影响空间机械臂遥操作任务绩效的关键因素研究

为研究影响空间机械臂操作的关键因素,面向空间站背景下的机械臂遥操作任务,融合情境意识理论,从操作过程和结果中提出6项客观绩效指标：失误率、操作效率、有效操作比率、复合操作比率、位置操作精度及姿态操作精度。招募24名志愿者平均分为2组,通过有差别培训区分为操作技能水平高的实验组和操作技能水平低的对照组;基于机械臂遥操作三维仿真平台,开展了指令、手柄、参数3种控制方法和低、中、高3种任务难度的机械臂末端操作任务实验。结果表明：指令控制方法适合机械臂在局部范围内的精细调整时使用;手柄控制方法适合熟练操作者在机械臂较大范围转移时使用;参数控制方法适合熟练操作者在各维度偏差较大时使用。操作精度结果呈现个体差异,与任务难度关联不显著(P>0.05);操作技能水平对机械臂操作有效性有显著影响(P<0.01)。     

基于脑电功率谱密度的作业人员脑力负荷评估方法

脑力负荷状态的准确识别对减少因作业人员无效脑力负荷导致的人因事故具有重要意义。针对人-机系统中作业人员脑力负荷客观评估问题开展了基于MATB-Ⅱ平台的3种不同脑力负荷水平下的航空情境实验，记录16名被试的NASA任务负荷指数（NASA-TLX）量表数据和脑电（EEG）信号，提出了一种基于脑电功率谱密度（PSD）和支持向量机（SVM）的个体脑力负荷评估方法。结果表明：随着实验设计脑力负荷水平增加，被试的主观脑力负荷得分显著提高（p<0.001），这表明该实验任务设计较好地诱发了低负荷、中负荷和高负荷情境。在此基础上，通过网格搜索法确定个体脑力负荷评估模型的统一优化参数，惩罚系数取3 000，核函数参数取0.000 1，模型测试正确率达到0.966 5±0.029 8，宏平均的受试者工作特征曲线下的面积（Macro-AUC）达到0.991 0±0.011 4。本文为作业人员脑力负荷状态的客观和准确评估提供了一种新的办法，为后期作业人员脑力负荷状态的实时判别提供模型基础。     

模拟航天任务的操作者功能状态研究

为研究情绪状态、疲劳状态下模拟航天任务的操作者功能状态变化规律,使用MATB模拟航天任务平台,设计包含了任务负荷、情绪视频刺激和疲劳积累因素的实验。招募15名参试者,通过行为学绩效和脑力负荷评价来研究操作者任务过程中的功能状态变化。发现在同一任务负荷状态下,负性情绪刺激下的脑力负荷评分上升、任务正确率下降和任务反应时上升,积极情绪刺激下的脑力负荷评分和任务绩效较中性情绪刺激有改善。高疲劳刺激下的任务绩效和脑力负荷评分均较低疲劳状态恶化,负性情绪恶化程度远高于积极情绪。表明航天任务需尽量避免航天员陷入负性情绪状态,防止功能状态下降;积极情绪状态和适宜任务负荷状态下的操作者易于实现较高绩效和中等脑力负荷水平,通过施加积极情绪刺激,能够改善高疲劳状态下脑力负荷和任务绩效的恶化程度。     

机械臂遥操作任务过程脑力负荷研究

脑力负荷是影响机械臂遥操作绩效的重要因素,通过提取机械臂遥操作过程的自发脑电功率谱特征以及非线性动力学特征,结合机械臂遥操作的三阶段操作理论,分析了操作过程脑力负荷变化规律,以及各阶段的主要认知负荷来源。实验表明:自发脑电功率谱指标能有效评估遥操作过程被试的脑力负荷水平,非线性指标能有效评估思维活动水平。在遥操作中,脑电功率谱能量逐渐向高频段转移,脑力负荷水平逐渐升高;前两阶段的非线性动力学特征值显著高于最后阶段,在第二阶段达到最大,与被试的思维活动强度变化规律相同。前两阶段被试脑力负荷主要来源于空间认知,第三阶段负荷主要来源于距离和角度偏差认知及任务压力。根据遥操作任务过程的脑力负荷变化规律及负荷的主要来源针对性提供信息补偿,完善任务设计,可降低航天员在各个阶段的脑力负荷水平,对保障遥操作任务的完成有一定指导意义。     

基于脑电微状态分析的模拟飞行多任务脑力负荷敏感性研究

为探讨脑电微状态用于测量飞行活动脑力负荷的可行性,比较4类脑电微状态参数在不同脑力负荷下的变化.12名男性受试者依次完成高、低负荷的模拟飞行多任务,采用模拟飞行目标追踪、仪表监视、突发事件处理的多任务作为任务模型.每项任务完成后填写NASA-TLX量表,任务过程中采集受试者脑电信号.采用聚类方法分析脑电微状态,提取反映...     

负性情绪对典型航天任务绩效的影响

为了研究负性情绪对典型航天任务绩效的影响规律,利用MATB任务平台的监督任务和跟踪任务模拟典型航天任务,采用情绪视频诱发负性和中性情绪状态,通过任务绩效和主观量表评价来研究负性情绪状态对典型航天任务实验绩效的影响。研究发现监督任务和跟踪任务的绩效随任务负荷增加而下降,负性情绪状态和任务负荷对监督任务的ACC绩效指标有显著交互作用,情绪状态对跟踪任务绩效存在显著影响;监督任务绩效在较高任务负荷时负性情绪状态的任务绩效低于中性情绪状态;较高任务负荷水平的跟踪任务绩效和操作者工作负荷水平易受情绪状态影响,相较于中性情绪状态而恶化;情绪状态对任务绩效的影响与任务类型和任务负荷相关,涉及较高任务负荷的复杂认知任务受情绪状态的影响强度更高。     

脑力负荷与目标辨认

研究虚拟战斗机驾驶员飞行过程中涉及的监视、计算记忆、攻击和探测4项任务,通过改变工作的快慢节奏来影响脑力负荷,以正确反应率和反应时间来评价和分析被测试者在不同脑力负荷下对目标颜色、形状和位置的辨认情况,为人机界面设计目标编码及确定目标呈现时间提供科学依据;使用脑电图仪测量实验过程中被测试者的生理反应来评价脑力负荷与任务难度的关系.实验结果表明:在需要分配注意力的情况下,人对实验分别选取的3种颜色和形状的辨认不受脑力负荷大小的影响,脑力负荷大小影响人对不同位置的目标辨认;人的目标辨认显著受到目标呈现时间的影响,目标呈现时间越长,反应时间越长;脑电图在一定程度上波的频率和高振幅波能反应脑力负荷大小.     

负荷条件下注意力分配策略对情境意识的影响

为探究负荷条件下不同注意力分配策略对情境意识（SA）的影响，招募22名被试开展了3种注意力分配策略（平均分配、主次分配、多级分配）×2种脑力负荷（低负荷、高负荷）条件下的被试内双因素设计的实验任务，记录情境意识全面测量技术（SAGAT）、行为绩效、眼动和脑电（EEG）指标为因变量。实验结果表明，在不同脑力负荷下，相较于多级注意力分配策略和主次注意力分配策略，平均注意力分配策略的SAGAT得分和绩效正确率均更低、最小近邻指数（NNI）更大；在高脑力负荷下，相较于多级注意力分配策略，主次注意力分配策略的SAGAT得分更高、绩效反应时间更短并且NNI值更低；SAGAT得分与平均注视时间、NNI、θ相对功率和α相对功率均存在显著低度相关。本研究结果提示，在不同脑力负荷条件下，采用平均注意力分配策略可能导致作业人员的注意力更为分散，从而产生更差的工作绩效和更低的SA水平；而在高脑力负荷条件下，相比于多级注意力分配策略，主次注意力分配策略更有助于作业人员提取关键信息并维持更好的SA水平，但同时可能存在SA丧失的风险；眼动的平均注视时间和NNI指标以及EEG的θ和α相对功率指标具有较好的表征SA的潜力。     

睡眠限制下人的警觉性和瞳孔直径的昼夜节律特征

受多种应激源的影响,航天员在轨执行任务时会出现睡眠不足进而影响其警觉性的情况。为了掌握睡眠限制后人的警觉度在一天中的变化特征,对睡眠不足条件下基于视觉刺激的警觉性和瞳孔直径变化进行研究。8名志愿者参与实验,使用心理运动警觉性测试(PVT测试)和眼动仪分别测量其警觉性和瞳孔直径。实验前3天每天限制睡眠5 h,在上午、中午、下午、晚上和深夜5个时间点测试;实验后2天恢复每天8 h睡眠,在上午、下午和晚上3个时间点测试。结果表明:相对于正常睡眠条件,睡眠限制条件下警觉反应时显著上升(P=0.001),瞳孔直径显著变小(P=0.003);在睡眠限制条件下,警觉反应时和瞳孔直径的节律波动特征更明显,从上午到晚上,警觉反应时呈降低趋势、瞳孔直径呈增大趋势;5天实验数据显示,警觉反应时和瞳孔直径的波动趋势有一定的关联性(r=-0.408,P=0.066)。研究结果可为航天员的警觉性监测和在轨飞行作业任务安排提供参考。     

载人月球探测任务大气环境压力制度设计与试验验证

针对载人月球探测任务连续出舱需求,综合人体生理学和工程技术要求,兼容国内外当前在用的舱外服压力体制,提出双服压、低服压压力制度建议,以实现连续每日出舱。对压力制度安全性进行试验验证,选取19名健康志愿者,分为4组,其中15名男性志愿者平均分为3组,4名女性志愿者分为1组;利用密闭实验舱模拟载人月球探测任务全包络压力环境,开展了7轮次、每轮次为期9 d、连续4 d、每日8 h全负荷模拟出舱活动的密封舱试验。试验结果表明：2种压力制度方案均无减压病发生,也未观测到回心血流气泡,能够有效防护减压病。     

立体信息不同缺失水平下基本认知能力在遥操作任务中的作用研究

针对具体的遥操作任务中与遥操作相关的认知功能在不同立体信息缺失水平下对操作绩效、情境意识水平的影响,对24名受试者开展机械臂遥操作模拟任务实验和6项基本认知能力测试,采用相关性分析方法分析了各项认知能力在遥操作任务中的作用。试验结果表明,空间能力、运动控制能力和持续注意水平与任务的完成率以及操作的安全性、高效性紧密相关;注意分配能力、心理旋转能力在局部立体信息缺失的情境下,对保持机械臂遥对接任务的各项绩效指标的稳定、保障任务的顺利完成作用显著。因此,根据任务要求以及航天员自身特点有针对性地开展认知能力训练,合理分配在轨任务,有利于提高训练效果、保障在轨任务的顺利完成。     

不同时长的睡眠剥夺对注意警觉功能的影响

针对不同时长睡眠剥夺对注意警觉功能的影响,采用事件相关电位(ERP)技术,选取27名志愿者进行了睡眠剥夺前后自身对照实验研究。分别在清醒状态下、24 h完全睡眠剥夺后、36 h完全睡眠剥夺后完成精神运动警觉性(PVT)任务,同时采集脑电数据。选用重复测量方差分析的方法比较睡眠剥夺前后P2、P3成分的波幅和潜伏期差异。研究表明,24 h睡眠剥夺和36 h睡眠剥夺造成了个体警觉功能的下降,个体完成PVT任务时的P2波幅显著下降(P<0.05),P3波幅显著下降(P<0.05),P3潜伏期显著延长(P<0.05)。24 h睡眠剥夺后P2、P3的波幅和潜伏期与36 h睡眠剥夺后无显著差异(P>0.05)。实验表明：完全睡眠剥夺会影响个体的注意警觉性,警觉注意力并非会随着剥夺时间的增加而线性下降,睡眠剥夺24 h后,个体的认知能力进入一个平台期,个体认知能力急速下降,大脑采用了代偿的活动模式以保证正常的认知活动。     

SUP/HUT反复体位改变对心血管反应和脑血氧的影响研究

反复体位改变是航天员立位耐力的测试与研究的重要方法。为找到平卧位/头高位(SUP/HUT)反复体位改变对立位耐力有显著提高的相对较短时长,15名健康志愿者在旋转床上进行SUP/HUT(0°,2 min→+75°,2 min;重复10次)模式的实验,研究该模式反复体位改变对心血管功能和脑血氧的影响。研究发现:第10次倾斜平卧位和头高位SBP、DBP、MAP和TPR均分别显著高于第1次倾斜时的平卧位和头高位(*P0.05);第5、10次倾斜时头高位的O2Hb和t Hb显著高于第1次(*P0.05);实验前后SST结果表明,SBP、DBP和MAP在实验后蹲位和站立的20 s和30 s内的值明显高于实验前(*P0.05)。此研究表明(0°,2 min→+75°,2 min;重复10次)实验可显著提高人体立位耐力,是相对较短时长的、能够提高立位耐力的SUP/HUT模式,可用于提高航天员训练效率。     

民机故障智能诊断领域信息融合技术应用要点

<正>民机设备故障诊断技术是振动工程的一个分支,在民机设备维护中发挥着重大作用。现代民机被设计为具备主动故障检测和诊断的能力,其功能主要包括三个方面任务管理、健康管理和有效负荷操作。其中健康管理又包括故障预防和故障诊断。故障诊断是民机的重要功能组成,有效的诊断工作是保障运行安全水平与飞行任务的基本要素。随着人工智能技术在故障诊断上的应用,基于人类专家经验的设备故障诊断技术被实现,将故障诊断技术提高到一个新的水平。先进民机制造国都致力于此项技术的研究和开发工作。从20世纪80年代开始,基于专家经验和专家库的故障诊断系统开始研发和使用,时至今日,波音与空客等行业巨擘     

冰灾对车八岭山地常绿阔叶林区系和群落的影响

研究了2008年年初南方冰雪冻雨灾害对车八岭常绿阔叶林不同区系的冠层植被所造成的影响.结果显示,研究样地内温带分布的乔木受损比例高于热带分布的乔木受损比例.X~2检验说明不同区系间的冠层乔木个体受损比例差异显著(P<0.01);东亚分布及其变型受损个体比例最小,热带亚洲至热带非洲分布及变型、东亚和北美间断分布及其变型、热带亚洲分布及其变型受损个体比例较大.冠层乔木都以重度受损为主,中度受损和轻度受损个体数都远小于前者.CCA多元分析显示,株数密度、平均胸高断面积、坡度、海拔各自对不同物种的受损乔木的分布有显著影响(Monte Carlo test,P=0.010 0).优势种米槠Castanopsis carlesii受损植株的分布与群落的平均胸高断面积显著正相关;亚优势种栲Castanopsis fargesii、鸭公青Neolitsea chuii、尾尖叶柃Eurya acuminata受损植株的分布与坡度显著负相关;亚优势种荷木Schima superb与海拔显著正相关.总之,在相同的生境中能够占据林冠优势层的区系类型往往受灾更严重.     

菜心土壤速效磷丰缺指标及合理施磷量研究

在广东赤红壤地区不同土壤磷含量的菜园土进行菜心磷肥田间试验.根据18个试点的试验结果,提出了质地为中壤土的菜园种植菜心的土壤速效磷丰缺指标,菜心产量与土壤速效磷含量呈抛物线相关.施磷肥增产显著的菜田占68%,增产率为28%～51%;适宜的土壤速效磷(P)为54.6～87.8 mg·kg~(-1);低于此范围应补充磷肥,超过此范围应控制施磷肥.不同磷肥施用量试验结果表明,菜心产量与施磷肥量呈抛物线相关,在低、中、高肥力水平的菜园土种植菜心,要求菜心产量达到6 441～6 515、6 542～6 693和6 880～7 189 kg·hm~(-2)时,推荐磷肥(P_2O_5)用量分别为50.0～76.5、50.0～72.6和50.0～64.1 kg·hm~(-2).