[发明专利]一种基于眼动和脑电数据的认知负荷评估方法

说明书

本发明提供了一种基于眼动和脑电数据的认知负荷评估方法，基于眼动数据和脑电数据，使用支持向量机算法来计算飞行员的认知负荷，基于眼动和脑电数据进行认知负荷评估和计算，使认知负荷的评估和计算具备实时性，使飞行员及地勤人员可实时了解当前飞行员的认知负荷状态，提升执行飞行任务的效率。本发明克服了原有主观评测法实时性差的缺点，使认知负荷这一结果可以实时计算并反馈，增强了对飞行员飞行状态的实时监督。

技术领域

本发明涉及人因工程领域，尤其是一种飞行员的认知负荷计算方法。

背景技术

面对未来日益复杂飞行的环境，飞行员在执行飞行任务时面临着态势复杂多变、数据实时更新和任务繁重紧迫等困难，为了防止飞行员由于认知负荷过高而产生的态势理解能力下降的现象，需要对飞行员的认知负荷进行评估和计算。目前，评估和计算认知负荷的方法主要是基于问卷和量表的主观评测法，该方法只适用于实验环境，不具备实时评估与计算的功能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于眼动和脑电数据的认知负荷评估方法。本发明基于眼动数据和脑电数据，使用支持向量机算法来计算飞行员的认知负荷(认知负荷高/认知负荷低)，基于眼动和脑电数据进行认知负荷评估和计算，使认知负荷的评估和计算具备实时性。因此，本发明基于眼动和脑电数据进行飞行员认知负荷的评估和计算，使飞行员及地勤人员可实时了解当前飞行员的认知负荷状态，提升执行飞行任务的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

Step1：基于眼动数据计算认知负荷；

用于计算认知负荷的眼动数据总共有7个指标，分别是：凝视时长、凝视次数、扫视时长、扫视次数、扫视角度、瞳孔面积和眨眼率7个眼动数据，各眼动数据的具体定义如表1所示：

表1各眼动数据解释

接下来，需要对7个眼动数据进行归一化，将眼动数据统一到0～1之间，归一化公式如下：

其中，i的取值范围为{1,2,3,4,5,6,7}，分别代表以上7个眼动数据；x_1i表示各眼动数据的原始值大小；x_1min和x_1max分别表示各眼动数据原始值的最小值和最大值；

将7个眼动数据归一化后，根据支持向量机的决策方程与0的关系来判断认知负荷的高低，基于数据对模型进行训练，训练完成后会得到支持向量机决策方程的两个参数w₁和b₁，分别为决策方程的权重和决策方程的附加量；

得到两个参数w₁和b₁后，根据决策方程与0的关系即可判断认知负荷的高低，决策方程如下：

f(x₁)＝w₁·x₁+b₁ (2)

其中，x₁为归一化后的7个眼动数据所构成的向量，通过公式(2)，计算出最终结果，将最终结果与0进行比较，若小于0则为高认知负荷，大于0则为低认知负荷；

Step2：基于脑电数据(alpha波)计算认知负荷

脑电数据根据脑电波频率的不同可分为5种，分别是Delta、Theta、Alpha、Beta、Gamma波，具体下表3所示：

表3脑电数据定义