基于注意资源分配的情境意识模型

为预测飞行员情境意识的变化情况,在前期建立的注意资源分配模型及情境意识模型基础上,考虑任务环境中信息成分重要度对情境意识水平的影响,并结合人的认知特性及贝叶斯条件概率理论,提出了一种新的情境意识量化模型和求解方法.为验证模型的效度,采用20名被试在不同任务条件下开展仪表监视实验,并采用情境意识全面测量技术（SAGAT,Situation Awareness Global Assessment Technique）、三维度情境意识评定技术（3-D SART,3-Dimensional Situational Awareness Rating Technique）、操作绩效和眼动测量4种方法,对不同任务条件下的情境意识水平进行测评.综合测评结果表明,根据预测模型计算所得的情境意识水平变化趋势与被试实际操作所获得的实验结果高度相关.提出的情境意识量化模型对指导驾驶舱人机显示界面设计和减少人为失误有一定的参考价值.     

面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型

针对多显示界面多飞行任务状态下的脑力负荷评价问题，设计了飞行仪表监控、飞行数字计算及飞行雷达探测3种不同类型的飞行任务，综合采用多种不同测评方法在飞行试验平台上开展脑力负荷实验测量和综合评价模型研究。实验结果表明:随着飞行任务类型的增多，NASA任务负荷指数（NASA-TLX）的主观评价分值显著增高；飞行正确探测率逐渐下降，反应时间显著延长；事件相关电位（ERP）测量技术中的P3a的峰值（在Fz电极处）逐步降低，心电（ECG）测量技术中的SDNN指标的数值逐步降低，眼电（EOG）测量技术中的眨眼次数没有显著变化。在此基础上，基于贝叶斯判别分析方法，建立了面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型，并将该综合评估模型与基于单一指标、双指标、三指标、四指标的模型进行了比较，结果显示:所提多维综合评估模型对于多显示界面多飞行任务中的显示界面脑力任务设计的等级分类预测准确率最高，其平均分类预测准确率为82.22%。所提多维综合评估模型为大型复杂系统中显示界面脑力任务设计提供了有效的量化方法和科学依据，有助于歼击机和运输类飞机设计人员优化显示界面脑力任务设计，并为相关型号飞机显示系统的适航审定工作提供新的验证工具。      

飞机驾驶舱显示界面脑力负荷判别预测生理模型

针对飞机驾驶舱显示界面脑力负荷的客观判别预测问题,综合采用事件相关电位(ERP)、心电图(ECG)和眼电图(EOG)3类生理测量技术,结合主观测评法和绩效测评法,在同一飞行实验任务中开展脑力负荷的实验测量与数学建模研究。实验结果表明:随着脑力负荷的增加,ERP测量技术中的失匹配负波(MMN)成分的峰值幅度(在Fz电极处)显著增加,P3a成分的峰值(在Fz电极处)显著降低;ECG测量技术中的心率变异性指标全部窦性心搏RR间期(简称RR间期)的标准差(SDNN)的数值显著降低;EOG测量技术中的眨眼次数显著降低。在此基础上,基于Bayes判别方法构建了脑力负荷判别预测生理综合评估模型,并将生理综合评估模型判别结果与NASA任务负荷指数(NASA_TLX)量表判别结果进行了比较,生理综合评估模型判别结果略高于NASA_TLX判别结果。该模型为飞机驾驶舱显示界面脑力负荷状态的客观、实时判定和预测提供了一种新的方法,同时也为中国正在研发的新型战斗机和大型客机驾驶舱显示界面中的人为因素适航审定工作提供了新的符合性验证工具。      

军机飞行员情境认知水平的实验研究

为研究目前航空工效研究领域中比较活跃的一个方向——情境认知问题,结合前人的研究成果设计了有关军机飞行员情境认知的实验和调查,并通过分析其情境认知的四个关键方面:扫视(注意)策略,工作负荷与任务难度的关系,工作负荷与情境认知的关系,经验与情境认知的关系,初步揭示了高级飞行员和飞行学员之间的情境认知差别.      

基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测

现代军用飞机座舱驾驶系统信息高度密集、任务复杂多变。为探讨信息加工类型与多任务协同对飞行员脑力负荷的影响，依据ACT-R认知模块与脑力负荷决定性因素的关联性，将飞行员的脑力负荷划分为感知负荷与认知负荷，并基于四维多资源干扰理论，考虑多任务协同作用时的资源干扰对脑力负荷的影响，提出了基于认知过程的飞行员脑力负荷动态预测模型。为校验所提模型，选取16名被试完成4种模拟飞行任务的脑力负荷评价实验，结果显示：不同飞行任务在飞行绩效、NASA-TLX主观评价、平均扫视时间与扫视频率下的主效应显著（P<0.05），总脑力负荷预测值与NASA-TLX主观评价、扫视频率和心率呈显著正相关，平均脑力负荷预测值与飞行绩效、瞳孔直径和平均扫视时间呈显著正相关。所提模型对飞行员脑力负荷的动态预测与评价具有应用价值。     

脑力负荷对前注意加工的影响与分析

为研究与飞行任务相关的脑力负荷对听觉前注意加工的影响,采用14名被试者在不同脑力负荷下开展飞行模拟实验,并记录失匹配负波(MMN, Mismatch Negativity)作为听觉前注意加工的评价指标.被试者需要在飞行模拟器上完成包括起飞、巡航、降落在内的完整飞行过程,同时对平视显示器所呈现的目标信息状态进行监视,并对异常信息进行响应.实验通过设定目标信息的数量及刷新频率来控制被试者的脑力负荷水平.实验结果表明:脑力负荷对额中央区MMN影响显著,可为复杂飞行任务的脑力负荷评价提供一定的电生理依据.     

基于时间-多资源占用的工作负荷评估模型

为了测量和评估航天员在轨维修的工作负荷,在时间线分析法和多资源占用理论的基础上,确定了用间接获取的资源需求占用率、直接测量的占用时间2个维度来进行工作负荷主客观综合评估,并提出基于动态时间窗口的时间-多资源占用的工作负荷评估模型。为了验证模型的有效性,搭建典型在轨维修任务——液体回路子系统的维修试验环境,招募被试,获取主观工作负荷数据,进行维修视频采集和动素时间测定。结果表明,本文模型的工作负荷值与主观工作负荷评估值显著相关且吻合较好,验证了其有效性。     

基于空间映射的视觉注意力分配预测模型

为预测飞行员视觉注意力分配,在SEEV(Salient Effort Expectancy Value)模型和多因素模型的基础上引入注意控制空间和资源分配空间的概念.前者描述了影响注意力分配因素,而后者则反应了兴趣区域所获得的注意资源.并通过空间映射建立注意力分配的预测模型,应用模糊层次分析的方法对模型进行结算.为验证预测模型效度,采用16名被试在飞行模拟器上开展基于异常信息恢复的工效学实验,通过眼动追踪装置记录注视点分布作为注意力分配指标.被试需要根据实验条件对主飞行显示器仿真界面中的目标信息状态进行监视,并通过驾驶杆的指定操作对异常信息进行响应.实验结果表明,注意力分配预测模型的理论结果与工效实验中注视点分布的实验结果显著相关且吻合较好,验证了预测模型的可用性.     

飞机座舱显示界面脑力负荷测量与评价

脑力负荷是影响飞行安全的重要因素之一,对飞行员脑力负荷进行客观测量,对于飞机座舱显示界面脑力任务的工效评价与优化设计具有重要意义.基于ERP（Eveat Related Potential）技术,选取失匹配负波（MMN,Mismatch Negativity）和P3a成分为指标,采用三刺激“oddball”模式,在飞行模拟任务条件下开展了三级脑力负荷的测量与评价研究.实验结果表明,MMN峰值和P3a峰值对脑力负荷变化敏感,随着脑力负荷的增加,MMN峰值显著增加,而P3a峰值显著降低,反应了被试者对异常信息的自动加工能力的提高以及朝向注意能力的减弱.与新异刺激相比,由偏差刺激所诱发的MMN与P3a成分对于与飞行任务相关的脑力负荷具有更好的敏感性,将可用于进一步的脑力负荷分级评价.      

空间立体信息缺失对机械臂遥操作任务的影响

视觉作为人认知环境的主要信息通道,在空间遥操作任务中有极其重要的作用。本研究面向空间站机械臂遥操作任务,通过对24名被试进行机械臂遥操作模拟平台实验,探索不同程度空间立体信息缺失对机械臂遥操作绩效、脑力负荷、距离感知和情境意识的影响,剖析不同立体信息在遥操作过程中的作用。实验结果表明:局部立体信息对提高遥操作任务完成率、减少撞击操作等指标有重要作用;而全局立体信息更有利于减少机械臂冗余行走距离和限位操作次数;两者对脑力负荷水平的降低有显著影响,而对距离估计偏差和情境意识水平影响不显著。因此,根据不同任务类型选取合适的立体信息补偿,从多个角度完善立体信息的呈现对于保障遥操作任务的顺利进行具有重要意义。     

超视距空战中多机协同制导方法

对空空导弹制导权交接的任务分配问题,根据己方飞机与制导权需交接的导弹的态势建立了对导弹的态势优势模型;根据己方飞机对该导弹攻击目标的态势建立了对目标的探测能力模型;根据敌方飞机对己方飞机的态势建立了己方飞机受到的威胁度模型;根据敌我双方飞机的空战能力建立了空战效能优势模型.在这4种模型的基础上建立了己方飞机对导弹的总的制导优势模型.在总的制导优势的基础上建立了协同制导任务分配模型,并采用遗传算法对协同制导任务分配问题进行优化求解.仿真结果表明,该方法能够实时地计算制导优势和进行任务分配,有效地完成多机协同制导.     

多资源约束下航天多项目调度的启发式算法

为解决当前航天多型号并举研制现状下的资源约束多项目调度问题,首先建立了一个数学模型,然后根据模型的特点提出了一种启发式算法。建立的模型同时考虑多项目的总工期和各个单项目的总工期,提出的算法在考虑活动资源可剥夺以及单个活动需要多个资源的情况下,能够合理优化多项目的资源分配,缩短多项目的总工期及各项目工期。通过实例验证该方法能够有效地求解多项目调度问题,具有一定的工程应用价值。     

基于DW-MEE的不停航施工情境下机场安全风险预警

为开展不停航施工情境下机场安全风险预警,集成了动态权和物元可拓分析法（DW-MEE）,构建风险预警模型。通过历史事故分析、文献及规章制度分析、专家访谈的方式初步构建不停航施工情境下机场安全风险预警指标体系,采用德尔菲法筛选出33个指标。将不停航施工情境下机场综合安全风险警情和单指标警情分成无警、轻警、中警、重警4个等级。构建基于动态权和物元可拓分析法的动态预警模型。结果表明：10个样本机场,1个机场处于红色重警状态,3个机场处于黄色轻警状态,6个机场处于绿色无警状态。飞行员的情境意识、业务技能水平、机场不停航施工安全监管能力3个指标对综合警情影响最敏感,施工对地勤工作的影响、不停航施工应急预案的科学性、供电设备的维护保养情况3个指标对综合警情影响最不敏感。     

飞行模拟器环境下飞行员视觉特征

为了研究飞行员在各个阶段的视觉特征,构建了以固定式飞行模拟器为基础、采用先进的非接触式眼动仪FaceLAB4.0采集数据的实验测试平台.根据飞行员获取信息的来源将视觉区域划分为舱内仪表盘、前窗舱外景和其他3个部分,应用马尔科夫链的数学方法分析被试者的视觉注视数据在各视觉区域内的状态转移概率.研究发现,被试在观察舱内仪表盘和前窗舱外景区域时,无法在短时间内获得全部信息,需要长时间注视才能完成信息获取.该方法可用于分析飞行员在操作中的视觉注意力和注意力转移模式.