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包郵 飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)學(xué)建模
作者：衛(wèi)宗敏
開本：
B5
頁(yè)數(shù)：
112
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飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)學(xué)建模 版權(quán)信息
- ISBN：9787030749260
- 條形碼：9787030749260 ; 978-7-03-074926-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)學(xué)建模 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書稿的所依托的課題來源于國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱為：民機(jī)駕駛艙人機(jī)工效綜合仿真理論與方法研究，項(xiàng)目編號(hào)：2010CB734100。子課題名稱為：基于認(rèn)知特性的人機(jī)界面仿真模型和仿真方法研究，子課題編號(hào)：2010CB734104。在契合中國(guó)軍事和民航實(shí)際工作需求的前提條件下，以降低飛行事故及事故征后的發(fā)生，進(jìn)一步提升飛行安全和飛行員生理健康為總體目標(biāo)，本書首先深入探討了飛行腦力負(fù)荷的生理測(cè)評(píng)指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)方法等相關(guān)文獻(xiàn)，歸納并總結(jié)了可能用于飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷測(cè)量和評(píng)價(jià)的生理指標(biāo)，以及多指標(biāo)建模的數(shù)學(xué)方法；其次本書全面介紹了飛行腦力負(fù)荷生理測(cè)量的主要指標(biāo)、試驗(yàn)方法及建模方法，并結(jié)合具體試驗(yàn)案例給出了幾類數(shù)學(xué)模型。
飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)學(xué)建模 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的與意義 2
1.3 本書的研究方法 3
1.4 本書的結(jié)構(gòu) 4
第2章 腦力負(fù)荷測(cè)評(píng)方法 6
2.1 腦力負(fù)荷及其影響分析 6
2.1.1 腦力負(fù)荷的相關(guān)定義 6
2.1.2 腦力負(fù)荷、作業(yè)難度與作業(yè)績(jī)效 7
2.1.3 解決腦力負(fù)荷問題的方法 7
2.1.4 腦力負(fù)荷測(cè)量方法評(píng)價(jià) 8
2.2 腦力負(fù)荷測(cè)評(píng)方法 8
2.2.1 主觀測(cè)評(píng)方法 8
2.2.2 生理測(cè)評(píng)方法 10
2.2.3 作業(yè)績(jī)效測(cè)評(píng)方法 13
2.2.4 綜合測(cè)評(píng)方法 14
2.3 研究現(xiàn)狀及存在的問題 15
第3章 研究假設(shè)與技術(shù)路線 16
3.1 研究假設(shè) 16
3.2 實(shí)驗(yàn)方案的制定 16
3.3 ERP技術(shù)簡(jiǎn)介 17
3.3.1 ERP的定義 17
3.3.2 ERP提取的基本過程和原理 18
3.3.3 ERP數(shù)據(jù)分析需要注意的問題 18
3.3.4 ERP的成分介紹 20
3.3.5 經(jīng)典的ERP實(shí)驗(yàn)范式 22
3.4 E-prime軟件 24
3.4.1 E-Prime軟件概述 24
3.4.2 E-Prime的功能和主要作用 24
3.4.3 E-Prime的主要操作步驟 25
3.5 數(shù)學(xué)建模方法 26
3.5.1 Fisher判別分析方法 26
3.5.2 Bayes判別分析方法 28
第4章 腦電指標(biāo)與腦力負(fù)荷 30
4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?0
4.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量 30
4.2.1 實(shí)驗(yàn)被試 30
4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 31
4.2.3 飛行模擬任務(wù) 31
4.2.4 三刺激Oddball任務(wù) 32
4.2.5 數(shù)據(jù)記錄與分析 32
4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 34
4.3.1 行為績(jī)效結(jié)果 34
4.3.2 ERP結(jié)果 34
4.4 討論 36
4.4.1 行為績(jī)效結(jié)果 36
4.4.2 對(duì)ERP結(jié)果的討論 36
4.5 小結(jié) 37
第5章 心電指標(biāo)與腦力負(fù)荷及其建模 38
5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?8
5.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量 39
5.2.1 被試 39
5.2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與環(huán)境 39
5.2.3 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 40
5.2.4 實(shí)驗(yàn)過程 40
5.2.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析 41
5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 42
5.3.1 績(jī)效測(cè)評(píng)結(jié)果 42
5.3.2 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果 42
5.3.3 心電評(píng)價(jià)結(jié)果 43
5.4 建模 43
5.4.1 建模方法 43
5.4.2 模型的確立 44
5.4.3 模型有效性檢驗(yàn) 44
5.5 討論 46
5.5.1 三類評(píng)估指標(biāo)對(duì)腦力負(fù)荷變化的敏感性 46
5.5.2 綜合評(píng)估模型對(duì)腦力負(fù)荷變化的敏感性 46
5.5.3 研究意義與局限性 47
5.6 小結(jié) 48
第6章 基于多生理指標(biāo)的腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)模型 49
6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?9
6.2 實(shí)驗(yàn)方法 50
6.2.1 被試 50
6.2.2 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 50
6.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 51
6.2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析 51
6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 52
6.3.1 飛行作業(yè)績(jī)效測(cè)評(píng)結(jié)果 52
6.3.2 主觀測(cè)評(píng)結(jié)果 52
6.3.3 生理指標(biāo)測(cè)評(píng)結(jié)果 52
6.4 建模 54
6.4.1 建模方法 54
6.4.2 模型的確立及使用說明 54
6.4.3 各類模型判別預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的檢驗(yàn) 54
6.5 討論 56
6.5.1 三類評(píng)估指標(biāo)對(duì)腦力負(fù)荷變化的敏感性 56
6.5.2 各模型評(píng)估結(jié)果的討論 57
6.5.3 生理綜合模型與NASA_TLX量表的比較 57
6.5.4 研究的意義 59
6.6 小結(jié) 59
第7章 多界面多飛行任務(wù)腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)模型 60
7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?0
7.2 實(shí)驗(yàn)方法 60
7.2.1 被試 60
7.2.2 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 61
7.2.3 實(shí)驗(yàn)程序 63
7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 64
7.3.1 主飛行任務(wù)績(jī)效測(cè)評(píng)結(jié)果 64
7.3.2 主觀測(cè)評(píng)結(jié)果 65
7.3.3 生理指標(biāo)測(cè)評(píng)結(jié)果 65
7.4 建模 66
7.4.1 建模方法 66
7.4.2 模型的確立及使用說明 66
7.4.3 模型判別預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的檢驗(yàn) 67
7.5 討論 69
7.5.1 三類評(píng)估指標(biāo)對(duì)三種不同飛行任務(wù)腦力負(fù)荷變化的敏感性 69
7.5.2 單指標(biāo)與多指標(biāo)綜合評(píng)估模型評(píng)估結(jié)果之間的比較 70
7.5.3 研究的意義 72
7.6 小結(jié) 72
第8章 總結(jié)和展望 73
8.1 總結(jié) 73
8.2 展望 75
參考文獻(xiàn) 77
附錄A 主觀評(píng)價(jià)量表 84
附錄B 實(shí)驗(yàn)2原始數(shù)據(jù) 86
附錄C 實(shí)驗(yàn)3原始數(shù)據(jù) 93
附錄D 實(shí)驗(yàn)4原始數(shù)據(jù) 98
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的與意義 2
1.3 本書的研究方法 3
1.4 本書的結(jié)構(gòu) 4
第2章 腦力負(fù)荷測(cè)評(píng)方法 6
2.1 腦力負(fù)荷及其影響分析 6
2.1.1 腦力負(fù)荷的相關(guān)定義 6
2.1.2 腦力負(fù)荷、作業(yè)難度與作業(yè)績(jī)效 7
2.1.3 解決腦力負(fù)荷問題的方法 7
2.1.4 腦力負(fù)荷測(cè)量方法評(píng)價(jià) 8
2.2 腦力負(fù)荷測(cè)評(píng)方法 8
2.2.1 主觀測(cè)評(píng)方法 8
2.2.2 生理測(cè)評(píng)方法 10
2.2.3 作業(yè)績(jī)效測(cè)評(píng)方法 13
2.2.4 綜合測(cè)評(píng)方法 14
2.3 研究現(xiàn)狀及存在的問題 15
第3章 研究假設(shè)與技術(shù)路線 16
3.1 研究假設(shè) 16
3.2 實(shí)驗(yàn)方案的制定 16
3.3 ERP技術(shù)簡(jiǎn)介 17
3.3.1 ERP的定義 17
3.3.2 ERP提取的基本過程和原理 18
3.3.3 ERP數(shù)據(jù)分析需要注意的問題 18
3.3.4 ERP的成分介紹 20
3.3.5 經(jīng)典的ERP實(shí)驗(yàn)范式 22
3.4 E-prime軟件 24
3.4.1 E-Prime軟件概述 24
3.4.2 E-Prime的功能和主要作用 24
3.4.3 E-Prime的主要操作步驟 25
3.5 數(shù)學(xué)建模方法 26
3.5.1 Fisher判別分析方法 26
3.5.2 Bayes判別分析方法 28
第4章 腦電指標(biāo)與腦力負(fù)荷 30
4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?0
4.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量 30
4.2.1 實(shí)驗(yàn)被試 30
4.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 31
4.2.3 飛行模擬任務(wù) 31
4.2.4 三刺激Oddball任務(wù) 32
4.2.5 數(shù)據(jù)記錄與分析 32
4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 34
4.3.1 行為績(jī)效結(jié)果 34
4.3.2 ERP結(jié)果 34
4.4 討論 36
4.4.1 行為績(jī)效結(jié)果 36
4.4.2 對(duì)ERP結(jié)果的討論 36
4.5 小結(jié) 37
第5章 心電指標(biāo)與腦力負(fù)荷及其建模 38
5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?8
5.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)量 39
5.2.1 被試 39
5.2.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與環(huán)境 39
5.2.3 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 40
5.2.4 實(shí)驗(yàn)過程 40
5.2.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析 41
5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 42
5.3.1 績(jī)效測(cè)評(píng)結(jié)果 42
5.3.2 主觀評(píng)價(jià)結(jié)果 42
5.3.3 心電評(píng)價(jià)結(jié)果 43
5.4 建模 43
5.4.1 建模方法 43
5.4.2 模型的確立 44
5.4.3 模型有效性檢驗(yàn) 44
5.5 討論 46
5.5.1 三類評(píng)估指標(biāo)對(duì)腦力負(fù)荷變化的敏感性 46
5.5.2 綜合評(píng)估模型對(duì)腦力負(fù)荷變化的敏感性 46
5.5.3 研究意義與局限性 47
5.6 小結(jié) 48
第6章 基于多生理指標(biāo)的腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)模型 49
6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?9
6.2 實(shí)驗(yàn)方法 50
6.2.1 被試 50
6.2.2 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 50
6.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 51
6.2.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析 51
6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 52
6.3.1 飛行作業(yè)績(jī)效測(cè)評(píng)結(jié)果 52
6.3.2 主觀測(cè)評(píng)結(jié)果 52
6.3.3 生理指標(biāo)測(cè)評(píng)結(jié)果 52
6.4 建模 54
6.4.1 建模方法 54
6.4.2 模型的確立及使用說明 54
6.4.3 各類模型判別預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的檢驗(yàn) 54
6.5 討論 56
6.5.1 三類評(píng)估指標(biāo)對(duì)腦力負(fù)荷變化的敏感性 56
6.5.2 各模型評(píng)估結(jié)果的討論 57
6.5.3 生理綜合模型與NASA_TLX量表的比較 57
6.5.4 研究的意義 59
6.6 小結(jié) 59
第7章 多界面多飛行任務(wù)腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)模型 60
7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?0
7.2 實(shí)驗(yàn)方法 60
7.2.1 被試 60
7.2.2 實(shí)驗(yàn)任務(wù) 61
7.2.3 實(shí)驗(yàn)程序 63
7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 64
7.3.1 主飛行任務(wù)績(jī)效測(cè)評(píng)結(jié)果 64
7.3.2 主觀測(cè)評(píng)結(jié)果 65
7.3.3 生理指標(biāo)測(cè)評(píng)結(jié)果 65
7.4 建模 66
7.4.1 建模方法 66
7.4.2 模型的確立及使用說明 66
7.4.3 模型判別預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的檢驗(yàn) 67
7.5 討論 69
7.5.1 三類評(píng)估指標(biāo)對(duì)三種不同飛行任務(wù)腦力負(fù)荷變化的敏感性 69
7.5.2 單指標(biāo)與多指標(biāo)綜合評(píng)估模型評(píng)估結(jié)果之間的比較 70
7.5.3 研究的意義 72
7.6 小結(jié) 72
第8章 總結(jié)和展望 73
8.1 總結(jié) 73
8.2 展望 75
參考文獻(xiàn) 77
附錄A 主觀評(píng)價(jià)量表 84
附錄B 實(shí)驗(yàn)2原始數(shù)據(jù) 86
附錄C 實(shí)驗(yàn)3原始數(shù)據(jù) 93
附錄D 實(shí)驗(yàn)4原始數(shù)據(jù) 98
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飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)學(xué)建模 節(jié)選
第1章緒論 1.1研究背景 隨著電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的智能化、信息化等自動(dòng)化技術(shù)被應(yīng)用于飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)之中，極大地改變了傳統(tǒng)的飛機(jī)駕駛艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)和飛行操縱方式。高度自動(dòng)化的飛機(jī)駕駛艙系統(tǒng)不但為飛行員提供了多種不同（包括手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)）的飛行操縱自動(dòng)化控制水平，而且提供了由俯仰、橫滾和自動(dòng)油門三種維度組成的百余種飛行控制方式，使飛行員可通過飛行自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控整個(gè)飛機(jī)的飛行操縱狀態(tài)[1]。與此同時(shí)，操縱的多樣性和儀表顯示系統(tǒng)界面信息的高度密集，也對(duì)飛行員的認(rèn)知加工能力提出了新的要求。 據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，僅起飛階段的前后10s之內(nèi)，波音747飛機(jī)的飛行員就需要收集30多個(gè)飛行信息[2]。國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，飛行員對(duì)于顯示界面異常信息的處理正確率應(yīng)高于95%，且反應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于1s[3]。可見，飛行員的腦力工作負(fù)荷面臨著極高的挑戰(zhàn)。當(dāng)遇到飛行特情時(shí)，飛行員面臨的信息加工要求日趨嚴(yán)格，往往需要在短時(shí)間內(nèi)處理大量信息并快速作出反應(yīng)決策，因此容易出現(xiàn)腦力負(fù)荷較高，甚至超載的情況，嚴(yán)重影響飛行員的工作效率、飛行操作的可靠性，以及飛行員自身的心理健康[4，5]。例如，某航空事故調(diào)查報(bào)告指出，60%～90%的航空飛行事故及事故征候發(fā)生在飛行員腦力負(fù)荷強(qiáng)度大、應(yīng)激水平高的飛行任務(wù)中[6，7]。另一份針對(duì)中國(guó)民航事故原因進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)的研究結(jié)果也表明，約20%的飛行事故與腦力負(fù)荷密切相關(guān)[8，9]。 近年來，航空領(lǐng)域相關(guān)人員已經(jīng)意識(shí)到，要解決飛行員腦力負(fù)荷問題，不僅要加強(qiáng)對(duì)飛行員的培訓(xùn)和飛行特情訓(xùn)練，更應(yīng)該在飛機(jī)駕駛艙人機(jī)交互的設(shè)計(jì)階段就考慮腦力任務(wù)設(shè)計(jì)問題。很多工程心理學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者研究與飛行任務(wù)相關(guān)的腦力負(fù)荷問題，探討不同類型飛行任務(wù)下的不同評(píng)價(jià)指標(biāo)與腦力負(fù)荷之間的關(guān)系，但是飛機(jī)駕駛艙顯示界面的腦力負(fù)荷測(cè)評(píng)指標(biāo)和判別預(yù)測(cè)模型構(gòu)建方面的研究仍然較少。在人們獲取的信息中，80%的內(nèi)容是通過視覺通道獲取的[10]，因此在飛機(jī)駕駛艙顯示界面設(shè)計(jì)的早期階段，飛機(jī)設(shè)計(jì)人員需要采取相應(yīng)的評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估模型來判別、預(yù)測(cè)顯示界面不同設(shè)計(jì)方案下飛行員的腦力負(fù)荷水平，以便及時(shí)調(diào)整顯示界面腦力任務(wù)設(shè)計(jì)，進(jìn)而優(yōu)化駕駛艙顯示界面的設(shè)計(jì)方案。在實(shí)際飛行任務(wù)（特別是高機(jī)動(dòng)性軍事飛行任務(wù)）中，地面指揮系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)通過腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)模型對(duì)飛行員腦力負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析及預(yù)測(cè)，從而對(duì)預(yù)期可能出現(xiàn)的飛行員腦力負(fù)荷超載情況提出實(shí)時(shí)、有效的解決方案，降低航空事故或事故征候的發(fā)生概率。因此，當(dāng)腦力負(fù)荷變化時(shí)，哪些測(cè)評(píng)指標(biāo)會(huì)發(fā)生變化，這些變化又會(huì)如何影響飛行員的作業(yè)績(jī)效，對(duì)更好地理解飛行腦力負(fù)荷和解決方案非常重要。如何評(píng)價(jià)飛行員的腦力負(fù)荷，優(yōu)化界面設(shè)計(jì)，使飛行員的腦力負(fù)荷處于*適合水平是具有重要現(xiàn)實(shí)意義的研究課題。為提高研究結(jié)果的實(shí)際效用和應(yīng)用價(jià)值，需要在飛行模擬環(huán)境中開展綜合因素下的飛行員腦力負(fù)荷評(píng)價(jià)方法研究。 1.2研究目的與意義 通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料的查閱，以及在飛機(jī)駕駛艙顯示界面設(shè)計(jì)水平評(píng)價(jià)方面的具體實(shí)踐，研究者發(fā)現(xiàn)目前在飛行機(jī)組-駕駛艙人機(jī)交互顯示界面領(lǐng)域缺少全面的、具有針對(duì)性的方法來理解、分析、分類和討論飛機(jī)駕駛艙顯示界面設(shè)計(jì)中的腦力負(fù)荷問題。本書首先探討飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷測(cè)量和評(píng)價(jià)的主要方法，然后研究對(duì)飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷敏感的各類指標(biāo)，建立能夠有效表征腦力負(fù)荷等級(jí)變化的數(shù)學(xué)模型。 本書具有以下幾個(gè)方面的重要意義。 （1）實(shí)驗(yàn)1（本書第4章實(shí)驗(yàn)）的研究結(jié)果可以為腦力負(fù)荷測(cè)量提供全新的生理指標(biāo)，即事件相關(guān)電位（event related potential，ERP）技術(shù)中的失匹配負(fù)波（mismatch negativity，MMN）指標(biāo)和P3a指標(biāo)，有助于擴(kuò)展腦力負(fù)荷測(cè)量方法的研究范疇，幫助飛機(jī)駕駛艙顯示界面設(shè)計(jì)人員從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的角度來理解、分析、分類并討論飛行員的腦力負(fù)荷問題。 （2）實(shí)驗(yàn)2（本書第5章實(shí)驗(yàn)）建立的數(shù)學(xué)模型可以為飛機(jī)駕駛艙顯示界面設(shè)計(jì)人員提供一種操作性較強(qiáng)的方法，能夠有效預(yù)測(cè)顯示界面系統(tǒng)施加于作業(yè)人員的腦力負(fù)荷，幫助設(shè)計(jì)人員從飛機(jī)駕駛艙顯示界面設(shè)計(jì)的早期階段對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案作出選擇，從而有效提高設(shè)計(jì)效率、節(jié)約設(shè)計(jì)成本。通過提高民機(jī)駕駛艙人因設(shè)計(jì)水平，考驗(yàn)減小由駕駛艙設(shè)計(jì)問題誘發(fā)的飛行機(jī)組事故/事故征候發(fā)生的概率，提高飛機(jī)飛行的安全性。 （3）基于實(shí)驗(yàn)3（本書第6章實(shí)驗(yàn)）建立的飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)生理數(shù)學(xué)模型可對(duì)實(shí)際飛行任務(wù)中飛行員的腦力負(fù)荷狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、判別、預(yù)測(cè)，為飛機(jī)駕駛艙人機(jī)功能分配的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供量化方法和科學(xué)依據(jù)。 （4）基于實(shí)驗(yàn)4（本書第7章實(shí)驗(yàn)）建立的數(shù)學(xué)模型有助于指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員，使其在綜合復(fù)雜顯示界面的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行腦力負(fù)荷評(píng)價(jià)，并選擇相應(yīng)的顯示界面設(shè)計(jì)方案。這有助于幫助戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)人員和民航客機(jī)設(shè)計(jì)人員優(yōu)化顯示界面腦力任務(wù)設(shè)計(jì)、節(jié)約成本、保障航空安全。 （5）隨著電子科技的迅速發(fā)展，飛機(jī)駕駛艙自動(dòng)化水平不斷提高，越來越多的人機(jī)界面問題層出不窮。對(duì)這些問題開展研究有助于預(yù)測(cè)未來高度自動(dòng)化的駕駛艙內(nèi)飛行機(jī)組如何獲取加工信息并做出何種反應(yīng)，審定適航審定工作中預(yù)期人為因素問題，引導(dǎo)新技術(shù)的合理應(yīng)用。 （6）基于研究建立的各類數(shù)學(xué)模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可為飛機(jī)駕駛艙顯示界面人為因素適航審定人員提供量化的適航符合性驗(yàn)證方法和數(shù)據(jù)支撐，以提高審定的效率和針對(duì)性，促進(jìn)人為因素適航審定工作的順利開展。 1.3本書的研究方法 本書開展的研究包括以下三個(gè)階段。 **階段，首先搜集并整理航空工效學(xué)、飛機(jī)駕駛艙人機(jī)界面設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)技術(shù)、腦力負(fù)荷科學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、工程心理學(xué)、多指標(biāo)數(shù)學(xué)建模方法等領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)資料，主要包括對(duì)飛行腦力負(fù)荷主觀測(cè)評(píng)方法的研究[11-20]、飛行腦力負(fù)荷作業(yè)績(jī)效測(cè)評(píng)方法的研究[21-26]、飛行腦力負(fù)荷生理測(cè)評(píng)方法的研究[27-41]、飛行腦力負(fù)荷多維綜合評(píng)價(jià)方法的研究[42-53]等。然后，界定研究方向和目標(biāo)。*后，探討腦力負(fù)荷的生理測(cè)評(píng)指標(biāo)和綜合評(píng)價(jià)方法，歸納并總結(jié)可能用于飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷測(cè)量和評(píng)價(jià)的生理指標(biāo)，以及多指標(biāo)建模的數(shù)學(xué)方法。 第二階段，首先提出4個(gè)假設(shè)，然后提出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)解決方案，*后介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)建模中用到的技術(shù)，即ERP技術(shù)、E-Prime軟件、Fisher和Bayes判別分析方法。 第三階段，基于地面飛行模擬器搭建各類實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展腦力負(fù)荷測(cè)量實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)建模研究，檢驗(yàn)第二階段提出的4個(gè)假設(shè)。在實(shí)驗(yàn)1中，搭建腦電設(shè)備測(cè)量腦力負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過開展ERP實(shí)驗(yàn)，探討腦電指標(biāo)對(duì)飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷變化的敏感性。在實(shí)驗(yàn)2中，搭建心電設(shè)備測(cè)量腦力負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過開展心電圖（electrocardiogram，ECG）實(shí)驗(yàn)，探討各類心電指標(biāo)對(duì)飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷變化的敏感性，并綜合績(jī)效測(cè)量、主觀評(píng)價(jià)和心電測(cè)量這三類評(píng)估指標(biāo)，構(gòu)建飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷等級(jí)判別預(yù)測(cè)綜合模型。在實(shí)驗(yàn)3中，搭建多生理指標(biāo)測(cè)量腦力負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過綜合采用ERP、眼電圖（electrooculogram，EOG）、ECG三類生理指標(biāo)開展腦力負(fù)荷測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并基于不同的生理指標(biāo)組合采用數(shù)學(xué)建模方法，建立飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)生理模型，將該模型與主觀評(píng)價(jià)方法，即美國(guó)國(guó)家航空航天局任務(wù)負(fù)荷指數(shù)（National Aeronautics and Space Administration_task load index，NASA_TLX）的判別結(jié)果進(jìn)行比較。在實(shí)驗(yàn)4中，搭建多生理指標(biāo)測(cè)量多顯示界面多飛行任務(wù)（平視顯示器的主飛行信息監(jiān)控、下視顯示器的飛行計(jì)算、雷達(dá)探測(cè)任務(wù)）的腦力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過綜合采用ERP、EOG、ECG，結(jié)合主觀評(píng)價(jià)方法、飛行作業(yè)績(jī)效評(píng)價(jià)等方法開展多顯示界面、多飛行任務(wù)條件下的腦力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)量與理論建模研究。 1.4本書的結(jié)構(gòu) 全書共8章。第1章緒論。第2章腦力負(fù)荷測(cè)評(píng)方法，針對(duì)模擬飛行實(shí)驗(yàn)任務(wù)和真實(shí)飛行情況下飛行員的腦力負(fù)荷測(cè)量和評(píng)價(jià)方法進(jìn)行資料的搜集、歸納，以及整理，并在對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)資料分析和探討的基礎(chǔ)上，提出本書的初步研究思路。第3章研究假設(shè)與技術(shù)路線，在相關(guān)文獻(xiàn)資料分析和探討的基礎(chǔ)上，提出本書的研究假設(shè)、實(shí)驗(yàn)解決方案，以及技術(shù)路線。第4章腦電指標(biāo)與腦力負(fù)荷，采用實(shí)驗(yàn)研究的方法，探索ERP中的MMN、P3a兩個(gè)指標(biāo)對(duì)飛行任務(wù)相關(guān)腦力負(fù)荷的敏感性。第5章心電指標(biāo)與腦力負(fù)荷及其建模，綜合采用實(shí)驗(yàn)研究與理論建模的方法，研究ECG心率（heart rate，HR）和心率變異性（heart rate variability，HRV）的6個(gè)時(shí)域指標(biāo)對(duì)飛行任務(wù)相關(guān)腦力負(fù)荷的敏感性，并基于主觀評(píng)價(jià)、飛行作業(yè)績(jī)效，以及HRV的時(shí)域指標(biāo)R-R間期的標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation normal to normal，SDNN）建立飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)綜合模型。第6章基于多生理指標(biāo)的腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)模型，綜合采用多種生理指標(biāo)開展腦力負(fù)荷的實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)學(xué)建模，基于多種生理指標(biāo)，建立實(shí)時(shí)、客觀的飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)生理模型。第7章多顯示界面多飛行任務(wù)腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)模型，綜合采用多種生理指標(biāo)，在多顯示界面多飛行任務(wù)狀態(tài)下，開展復(fù)雜飛行任務(wù)中的腦力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)量與數(shù)學(xué)建模研究，建立多顯示界面多飛行任務(wù)腦力負(fù)荷判別預(yù)測(cè)模型。第8章總結(jié)和展望，總結(jié)本書的研究結(jié)果、主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及其應(yīng)用意義，特別關(guān)注在飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力任務(wù)設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用，并討論未來可能的研究方向。 第2章腦力負(fù)荷測(cè)評(píng)方法 飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)學(xué)建模研究以飛機(jī)駕駛艙顯示界面腦力負(fù)荷測(cè)量指標(biāo)為基礎(chǔ)展開。中國(guó)民用航空規(guī)章第25部中第1523條款適航審定也需要具體飛行機(jī)組工作負(fù)荷的適航符合性驗(yàn)證方法[54-56]。本章主要討論國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有飛行腦力負(fù)荷的測(cè)量指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法，為后續(xù)的腦力負(fù)荷測(cè)評(píng)、數(shù)學(xué)建模奠定理論基礎(chǔ)和依據(jù)。 2.1腦力負(fù)荷及其影響分析 2.1.1腦力負(fù)荷的相關(guān)定義 由于腦力負(fù)荷的多維特性，目前學(xué)術(shù)界尚無明確的定義。在現(xiàn)有的研究中，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員對(duì)腦力負(fù)荷的定義主要有以下幾種。 Rouse等[57]從任務(wù)和個(gè)體兩方面出發(fā)，認(rèn)為腦力負(fù)荷、任務(wù)和執(zhí)行任務(wù)的個(gè)體均相關(guān)。在同一任務(wù)中，不同的作業(yè)人員感受的腦力負(fù)荷仍可能不同。作業(yè)人員自身的情緒、動(dòng)機(jī)、策略，以及個(gè)人能力都可能影響腦力負(fù)荷。 O’Donnell等[58]從信息處理能力的角度出發(fā)，將腦力負(fù)荷定義為：作業(yè)人員在執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)時(shí)對(duì)所用信息處理能力的大小，可以通過測(cè)量其信息處理能力直接度量腦力負(fù)荷。 Young等[59]從注意資源的角度出發(fā)，將腦力負(fù)荷定義為：在作業(yè)過程中，作業(yè)人員為達(dá)到某一績(jī)效水平而付出的注意資源，與作業(yè)任務(wù)的需求、作業(yè)環(huán)境，以及作業(yè)人員的經(jīng)歷等密切相關(guān)。 廖建橋等[60]在O’Donnell等對(duì)腦力負(fù)荷定義的基礎(chǔ)上，從兩個(gè)方面對(duì)腦力負(fù)荷進(jìn)行了定義，即時(shí)間占有率、信息處理強(qiáng)度。時(shí)間占有率指在完成某項(xiàng)任務(wù)的過程中，作業(yè)人員的*低工作時(shí)間。時(shí)間占有率越低，腦力負(fù)荷越低；反之，腦力負(fù)荷越高。信息處理強(qiáng)度指在單位時(shí)間內(nèi)需要處理的信息量或者處理信息的復(fù)雜程度。信息處理強(qiáng)度越高，腦力負(fù)荷越高；反之，腦力負(fù)荷越低[9，60，61]。
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