脑力负荷对飞行员信息自动化加工影响及其工效学应用研究

Taking the human-machine interface design of the developing new generation aircraft cockpit as the application background, this project is found around the key issue of the relationship between pilot's automatic information processing and mental workload, including researches of simulation model and simulation method of mental workload, effect of mental workload on automatic information processing and aviation ergonomic application. The research characteristics and innovation points of this project focuses on three aspects. (1) According to constructing the mathematical model framework of mental workload, the average, accumulative and total mental workload are quatified, as well as the four typical mental workload levels are simulated. (2) Comprehensively considering the effects of four typical mental workloads and the dynamic time effect of mental workload on automatic information processing, the relationship model of average/accumulative mental workload measuring by entropy and critical evaluation indices are established. (3) The evaluation evidences for early stage of information processing and the dynamic time effect of mental workload are taken into account during the establishment of mental workload evaluation model, as well as the technical route of transfering the critical evaluation indices into characterization indices with smaller individual differences and better quantification is adopted. The research results can offer theoretical basis and technical support for the optimization design and ergonomic assessment of human-machine interface of aircraft cockpit, and thus to reduce human errors, improve operation performance and ensure flight safety.

本项目以正在研发中的新一代飞机驾驶舱人机界面设计为应用背景，围绕飞行员信息自动化加工与脑力负荷关系问题开展脑力负荷仿真模型与仿真方法研究、脑力负荷对信息自动化加工影响研究、航空工效学应用研究。本项目的特色与创新点包括：（1）通过构建脑力负荷数学模型框架，对平均脑力负荷、累积脑力负荷、总脑力负荷进行建模量化，并对四级典型性脑力负荷水平进行模拟；（2）综合考虑四级典型性脑力负荷水平以及脑力负荷的动态时间效应对信息自动化加工的影响，建立以信息量度量的平均/累积脑力负荷与关键性测评指标的关系模型。（3）在建立脑力负荷评价模型时关注信息加工早期阶段的评价依据，并考虑脑力负荷的动态时间效应，以及采用将关键性测评指标转化为个体差异小、量化度好的脑力负荷表征指标的技术路线。通过开展本研究，可为飞机驾驶舱的人机界面优化设计与工效评价提供理论支持和技术手段，达到减少人为失误、提高作业绩效、保障飞行安全的目的。

本项目以正在研发中的新一代飞机驾驶舱人机界面设计为应用背景，围绕飞行员信息自动化加工与脑力负荷关系问题开展下述研究工作。① 开展了脑力负荷仿真模型与仿真方法研究。其中，针对脑力负荷数字仿真模型与仿真方法研究，分别构建了基于显示界面多维视觉编码的脑力负荷数学模型和基于注意资源分配的多因素脑力负荷数学模型。针对飞行模拟环境数字仿真模型与仿真方法研究，构建了模拟飞行员作业任务和作业环境的软硬件平台系统，包括飞行模拟环境平台硬件系统集成、飞行模拟环境平台软件系统集成以及飞行显示仪表界面数字仿真。② 开展了脑力负荷对信息自动化加工影响研究。以所构建的脑力负荷数字仿真模型和飞行模拟环境数字仿真模型为基础实验平台，基于信息自动化加工的典型性指标，结合ERP技术以及多种生理测试技术开展了与飞行任务相关的不同脑力负荷水平对作业人员信息自动化加工的影响研究,初步阐明了脑力负荷这一关键因素对于以前注意和注意朝向反应为表征的飞行员信息自动化加工的影响机理与作用方式。③ 基于脑力负荷事后判别模型的航空工效学应用研究。以脑力负荷对信息自动化加工影响机制的研究结果和所积累的大量主观、行为学、生理实验数据为基础，开展了以脑力负荷分级量化评价方法为核心的航空工效学应用研究，建立了“基于多生理指标的脑力负荷判别预测模型”以及“多界面多任务脑力负荷判别预测模型”，从而可为飞行员脑力负荷的综合评判提供依据。通过开展本研究，可为飞机驾驶舱的人机界面优化设计与工效评价提供理论支持和技术手段，达到减少人为失误、提高作业绩效、保障飞行安全的目的。