面向SPO的飞行员诱发振荡自适应抑制策略仿真研究

单人制机组运行(Single Pilot Operation, SPO)场景中，飞行员负荷与疲劳会使飞机操控精度降低，甚至出现飞行员诱发振荡(Pilot Induced Oscillation, PIO)现象。为缓解PIO问题，分析了飞行员操作增益和时延对飞机振荡的影响作用，并建立基于生理指标和外部条件的认知能力评估模型，以设计飞行员诱发振荡自适应调节策略。通过建立认知能力与飞行员操作水平的对应关系，实现了基于飞行员身体状态和外部条件所需为输入的飞行员诱发振荡抑制过程。以A320机型为例设置模拟场景，采用MATLAB进行仿真。结果显示：在诱发振荡初期，飞机驾驶超调量降低了约25%;50 s内，相同参数下的诱发振荡超调量平均减少了约66%,并逐渐步入稳定状态。这表明基于认知能力评估的自适应调节模型能够缓解单一飞行员工作负荷和疲劳，增加飞行员操纵的动态和静态稳定性，有效抑制了单人制机组运行时由人的因素引起的诱发振荡问题。     

模拟SPO情境中的飞行员脑力负荷测量与分析*

为探究单一飞行员驾驶模式（SPO）下飞行员的脑力负荷水平,设计并实施模拟单人驾驶情境中的非正常任务场景处置实验。首先,基于准5级模拟驾驶舱,设计飞行任务场景;其次,招募20名航线飞行员被试,开展模拟飞行实验,记录被试的生理数据心率变异性指标及眼动数据;最后,结合客观生理数据以及主观量表进行脑力负荷分析,记录单发失效故障处置时间并进行任务绩效分析。研究结果表明:与双人制机组相比,单人驾驶情境中飞行员的脑力负荷增幅并不显著,处于可接受范围;单人制驾驶舱的任务设计及智能辅助系统使用对于降低飞行员工作负荷,提升飞行绩效至关重要。研究结果可为单一飞行员驾驶模式实施提供理论支持,并为未来单人制驾驶舱及机载自动化系统设计提供指标参考。     

航线运行评估及其在安全洞察中的作用

为推动我国飞行员技能全生命周期管理体系(PLM)建设,基于完善循证训练(EBT)底层数据链的重要性,本文采用威胁与差错管理(TEM)模型,以驾驶舱催化剂(飞行员领导力和沟通能力、有意违规行为)为例,研究航线运行安全评估(LOSA)在EBT中的具体应用场景,结果表明：LOSA可以有效打通日常运行和飞行训练,以独特视角发挥安全洞察作用。     

人机交互型VDT持续作业任务自适应分配方法的试验研究

为提高人机交互型视觉显示终端(VDT)持续作业的绩效和安全性,需考虑作业过程中的工间休息制度,避免疲劳作业。结合持续操作测试(CPT)任务范式和Go-Nogo反应范式,设计模拟人机交互型VDT持续作业的试验。根据试验数据分别对心理努力、任务主观难度、眼睛疲劳等11个指标进行方差分析,构建了人机交互型VDT持续作业负荷主观评价指标体系。训练BP神经网络,识别作业负荷模式,建立了人机交互型VDT持续作业任务自适应分配模型。结果表明:通过任务主观难度、眼睛、颈部、肩部、腰部、手腕疲劳度6个指标,对人机交互型VDT持续作业负荷进行模式识别,其结果可信,且对实际作业干扰性非常小;作业任务自适应分配模型能根据作业者负荷模式合理安排工间休息,保障作业者的健康,提高作业效率和安全性。     

基于DORATASK法的标准作业负荷评估模型

为了预防标准作业制度下工人超负荷作业,基于DORATASK方法构建工序标准作业负荷评估模型。综合考虑工作效率和人因工程双因素,提出以时间占用率为主衡量指标、以能量代谢率为修正因子的工作负荷评估量化模型;结合虚拟仿真技术,设计模型求解流程;以某发动机输油件制造企业的标准作业为例,应用上述模型,并进行仿真分析。研究表明:该模型可以量化工作负荷,准确地反映标准作业制度下工人的作业负荷状态;负荷评估能够为优化工序标准作业提供反馈,使标准作业制度兼顾效率性与安全性,进而从制度设计角度保障全体工人的职业健康安全。     

基于多生理信号的飞行警戒疲劳检测

为预防事故发生,保障飞行安全,提出一种基于多生理信号和支持向量机(SVM)的飞行警戒疲劳检测方法,识别飞行员飞行警戒中的疲劳状态。首先,研究疲劳评价与检测方法,并基于自主开发的飞行警戒测试系统与多导生物反馈仪和眼动仪搭建试验平台;然后,采集飞行警戒作业中的心电、眼动、呼吸等多生理信号和主观疲劳自评值;再次,通过配对样本的非参数检验,提取敏感生理指标,并以此作为特征向量,通过机器学习训练,构建基于多生理信号和SVM的疲劳检测模型;最后,依据受试者工作特征(ROC)曲线和模型准确率,对比分析各疲劳检测模型的效果。结果表明：在飞行警戒疲劳状态下,作业者的多项生理指标均有显著变化;心电、眼动和呼吸等多生理信号融合较单一信号的疲劳检测效果好,其ROC曲线下面积为0.802。基于高斯径向基核函数(RBF)构建的疲劳检测模型训练及预测准确率可达93%和87.50%。基于多生理信号和SVM方法可以实现对飞行警戒疲劳状态的检测。     

飞行认知能力的测量方案设计及模型研究

为了对飞行员飞行认知能力水平提供评价依据,进行飞行认知能力测量方案设计。根据飞行员的驾驶特征以及操作行为提出6项测量指标,分别为空间定位能力、空间定向能力、空间想象能力、信息获取能力、信息加工能力和学习能力;根据测量指标和认知能力测试量表功能间的对应关系,设计包括6项认知测验的测量方案。随后开展测量并对结果进行分析,提取3个主因子分别命名为空间认知能力、信息管理能力和学习能力,从而建立起二阶多维度的认知能力结构模型。该模型可应用于飞行认知能力的测评工作。     

基于认知可靠性的飞行差错影响因素体系的构建

提高飞行员认知可靠性可以有效降低飞行差错发生概率。合理确定飞行差错影响因素有利于客观、快速地评估飞行差错,提高飞行中的安全性。基于人的认知可靠性建立P-D-A-F飞行认知可靠性模型分析飞行差错发生机理;并结合对人的认知可靠性影响因素分析结果,构建以心理、生理、外部为主要影响因素的飞行差错影响因素体系;运用Delphi法确定体系包含40个影响因子,并提出影响因子以独立或者联合影响的方式影响飞行差错。该影响因素体系可以应用于飞行差错分析与评估。     

认知性VDT持续监控作业人因可靠性预测模型研究

为提高认知性视觉显示终端(VDT)持续监控作业系统的可靠性,需要有效预测和防范人因失误。基于N-back任务范式和持续操作测试(CPT)任务范式,设计并完成模拟认知性VDT持续监控作业的试验。根据试验数据分别对正确反应时、任务正确率等9个指标进行方差分析,构建三维度认知性VDT持续监控作业脑力负荷评估指标体系。训练BP神经网络,识别脑力负荷模式,建立认知性VDT持续监控作业人因可靠性评估模型。研究结果表明:通过正确反应时、心理努力、任务主观难度、注视时间、瞳孔直径、眨眼频率6个指标,对认知性VDT持续监控作业脑力负荷进行模式识别,其结果可信,且对实际作业干扰性小;用人因可靠性评估模型能有效预测人因失误。     

基于生理指标的建筑工人攀登作业疲劳实验研究

为研究攀登作业建筑工人生理疲劳状态的评测指标,提出1种基于生理指标的建筑工人攀登作业疲劳测度实验方法。首先,设计实验测量建筑工人的心率、皮肤温度、舒张压、收缩压4项生理指标,结合Brog’s RPE主观疲劳程度量表研究建筑工人生理疲劳的变化;其次,提取上述4项指标的平均值和标准差作为生理指标特征值,利用静息状态下生理指标特征值和疲劳状态下生理指标特征值进行方差分析、球形检验、T检验筛选出与疲劳相关的特征值;最后,利用支持向量机构建疲劳检测模型。研究结果表明：上述8项生理指标特征值与攀登作业工人疲劳具有显著相关性,疲劳检测模型的准确率为96.875%,研究结果可对攀登作业人员疲劳评估和疲劳预警具有实践性意义。     

基于任务情境的航线飞行员脑力负荷特征研究

为探究飞行任务中航线飞行员的脑力负荷特征，开展了2种经验水平(机长、副驾驶)×3种任务阶段(进近阶段、火警阶段、着陆阶段)的混合双因素设计试验，记录HR、HRV、EDA和眼动指标作为因变量，建立广义线性混合模型并分析数据。结果显示，与副驾驶组相比，机长组HR均值、SCL、SCR和平均瞳孔直径更小，IBI均值和PNN20更大；被试在不同任务阶段的脑力负荷生理特征亦存在差异。研究表明，航线飞行员的脑力负荷特征受到经验水平的影响，机长在全部任务阶段中脑力负荷均低于副驾驶；不同任务阶段的脑力负荷特征存在差异，由进近阶段到着陆阶段，航线飞行员的脑力负荷表现出逐级上升的趋势。研究结果可为实现循证训练、提高训练效率提供数据支持，有助于提升飞行安全水平。     

民航飞行员心理危机系统动力学仿真模型研究

为探究民航飞行员心理危机的形成机制,开展民航飞行员心理危机仿真研究。通过文献分析和实地调研,明确飞行员心理危机的致因因素及缓解措施。采用专家征询法,确定心理危机警级及阈值。基于系统动力学(SD)理论,构建心理危机仿真模型。结果显示:基准情景飞行员心理危机、生活压力和生理疾病警情较严重,工作压力警情不严重;缓解心理危机、工作压力、生活压力和生理疾病最有效的策略分别是,实行员工帮助计划(EAP)、改善工作环境、加强体育锻炼和医疗救治;用该模型可实现对飞行员心理危机的动态监测和实时预警。     

飞行员人因可靠性定量预测

为有效预测飞行员的人因可靠性,以保障飞行安全,基于认知可靠性与失误分析法(CREAM)的扩展法,建立飞行员人因可靠性定量预测模型。依据飞行员的任务特点,调整认知行为及认知功能。通过优化共同绩效条件(CPC)因子水平等级,并增加新的因子,改进CPC因子依赖规则,用于修正因子的初始评估结果,解决扩展法未考虑因子间关系的问题,从而完成模型的建立。利用回看分析法验证模型的有效性,采用所建立的模型和扩展法分别对已发生的飞行案例进行预测,并与实际发生结果对比分析。结果表明,与扩展法相比,采用飞行员定量预测模型得到的预测结果与案例发生结果所反映的控制模式更为匹配。     

基于BP神经网络的海军飞行员人为差错安全影响评估

为了更客观合理地对海军飞行员人为差错安全影响进行评估,提出了一套基于BP神经网络的海军飞行员人为差错安全影响评估方法。首先,根据"人为错误因素"模型并结合海军航空兵飞行员人为因素事故案例建立海军飞行员人为差错安全影响评估指标体系;然后,依据该指标体系构建了基于BP神经网络的人为差错飞行安全影响评估模型;最后,以海军航空兵历年人为因素事故统计数据为训练样本对BP神经网络安全影响模型进行训练,并利用该模型对部分数据进行飞行安全影响评估测试。结果表明,评估结果符合实际情况,该方法可对海军航空兵飞行员人为差错安全影响进行评估。     

基于毕达哥拉斯模糊和改进TOPSIS的管制员人为风险评估

为降低由管制员导致的不安全事件比例,客观准确地评估管制员人为风险,确保风险决策的可靠性和有效性.首先,基于HFACS构建了管制员人为风险评估指标体系.其次,利用毕达哥拉斯模糊集将专家评估语言转换为定量信息,运用改进TOPSIS表征各指标之间的相对重要关系,综合评价指标确定风险排序结果,构建了基于毕达哥拉斯模糊和改进TOPSIS的管制员人为风险评估模型.最后,利用所构建的模型对某地区空管局管制员人为风险进行评估,结果表明,管制员身体状态不佳疲劳工作、管制员与飞行员沟通时用语不规范、大流量或冲突等情况下管制员处置能力差等10个指标风险较高,提出了针对性风险应对建议.     

基于16PF的民航飞行员人格特征及心理健康研究

为研究适合民航飞行员的人格结构模型及心理健康状态,选用卡特尔16种个性因素问卷(16PF)和症状自评量表(SCL-90)对飞行员进行综合测试,调查分析其稳定的个性特征和其近期的心理健康状况;选用SPSS中的因素分析方法进行数据分析研究,并以"大五"人格模型为理论指导,研究民航飞行员群体的人格特征模型;通过Pearson相关性分析,研究16PF中的次级因素与SCL-90中症状因子之间的相关性,并进行对比性分析,研究基于16PF测试的人格特征模型和心理健康状况对民航飞行员的综合评估,为飞行员的心理选拔和定期训练提供科学指导。     

民机驾驶舱自动化人机失效事故链的探寻及阻断

民航飞机驾驶舱自动化应用,面临诸多新的人机交互问题,如错误选用飞行模式、过分依赖自动驾驶等。为探寻其致因机理并找出预防对策,构建民机驾驶舱自动化人机失效的HAFCSTER模型,结合国内外相关文献,研究世界近年发生的典型31起民航事故,找出各事故致因的高频因素及主要事故链。构建数据集合,用JAVA语言模拟影响驾驶舱自动化人机失效的因素组合,结合因素的辨识难度确定最佳预防方案。结果表明,标准操作程序(SOP)存在的错误、企业教育培训不足等12项失效因素最易辨识,完善这些失效因素,阻断所有事故案例的事故链,即能获得预防该类事故的最佳方案。     

航空工效中情境觉知的研究

随着航空设备自动化 /智能化水平的不断提高 ,现代飞机座舱中动态信息越来越多 ,而飞行员的主要作用已由操作控制向监视转移 ,即人的体力负荷下降、心理负荷增加的现象变得更加突出。鉴于此 ,有关飞行员情境觉知研究已成了目前航空工效研究领域中比较活跃的一个方向 ,笔者通过对情境觉知的发展历史、概念定义、影响因素、定性模型分析 ,并结合前人的研究成果建立了一个新的情境觉知定义和相应的情境觉知多级触发定性分析模型 ,初步揭示了高级飞行员和飞行学员之间的情境认知差别 ,并为进一步建立定量的情境觉知多级触发分析模型 (包括不同情境下飞行员的感觉、理解、预测等阶段的临界值 )打下了基础。     

大气扩散模型统计性确认评估

使用计算模型预测物理过程之前,必须对该计算模型进行论证,确认评估通过后才能用于物理状态和过程的计算和预测。讨论了基于数据统计属性的确认评估对面向大气扩散物理现象的计算模型之适用性;探究了模型评估工作的基本内容、关键概念和通用原则;给出了确认评估参数的定义、选择原则及示例;分析了评估度量指标的内涵和适用条件;探讨了可接受模型需要满足的指标准则及统计性确认评估指标的选用;最后,指出了基于统计度量的确认评估方法的改进方向。扩散模型评估理论的探讨有助于提高基于模型仿真的大气扩散研究的准确性,也有利于高精度模型和基准试验的设计、开发与遴选。     

民航机务人员工作负荷评估仿真研究

为准确评估和预测机务维修人员工作负荷,结合机务人员的受力、姿势、能耗等工效学因素,首先以任务所需时间资源与可用时间资源之比为主评估量,以能量消耗率及工效学负荷为修正因子,建立机务维修工作负荷评估模型;其次应用工效学仿真软件Simens JACK 8. 4(简称JACK)仿真模拟得到模型中的工作所需时间和修正因子,并提出基于机务维修工作负荷评估模型和JACK仿真软件的机务人员工作负荷评估方法;最后用该方法仿真评估A320主轮拆卸作业工作负荷。研究表明:所提方法能够弥补现有民航机务人员工作负荷评估方法中存在的实验室化严重、操作性差、主观性强、预测困难等不足,可方便有效地评估及预测维修人员工作负荷。