简单来说，中央凹视野擅长“把目标看清楚”，周围视野擅长“察觉物体运动变化”，两者协同作用形成整体动态视野。在此前提下，着陆时才可以实现既能准确定位，又能感知运动趋势。
三、“坐标点”与“运动感知”
如前文所述，中央凹视野的特点是视野覆盖范围小，但细节辨识能力突出，可进行精准的空间定位。在着陆进近阶段，中央凹视野承担的任务包括分辨跑道灯光、确认瞄准点位置、维持飞机相对跑道的横向对正，判断飞机与跑道之间的相对空间位置。
周围视野空间分辨率较低，但对物体运动高度敏感，能够捕捉大范围场景的整体性动态。在着陆过程中，周围视野可以感知跑道整体的相对运动、跑道边缘向外扩张的视觉效果、地面景物向后流动，依靠这些动态信号，飞行员可以感知对地接近率变化，捕捉飞机整体下降与运动趋势，这也是“用余光感受下沉”的生理学依据。
着陆的目视感知过程中，中央凹视野与周围视野持续并行工作，相互补充，形成整体动态视景，既知道飞机在哪里，又知道飞机正在如何运动，为后续操纵决策提供完整感知输入。《飞机飞行指南》一书中提到，“当我们对准一个目标直线前进，这个目标看起来将是静止的，不会‘移动’，而目标周围的景物看起来会向四周扩散。利用这个特点可以判断出下滑点的位置：稳定进近时，下滑点前面和后面的景物看起来会分别朝相反的方向运动，而下滑点是不动的。”结合前文中的信息，可以将人眼视野与飞机的运动视景相结合，详见下列图片。这里需要强调的是，视野定位并非紧盯某一点，而是在动态扫描前提下，将中央凹视野放到某处从而更准确感知整体的视觉场景光流。

简易视野分布

短五边外部视野定位

接地前视野定位

四、为什么跑道远端是重要的视觉参考？
进入拉平阶段之后，逐步将视线投向跑道远端，是经过人因研究验证的有效视觉策略，跑道远端在感知层面拥有双重独特优势。第一，跑道远端距离飞机更远，视觉运动速度被显著降低，画面变化更加平缓，能够充当相对稳定的空间参照基准，不容易被局部剧烈光流干扰；第二，跑道远端又没有远到完全丢失运动线索，依旧保留足够的光流变化，可以反映飞机接近跑道的动态。
跑道远端能够在一定程度上兼顾空间参照和运动信息，既提供稳定的空间框架，又保留有效的运动信息。在这样的注视策略之下，中央凹视野聚焦跑道远端，用来维持飞机运动方向，监控横向位置偏差，稳固飞机与跑道之间的空间关系；周围视野覆盖更大范围，持续感知跑道整体向外扩张、地面景物相对运动，以此判断对地接近率大小，捕捉下降趋势的改变。
所以，拉平阶段看跑道远端，核心目的并不是一定要把跑道远端看得清清楚楚，而是通过主动改变注视点距离，优化整个视野当中视觉信息的分布结构，让视野当中同时存在稳定的空间基准和适度的动态运动信号，兼顾精细定位和运动趋势感知。
五、能不能始终盯着预计的接地点？
NASA 报告《着陆场景中的视觉信息》中提到，“在着陆过程中，视觉场景包含与速度、高度、下滑角和航迹有关的光学信息，这些信息对于维持空间定向和空间态势意识具有作用。”按照分布范围，可以将这些信息概括为全局、区域和局部三个层次：全局变化包括整个视觉场中的光流速率及其变化；区域变化包括地平线随飞机俯仰、滚转产生的运动；局部变化则包括跑道视觉形态随下滑角变化而产生的变化。
如果飞行员始终将注视点集中在单一的预计接地点，其中央视觉获取的信息将主要来自该局部区域；与此同时，周围视觉仍然能够感知更大范围内的视觉变化。然而，着陆视觉场景中还包含分布于更大范围内的全局和区域信息，例如整体光流变化、地平线运动以及跑道形态变化，这些不同层级的光学信息都有助于准确判断飞机运动趋势，从而提高对飞机运动状态的感知能力，降低单一视觉线索可能带来的视觉偏差。
因此，着陆过程中把中央凹视野移向跑道远端，不仅能削弱近地面剧烈光流带来的干扰，还能保留视景光流信息以及跑道视觉形态的扩张，从全局视角观察飞机整体运动趋势，有助于判断拉平时机和下沉控制。
六、光流为什么对着陆非常重要？
飞机在进近和着陆过程中，飞行员看到的是一个持续发生变化的视觉场景，随着飞机的速度、高度、姿态和航迹发生变化，外界景象也会产生相应的动态变化。光流及其视觉场景变化，将为判断飞机的运动状态和空间定向提供重要的视觉依据。
着陆阶段的视觉控制本质上是动态感知过程，而非静态高度读数判断。机载高度表能够提供精确的高度数值，但它反映的主要是飞机与地面的高度状态，而光流及其他视觉场景变化则提供了与飞机相对运动和接近状态有关的动态信息，飞行员可以据此感知和判断飞机的接近状态及运动趋势。这对于拉平操纵尤为关键。如果忽略光流信息，过度依靠无线电高度表及语音喊话进行操纵，在视觉信息有限或者入口条件存在偏差时，容易误判最佳拉平时机。
七、如何进行视线转移？
飞行当中的视线转移需要连续平滑的过渡，保持连续的视觉流，不是突兀地把视线从近处直接跳转到跑道远端。《飞行机组训练手册》对视线转移的表述为，“当跑道入口从机头下方消失时，移动视线至跑道尽头”，手册给出了明确的视线转移的时机。在实际操纵中，应按照手册要求在跑道入口消失时，将视线连贯地转移至跑道尽头。
需再次强调，视线转移的目的是建立飞机与跑道平面的运动关系，期间应保持连续的视觉光流，避免视线大幅跳转干扰光流感知。视线转移后不等于完全不去观察近处，只是不再把近处接地点作为视觉重心，整个着陆期间依旧需要通过中央视觉确认横向位置，避免偏出跑道中心线。
八、夜间视觉管理
夜间着陆环境中，人眼的明暗适应生理机制，进一步增加了视觉感知的复杂程度。视锥细胞与视杆细胞暗适应速度存在明显差异。视锥系统暗适应速度快，可以较快适应光线变化，但是在弱光条件下感知能力不足；视杆细胞对暗光极其敏感，但是完成充分暗适应需要漫长时间。
人眼从明亮环境切换到黑暗环境时，视杆细胞内部的视紫红质需要逐步合成恢复，完整的暗适应全过程大约需要 20 - 30 分钟，具体时长取决于进入暗环境前的光照强度和持续时间。在暗适应之前会出现视觉感知降级，周围视觉敏感度降低，暗处目标识别能力减弱，对低对比度场景运动变化的感知能力下降。暗适应的早期阶段视觉敏感度提升较快，随后提升速度逐渐减慢，因此想要达到最佳的夜视状态，需要较长时间的适应。
在暗适应恢复阶段，飞行员会丢失大量周围视觉的运动线索。因此夜间着陆的视线管理意义远超昼间，一方面要尽量规避不必要的强光照射眼睛，保护视杆细胞暗适应状态；另一方面要在正确地转移视线基础上，综合利用其他信息源，弥补视觉感知能力的下降。
九、夜间着陆视线转移的必要性
昼间着陆期间，跑道和周边视景信息丰富，中央视觉可以获取大量细节信息。而夜间环境下，大部分地面道面细节淹没在黑暗当中，通常只有跑道灯光可以被清晰识别，中央视觉依旧可以依靠灯光点源建立空间定位，但能够获取的细节信息大幅减少。在夜间、沥青道面着陆时，如遇上起雾或降水气象条件，这一现象会尤为凸显。此时飞行员对飞机运动状态的判断，很大程度上要依靠场景整体动态变化。着陆阶段随着高度降低，跑道灯光向两侧扩张、灯光之间视觉间距改变、跑道边灯向后流动，这些灯光构成的动态模式，形成夜间的光流信号，成为判断接近率与下降趋势的重要依据。
基于夜间视觉生理特点，夜间拉平阶段，同样不宜将视觉注意力收拢在近处灯光或者接地点。如果视线盯住近处少数灯光，视野收窄，周边的灯光动态就无法被有效感知。夜间环境中，合理的视线转移、充分调动周围视觉的重要性被进一步放大。如果忽视周围视觉，只依靠少数光点，极易产生视觉偏差，误判飞机与跑道的接近状态。
十、结论
着陆拉平阶段将视线平滑向跑道远端转移，有助于搭建稳定的空间参考框架，充分发挥中央视觉的精细定位能力和周围视觉的运动感知能力，形成整体视觉光流，让两类视觉信息在合适时机协同服务于飞机三维轨迹的控制。
着陆阶段的视线转移，不只是一项外在的操作习惯，更是一套契合人眼生理构造和视觉信息加工规律的飞行控制策略。在着陆训练中，除了练习目视操作要领，也应当了解背后的生理与人因机理，从原理层面理解视线管理，做到知其然，也知其所以然，进而提升复杂环境下着陆操纵的可靠性与容错能力。
参考文献
1.Airplane Flying Handbook: FAAH80833C [M].（《飞机飞行指南》）。 Washington DC: U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, 2021.
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作者：飞行部十大队 陈新