[发明专利]基于动态通路模型的飞行员情境意识预测系统和方法

权利要求书

1.一种基于动态通路模型的飞行员情境意识预测系统，其特征在于包括：

飞行情境输入子系统，用于为飞行员情境意识预测确定系统提供初始要求，其包括显示界面参数模块和任务操作输入模块，用于对设计常量进行赋值；

基于动态通路模型的情境意识评定系统，其包括飞行员认知状态期望计算子模块、任务重要度计算子模块和情境意识水平输出模块，用于为飞行情境输入系统执行基于动态通路模型的情境意识算法计算，并进行输出，

其中：

显示界面输入子模块包括：

界面编码模块，用于设置各显示界面上的界面元素信息，这里可以选择的界面编码元素包括字符大小、颜色匹配、仪表布局、突显；

信息价值模块，用于设置各显示界面的重要度水平；

信息期望模块，用于设置各显示界面上事件发生概率；

注意转移模块，用于设置不同显示界面之间的相对距离，

任务操作输入子模块包括：

针对当前任务操作的每个行为元素的信息需求模块，用于进行当前行为元素的信息需求量的视觉、听觉、认知、运动以及持续时间这5个维度值的输入，

针对当前任务操作的每个行为元素的信息冲突模块，用于进行当前行为元素的信息冲突量的视觉、听觉、认知、运动以及持续时间这5个维度值的输入，

其中：

视觉维度用于设置视觉需求；

听觉维度用于设置听觉需求；

认知维度用于设置认知需求；

运动维度用于设置运动需求；

持续时间维度用于设置当前行为元素信息需求以及当前行为元素与下一行为元素信息冲突的持续时间，

飞行员认知状态期望计算子模块用于依据方程(1)：

由飞行员对情境元素的五类认知状态对飞行员的认知状态期望进行表征，这五种认知状态分别是作为事件a的“未被注意”、作为事件b的“注意未感知”、作为事件c的“感知未理解”、作为事件d的“理解未预测”和作为事件e的“预测并反馈输出”，在此基础上组成对该情境元素认知的动态通路循环，

式(1)中，Q为情境元素的认知期望；β为整个认知过程需完成的路线数，R_m为事件m的通路编号，P(m)为对应的事件m发生的概率，m的取值为a、b、c、d和e，

任务重要度计算子模块用于依据方程(2)：

对任务操作输入子模块的输入参数进行计算，

式(2)中：

Z为任务重要度，

U_ε为行为元素ε的行为量，当该行为元素存在时U_ε＝1，不存在则U_ε＝0，

V_ε是行为元素ε的信息需求量，它与McCracken-Aldrich编码量表中包含的类别之一相匹配，

U_γ是行为元素γ的行为量，

G_εγ是U_ε和U_γ的信息冲突量，

t_d为当前任务操作的开始时间，t₀为当前任务操作的结束时间，

其中：

信息需求模块针对当前任务操作的每个行为元素通过直接输入上述5个维度的值，并以视觉、听觉、认知和运动维度输入值之和乘以当前行为元素信息需求持续时间维度的输入值，得出当前行为元素的信息需求量；信息冲突模块面向当前行为元素与下一行为元素出现并发冲突时，选取当前行为元素与下一行为元素在视觉、听觉、认知和运动维度中发生冲突的维度的输入值乘以冲突矩阵定义的冲突系数，再乘以当前行为元素与下一行为元素信息冲突持续时间维度的输入值，计算当前行为元素的信息冲突量，

任务重要度计算子模块中的任务重要度计算为当前任务操作中所有行为元素的信息需求量加上信息冲突量之和，再除以当前任务操作的持续总时间，其中持续总时间即当前任务操作结束时间减去当前任务操作开始时间，

情境意识水平输出模块，计算任务重要度与各情境元素认知期望的乘积，把该乘积作为情境意识水平，并针对由显示界面和任务操作组成的多个典型飞行情境，由情境意识水平输出模块计算得出对应飞行情境的情境意识水平，通过对多个典型飞行情境的情境意识水平进行两两比较得出情境意识水平最差的那一飞行情境，并将该飞行情境输出为情境意识水平较差，其余的飞行情境则输出为情境意识水平较好。

2.一种基于动态通路模型的飞行员情境意识预测方法，其特征在于包括：

飞行情境输入步骤，用于为飞行员情境意识预测确定系统提供初始要求，其包括用于对设计常量进行赋值的显示界面参数操作和任务操作输入操作；

基于动态通路模型的情境意识评定步骤，其包括飞行员认知状态期望计算步骤、任务重要度计算步骤和情境意识水平输出步骤，用于为飞行情境输入系统执行基于动态通路模型的情境意识算法计算，并进行输出，

其中：

显示界面输入子步骤包括：

界面编码步骤，用于设置各显示界面上的界面元素信息，这里可以选择的界面编码元素包括字符大小、颜色匹配、仪表布局、突显；

信息价值步骤，用于设置各显示界面的重要度水平；

信息期望步骤，用于设置各显示界面上事件发生概率；

注意转移步骤，用于设置不同显示界面之间的相对距离，

任务操作输入子步骤包括：

针对当前任务操作的每个行为元素的信息需求步骤，用于进行当前行为元素的信息需求量的视觉、听觉、认知、运动以及持续时间这5个维度值的输入，

针对当前任务操作的每个行为元素的信息冲突步骤，用于进行当前行为元素的信息冲突量的视觉、听觉、认知、运动以及持续时间这5个维度值的输入，

其中：

视觉维度用于设置视觉需求；

听觉维度用于设置听觉需求；

认知维度用于设置认知需求；

运动维度用于设置运动需求；

持续时间维度用于设置当前行为元素信息需求以及当前行为元素与下一行为元素信息冲突的持续时间，

飞行员认知状态期望计算子步骤用于依据方程(1)：

由飞行员对情境元素的五类认知状态对飞行员的认知状态期望进行表征，这五种认知状态分别是作为事件a的“未被注意”、作为事件b的“注意未感知”、作为事件c的“感知未理解”、作为事件d的“理解未预测”和作为事件e的“预测并反馈输出”，在此基础上组成对该情境元素认知的动态通路循环，

式(1)中，Q为情境元素的认知期望；β为整个认知过程需完成的路线数，R_m为事件m的通路编号，P(m)为对应的事件m发生的概率，m的取值为a、b、c、d和e，

任务重要度计算子步骤用于依据方程(2)：

对任务操作输入子步骤的输入参数进行计算，

式(2)中：

Z为任务重要度，

U_ε为行为元素ε的行为量，当该行为元素存在时U_ε＝1，不存在则U_ε＝0，

V_ε是行为元素ε的信息需求量，它与McCracken-Aldrich编码量表中包含的类别之一相匹配，

U_γ是行为元素γ的行为量，

G_εγ是U_ε和U_γ的信息冲突量，

t_d为当前任务操作的开始时间，t₀为当前任务操作的结束时间，

其中：

信息需求步骤针对当前任务操作的每个行为元素通过直接输入上述5个维度的值，并以视觉、听觉、认知和运动维度输入值之和乘以当前行为元素信息需求持续时间维度的输入值，得出当前行为元素的信息需求量；信息冲突步骤面向当前行为元素与下一行为元素出现并发冲突时，选取当前行为元素与下一行为元素在视觉、听觉、认知和运动维度中发生冲突的维度的输入值乘以冲突矩阵定义的冲突系数，再乘以当前行为元素与下一行为元素信息冲突持续时间维度的输入值，计算当前行为元素的信息冲突量，

任务重要度计算子步骤中的任务重要度计算为当前任务操作中所有行为元素的信息需求量加上信息冲突量之和，再除以当前任务操作的持续总时间，其中持续总时间即当前任务操作结束时间减去当前任务操作开始时间，

情境意识水平输出步骤，计算任务重要度与各情境元素认知期望的乘积，把该乘积作为情境意识水平，并针对由显示界面和任务操作组成的多个典型飞行情境，由情境意识水平输出步骤计算得出对应飞行情境的情境意识水平，通过对多个典型飞行情境的情境意识水平进行两两比较得出情境意识水平最差的那一飞行情境，并将该飞行情境输出为情境意识水平较差，其余的飞行情境则输出为情境意识水平较好。