駕駛艙飛行員認(rèn)知行為一體化仿真建模

薛紅軍，龐俊鋒，欒義春，李 磊

西北工業(yè)大學(xué) 航空學(xué)院，西安 710072

駕駛艙飛行員認(rèn)知行為一體化仿真建模

薛紅軍，龐俊鋒，欒義春，李 磊

西北工業(yè)大學(xué) 航空學(xué)院，西安 710072

1 引言

大量的調(diào)查實(shí)例和分析表明，在航空系統(tǒng)中，人的不安全行為導(dǎo)致的飛行事故占有很大的比例。在20世紀(jì)90年代，民用航空領(lǐng)域大約90%的事故是人的因素所致。造成這種狀況的原因：一方面是越來(lái)越多的高新技術(shù)運(yùn)用到座艙設(shè)計(jì)中，導(dǎo)致人機(jī)匹配等問(wèn)題[1]；另一方面飛行員本身的認(rèn)知行為也成為影響飛行安全的重要因素，對(duì)后者的深入研究正日益引起航空工效學(xué)人員的關(guān)注。

1.1 認(rèn)知理論

建立認(rèn)知模型的技術(shù)通常稱(chēng)為認(rèn)知建模，目的是為了從人的能力方面探索和研究人的思維機(jī)制，特別是人的信息處理機(jī)制。由于認(rèn)知的復(fù)雜性，認(rèn)知建模發(fā)展較為緩慢，目前有影響力、應(yīng)用較多的認(rèn)知體系架構(gòu)主要有ACT-R、SOAR（States，Operators，And Reasoning）、EPIC（Executive-Process Interactive Control）等。EPIC可用于多任務(wù)執(zhí)行，但沒(méi)有學(xué)習(xí)強(qiáng)化和知識(shí)退化機(jī)制；SOAR、ACT-R都可用于問(wèn)題解決以及學(xué)習(xí)，但SOAR沒(méi)有知識(shí)退化機(jī)制且其使用范圍有限[2]。

ACT-R是探討人類(lèi)認(rèn)知過(guò)程工作機(jī)制的理論模型，揭示人類(lèi)組織知識(shí)、產(chǎn)生智能行為的思維運(yùn)動(dòng)規(guī)律。ACT-R屬于符號(hào)主義處理架構(gòu)的統(tǒng)一認(rèn)知模型，可以近似地模擬人的全部認(rèn)知行為，對(duì)人進(jìn)行一體化仿真；ACT-R已有大量實(shí)驗(yàn)信息可以直接被研究工作使用；ACT-R理論已用于很多領(lǐng)域，成功地解釋了眾多實(shí)踐結(jié)果。基于以上的對(duì)比以及飛行員認(rèn)知建模的需要，本文選擇ACT-R認(rèn)知體系作為飛行員認(rèn)知研究的理論基礎(chǔ)。

1.2 研究現(xiàn)狀

在國(guó)內(nèi)航空領(lǐng)域，飛行員認(rèn)知研究主要集中在局部認(rèn)知行為，如操作特性[3]、情景意識(shí)[4]、注意力分配[5]等方面，當(dāng)前還沒(méi)有飛行員認(rèn)知行為一體化仿真建模的相關(guān)研究。

在國(guó)外航空領(lǐng)域，飛行員認(rèn)知研究較為先進(jìn)，與本文課題密切相關(guān)的是NASA的HPM（Human Performance Modeling Project）項(xiàng)目。2003年到2008年間，NASA組織開(kāi)展了人的能力建模項(xiàng)目，主要對(duì)復(fù)雜飛行任務(wù)中技術(shù)高超、訓(xùn)練有素的飛行員的認(rèn)知和操縱能力進(jìn)行仿真建模。研究人員對(duì)兩個(gè)與飛行任務(wù)相關(guān)聯(lián)的典型問(wèn)題：機(jī)場(chǎng)地面滑行的操縱問(wèn)題和綜合視景系統(tǒng)進(jìn)行研究，基于ACT-R認(rèn)知體系構(gòu)建了飛行員飛行進(jìn)近的認(rèn)知模型[6]。

2 ACT-R認(rèn)知架構(gòu)

ACT-R認(rèn)知體系由John.R.Anderson于1976年提出，是系統(tǒng)闡述人腦如何進(jìn)行信息加工活動(dòng)的理論以及信息處理的整合模型，著重研究高級(jí)思維的控制過(guò)程，并不斷吸收最新的認(rèn)知心理學(xué)理論、研究成果、研究方法等對(duì)ACT-R體系和模型進(jìn)行完善，整合和借鑒了其他較為先進(jìn)認(rèn)知行為的局部模型如SOAR的整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)架理念、EPIC的感知輸入與動(dòng)作輸出、HAM[7]（Human Associative Memory）的記憶模型、產(chǎn)生式系統(tǒng)表征的技能知識(shí)等。

ACT-R主體系統(tǒng)的一般框架由三個(gè)記憶部分組成：工作記憶、陳述性記憶和程序性記憶[8]，如圖1所示。

圖1 ACT-R認(rèn)知架構(gòu)

ACT-R理論作為飛行員認(rèn)知行為研究的理論基礎(chǔ)主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：

（1）針對(duì)性

ACT-R屬于符號(hào)主義處理架構(gòu)的統(tǒng)一認(rèn)知模型，可以近似地模擬飛行員的全部認(rèn)知行為，對(duì)飛行員進(jìn)行一體化仿真。

（2）動(dòng)態(tài)性

飛行員的飛行技能是一個(gè)成長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，學(xué)習(xí)假設(shè)（learning assumptions）的理論基礎(chǔ)使得ACT-R具有學(xué)習(xí)成長(zhǎng)退化機(jī)制。

（3）時(shí)效性

準(zhǔn)確、快速是飛行技能的特點(diǎn)。ACT-R程序性知識(shí)自動(dòng)化表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是速度；二是精確性。

3 ACT-R認(rèn)知架構(gòu)下飛行員認(rèn)知行為建模

一個(gè)飛行學(xué)員經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、飛機(jī)操縱實(shí)踐最后成為飛行專(zhuān)家，飛行員駕駛技能的成長(zhǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。飛行員駕駛技能是指順利完成飛行任務(wù)的身心品質(zhì)的合理組織方式，是心智技能和動(dòng)作技能的有機(jī)結(jié)合。飛行員駕駛技能的成長(zhǎng)分為駕駛技能獲得、駕駛技能提取和運(yùn)用兩個(gè)階段。

3.1 基于ACT-R的飛行員駕駛技能獲得、提取和運(yùn)用模型

3.1.1 飛行員駕駛技能獲得模型

ACT-R本質(zhì)上是一種感覺(jué)理論，因?yàn)橹R(shí)結(jié)構(gòu)源于環(huán)境編碼。飛行員運(yùn)用一般性策略，如目標(biāo)分解、逆向推理等從環(huán)境中編碼知識(shí)組塊，然后對(duì)與問(wèn)題解決樣例有關(guān)并需要進(jìn)行變換的規(guī)則進(jìn)行推導(dǎo)，重組大量的知識(shí)，并儲(chǔ)存為長(zhǎng)時(shí)記憶的認(rèn)知資源[9]。

飛行員駕駛技能獲得的三個(gè)階段：

（1）陳述性階段，在這一階段，飛行員學(xué)習(xí)必要的理論知識(shí)或者基本概念、觀摩教練的操作等獲得有關(guān)飛機(jī)駕駛的陳述性知識(shí)，并以聲明（Statement）的形式儲(chǔ)存在大腦的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中，然后運(yùn)用一般可行的程序來(lái)處理或理解這些知識(shí)。

飛行員在學(xué)習(xí)理論知識(shí)或者基本概念、觀摩教練的操作等過(guò)程中，隨著時(shí)間的推移，對(duì)知識(shí)的理解越來(lái)越深，在ACT-R認(rèn)知體系中組塊基本激活水平Bi（base-level activation）的增長(zhǎng)能夠很好地模擬這一成長(zhǎng)過(guò)程?；炯せ钏诫S著學(xué)習(xí)次數(shù)的增長(zhǎng)以及新知識(shí)與舊知識(shí)結(jié)合程度的提高而增長(zhǎng)。因此，飛行員基本激活水平可用下式計(jì)算：

其中n為組塊的呈現(xiàn)次數(shù)，tj為從第 j次呈現(xiàn)到當(dāng)前的時(shí)間，d為衰退參數(shù)。

（2）知識(shí)編譯階段，在此階段，飛行員將聲明形式表征的陳述性知識(shí)轉(zhuǎn)化為以產(chǎn)生式規(guī)則表征的程序性知識(shí)，即操作技能。飛行員將分散的知識(shí)進(jìn)行組合形成基本的駕駛技能，進(jìn)而將基本的駕駛技能進(jìn)行整合形成比較系統(tǒng)的駕駛技能，建立各種條件下問(wèn)題情境與解決方法之間的聯(lián)系，形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。

飛行員經(jīng)過(guò)不斷練習(xí)實(shí)踐，對(duì)駕駛技能的運(yùn)用會(huì)更加?jì)故?。在ACT-R認(rèn)知體系中，每一個(gè)產(chǎn)生式都與一個(gè)效用值相聯(lián)系，產(chǎn)生式效用值（utilities）的增加能夠很好地模擬駕駛技能的成長(zhǎng)。每個(gè)效用值能夠通過(guò)模型的反饋而成長(zhǎng)，因此，飛行員的產(chǎn)生式效用值可用下式計(jì)算：

其中Ui(n-1)、Ui(n)分別表示產(chǎn)生式經(jīng)過(guò)第n-1次、第n次運(yùn)用之后的值；Ri(n)是它第n次運(yùn)用獲得的反饋；a表示成長(zhǎng)率。

（3）程序性階段，當(dāng)飛行員獲得的各種駕駛知識(shí)與駕駛技能轉(zhuǎn)化為解決問(wèn)題的自動(dòng)化過(guò)程后，提高認(rèn)知技能激活速度的內(nèi)在信息加工過(guò)程仍在進(jìn)行。各種程序化、自動(dòng)化過(guò)程不斷優(yōu)化，強(qiáng)化有效的問(wèn)題解決策略和規(guī)則，進(jìn)一步提高飛行員問(wèn)題解決的認(rèn)知加工速度。

飛行員在駕駛技能學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)遷移現(xiàn)象，對(duì)于遷移，Anderson等人提出了“共同要素理論”?；凇肮餐乩碚摗?，認(rèn)為飛行員兩種技能之間發(fā)生遷移的條件是，它們之間必須共用相同的產(chǎn)生式規(guī)則，并且兩種技能之間的遷移量，可以通過(guò)計(jì)算它們共用的產(chǎn)生式規(guī)則的數(shù)量來(lái)做出估計(jì)：（1）如果兩種技能共用較多的產(chǎn)生式規(guī)則，它們之間將產(chǎn)生顯著的遷移；（2）如果兩種技能共用較少的產(chǎn)生式規(guī)則，即使它們共用相同的組塊，它們之間也將產(chǎn)生很少的遷移或者沒(méi)有遷移[10]。

3.1.2 飛行員駕駛技能的提取和運(yùn)用模型

飛行員駕駛技能提取和運(yùn)用是飛行員身處的外部環(huán)境和飛行員內(nèi)部認(rèn)知加工的共同作用。飛行員根據(jù)特定目標(biāo)要求或者特定情境從大腦中提取知識(shí)進(jìn)行一系列的操作來(lái)完成飛行任務(wù)，比如進(jìn)行飛機(jī)降落時(shí)，他會(huì)從大腦中提取出有關(guān)飛機(jī)降落的知識(shí)進(jìn)行操作。

當(dāng)處在某種駕駛情境中，飛行員就要對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行篩選編碼，把當(dāng)前的情境與學(xué)習(xí)過(guò)的情境進(jìn)行比較，從中選擇出與當(dāng)前情境最符的駕駛技能?；贏CT-R認(rèn)知體系結(jié)構(gòu)，提出飛行員組塊知識(shí)激活水平的計(jì)算如下：

其中Bi是組塊i的基本激活水平，它反映的是組塊i使用的嶄新度和頻率；Wj是情境組塊 j的注意權(quán)重；Sji是從情境組塊 j與記憶組塊i的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度；∑lPMli表示局部匹配；ε表示擾動(dòng)。

飛行員所處的情境與過(guò)去某個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)的情境相似時(shí)，飛行員有可能采取學(xué)習(xí)過(guò)的情境所對(duì)應(yīng)的操作，也就是說(shuō)由于相似性，飛行員很可能產(chǎn)生誤判或者誤操作，在ACT-R激活水平計(jì)算中的局部匹配部分能夠充分地體現(xiàn)這一點(diǎn)。

當(dāng)然，飛行員駕駛技能的獲得、提取和運(yùn)用，是一個(gè)相互交織的過(guò)程，飛行員是伴隨著“學(xué)中做、做中學(xué)”而不斷成長(zhǎng)。

3.2 基于ACT-R的飛行員認(rèn)知行為一體化仿真建模

3.2.1 飛行員駕駛飛機(jī)的行動(dòng)過(guò)程

飛行員駕駛飛機(jī)的行動(dòng)過(guò)程是飛行員通過(guò)各種途徑收集信息，并對(duì)信息進(jìn)行加工處理，做出判斷決策，然后使用機(jī)上操縱裝置，對(duì)飛機(jī)實(shí)施操縱控制，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定飛行目的的過(guò)程。飛機(jī)駕駛是人有目的的行動(dòng)，按照認(rèn)知心理學(xué)理論，飛機(jī)駕駛行動(dòng)過(guò)程可分為感知發(fā)現(xiàn)、判斷決策和實(shí)施操縱等三個(gè)階段[11]，如圖2所示。按照信息理論，感知發(fā)現(xiàn)是信息獲取、儲(chǔ)存的輸入階段，判斷決策是信息的加工、處理階段，實(shí)施操縱是輸出階段。

圖2 飛行員駕駛飛機(jī)行動(dòng)過(guò)程階段劃分

在感知發(fā)現(xiàn)階段，飛行員主要通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和前庭功能等感覺(jué)器官來(lái)感知發(fā)現(xiàn)飛行狀態(tài)、收集信息。

在判斷決策階段，飛行員在感知發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合駕駛經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用一定的思維方式，經(jīng)過(guò)分析做出判斷，確定飛行目的和有利于達(dá)到飛行目的的操縱活動(dòng)。

在實(shí)施操縱階段，飛行員依據(jù)做出的操縱決策，通過(guò)手、腳等運(yùn)動(dòng)器官對(duì)飛機(jī)操縱裝置實(shí)施具體的操作。

3.2.2 駕駛艙告警處理實(shí)驗(yàn)

飛行員駕駛飛機(jī)是感知發(fā)現(xiàn)、判斷決策和實(shí)施操縱三個(gè)階段或者三個(gè)子任務(wù)不間斷地串聯(lián)組合、連鎖反應(yīng)的過(guò)程。為了使實(shí)驗(yàn)及模型模擬具有代表性，任務(wù)材料的選取遵從以下三個(gè)原則：（1）任務(wù)材料必須包含飛行員駕駛飛機(jī)的三個(gè)階段或者三個(gè)子任務(wù)；（2）任務(wù)材料必須便于認(rèn)知建模；（3）任務(wù)材料必須簡(jiǎn)化抽象，使模型具有典型性，易于擴(kuò)展到大部分具體的駕駛?cè)蝿?wù)。鑒于此，本文以駕駛艙中出現(xiàn)頻率最高的典型飛行任務(wù)“飛行員告警信息感知、處理與決策”為對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與建立仿真模型。

實(shí)驗(yàn)材料：駕駛艙主警告發(fā)出連續(xù)的告警聲音，被試飛行員聽(tīng)到告警聲音之后，查看顯示組件主注意燈的顏色。如果被試飛行員發(fā)現(xiàn)主注意燈的顏色是紅色，那么緊急作動(dòng)進(jìn)行按鍵操作消除告警；如果被試飛行員發(fā)現(xiàn)主注意燈的顏色是琥珀色，那么只需引起注意即可。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：駕駛艙仿真平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。

被試：飛行器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)研究生10名

實(shí)驗(yàn)步驟：首先對(duì)被試的行為能力進(jìn)行合理約束，然后讓被試在駕駛艙仿真平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，其行為序列通過(guò)仿真平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行攝像記錄，其行為的詳細(xì)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)進(jìn)行記錄。圖3為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，圖中有捕捉設(shè)備、駕駛艙仿真平臺(tái)和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備。

圖3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

3.2.3 模型建立

模型建立的關(guān)鍵是飛行員告警信息診斷和操作處理數(shù)據(jù)庫(kù)，飛行員告警處理認(rèn)知行為模型框架如圖4所示。基于ACT-R建模環(huán)境運(yùn)用lisp語(yǔ)言進(jìn)行程序編寫(xiě)建立任務(wù)模型如圖5所示，圖中窗體分別表示在ACT-R平臺(tái)上建立的駕駛艙告警系統(tǒng)、飛行員告警處理陳述性知識(shí)庫(kù)和產(chǎn)生式規(guī)則庫(kù)等。

圖4 飛行員認(rèn)知行為模型框架

圖5 運(yùn)用ACT-R建模工具建立模型

ACT-R建模工具中所包含參數(shù)的默認(rèn)值為國(guó)外一般人群的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為了建立我國(guó)飛行員的仿真模型，建模中必須對(duì)視覺(jué)模塊、聽(tīng)覺(jué)模塊、作動(dòng)模塊等模塊的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。本文依據(jù)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃駕駛艙人機(jī)工效一體化中飛行員仿真理論與模型研究課題組所進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的信息數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整模型參數(shù)，從而使模型模擬順利合理進(jìn)行。課題組進(jìn)行的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括：視覺(jué)實(shí)驗(yàn)、聽(tīng)力辨析實(shí)驗(yàn)、視聽(tīng)告警雙任務(wù)干涉系列實(shí)驗(yàn)、信息激活強(qiáng)度關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)、個(gè)體差異系列實(shí)驗(yàn)等。模型模擬結(jié)果如圖6所示，左半部分為飛行員認(rèn)知行為時(shí)間序列、組塊激活水平計(jì)算、產(chǎn)生式效用值計(jì)算等，右半部分為大腦血氧水平顯示。調(diào)整模型參數(shù):trace-detail為high可得到更為詳細(xì)的模擬結(jié)果。

圖6 模型運(yùn)行結(jié)果

3.2.4 對(duì)比分析

模型模擬可以確定飛行員單步認(rèn)知行為的時(shí)刻，包括聽(tīng)到主警告的時(shí)刻、查看主注意燈的時(shí)刻、判斷決策的時(shí)刻、按鍵操作的時(shí)刻。調(diào)整模型參數(shù)后可以得到更為詳細(xì)的認(rèn)知行為時(shí)間序列，如按鍵操作花費(fèi)時(shí)間為450 ms，其中preparation-complete為300 ms，initiation-complete為50 ms，output-key為10 ms，finish-movement為150 ms。飛行員實(shí)驗(yàn)可以確定完成任務(wù)的總時(shí)間。

飛行員操作和模型模擬單獨(dú)進(jìn)行，使用模擬結(jié)果對(duì)飛行員認(rèn)知行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)模擬結(jié)果和飛行員實(shí)際操作的對(duì)比來(lái)驗(yàn)證模型的有效性。表1為被試操作與模型模擬對(duì)比，表中羅列了被試飛行員完成任務(wù)的平均時(shí)間，同時(shí)羅列了模型模擬中主要的認(rèn)知行為以及相應(yīng)的時(shí)刻。

表1 被試操作與模型模擬對(duì)比

對(duì)比分析結(jié)果：

（1）模型能夠成功完成任務(wù)目標(biāo)。由模型運(yùn)行結(jié)果可知：出現(xiàn)琥珀色告警，模型能夠引起注意；出現(xiàn)紅色告警，模型能夠進(jìn)行按鍵操作以消除告警。

（2）模型的單步操作和飛行員的單步行為相一致。飛行員的單步行為主要有聽(tīng)到主警告、查看主注意燈、判斷決策、按鍵消除告警，從模型運(yùn)行結(jié)果中抽取主要操作序列進(jìn)行對(duì)比，可知二者一致。

（3）被試飛行員平均花費(fèi)時(shí)間為2.022 s，模型模擬時(shí)間為2.293 s。出現(xiàn)差異的主要原因是：一方面課題組進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)有限，關(guān)鍵參數(shù)調(diào)整不完全；另一方面，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，被試操作易達(dá)到自動(dòng)化水平，時(shí)間花費(fèi)減少。

4 結(jié)論

基于ACT-R的飛行員認(rèn)知行為建模，表明ACT-R認(rèn)知體系適合飛行員認(rèn)知行為仿真建模，有助于推動(dòng)駕駛艙人機(jī)工效一體化中飛行員仿真理論與模型研究的發(fā)展，指導(dǎo)駕駛艙人機(jī)工效設(shè)計(jì)與評(píng)估，預(yù)測(cè)飛行員的操縱失誤率、評(píng)估飛行安全，驗(yàn)證飛行操作程序的合理性和正確性。

基于ACT-R的飛行員認(rèn)知行為模型能夠?qū)︼w行員高層認(rèn)知和決策過(guò)程的工作機(jī)制進(jìn)行解釋?zhuān)瑥亩鵀樘剿黠w行員組織知識(shí)、產(chǎn)生智能行為的思維運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供了一種實(shí)現(xiàn)方法，有助于提高飛行員培訓(xùn)效率，降低飛行員培訓(xùn)成本，提高飛行員安全駕駛能力，降低隨機(jī)失誤的概率。

駕駛艙飛行員認(rèn)知行為建模是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，實(shí)驗(yàn)、理論、模型和工程應(yīng)用綜合在一起。若要對(duì)復(fù)雜飛行任務(wù)中的飛行員進(jìn)行認(rèn)知建模還需要做三方面的工作：（1）進(jìn)行系統(tǒng)完整的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，完善飛行員特有的信息數(shù)據(jù)以及模型準(zhǔn)確性、有效性的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)；（2）本文認(rèn)知建模中的操作模型局限于簡(jiǎn)單的手部操作，必須擴(kuò)展操作模塊才能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜操作行為的模擬；（3）建立飛機(jī)外部環(huán)境和駕駛艙控制的環(huán)境模型，環(huán)境模型可以為飛行員提供輸入與輸出反饋，從而形成回路，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)仿真。

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XUE Hongjun,PANG Junfeng,LUAN Yichun,LI Lei

School of Aeronautics,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China

To compensate the lack of the pilot cognitive behaviour integration modelling in the domestic aviation field,this paper provides comprehensive models for the inherent mechanism of pilot’s driving skills acquisition,extraction and exertion on the base of the ACT-R（Adaptive Control of Thought-Rational）cognitive system.By dividing the process of flying an aircraft,the experiment designing and integrated simulation of the typical missions in the cockpit which is called the pilot warning information perception,processing and decision-making are set up.Respectively,the simulation is compared with the experiment.It shows that the ACT-R architecture agrees with the modelling of pilot.It can promote the research of pilot simulation theory in the cockpit ergonomics and provide support for the cockpit optimized design.

pilot;aircraft driving;cognitive modeling;Adaptive Control of Thought-Rational（ACT-R）

針對(duì)國(guó)內(nèi)航空領(lǐng)域飛行員認(rèn)知行為一體化建模研究較少，運(yùn)用ACT-R認(rèn)知架構(gòu)對(duì)民機(jī)飛行員駕駛技能獲得、提取和運(yùn)用的內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行建模。對(duì)飛行員駕駛飛機(jī)的認(rèn)知過(guò)程進(jìn)行劃分；以駕駛艙中出現(xiàn)頻率最高的典型飛行任務(wù)——飛行員告警信息感知、處理與決策為對(duì)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和一體化仿真；對(duì)實(shí)驗(yàn)操作和模擬仿真進(jìn)行對(duì)比，表明ACT-R認(rèn)知體系能夠指導(dǎo)推進(jìn)駕駛艙人機(jī)工效一體化中飛行員仿真理論與模型研究的發(fā)展，為駕駛艙優(yōu)化設(shè)計(jì)與評(píng)估提供深層次的支撐。

飛行員；飛機(jī)駕駛；認(rèn)知行為建模；推理思維的自適應(yīng)控制（ACT-R）

A

TP391.9

10.3778/j.issn.1002-8331.1202-0563

XUE Hongjun,PANG Junfeng,LUAN Yichun,et al.Cockpit pilot cognitive behavioral integration simulation modeling. Computer Engineering and Applications,2013,49（23）：266-270.

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（No.2010CB734101）。

薛紅軍（1966—），男，博士，副教授，研究領(lǐng)域?yàn)槿藱C(jī)工效；龐俊鋒（1986—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槿藱C(jī)工效。E-mail：pangjunf521@126.com

2012-02-28

2012-06-27

1002-8331（2013）23-0266-05