歼击机飞行员脑力负荷评价模型的研究
歼击机飞行员脑力负荷评价模型的研究
刘宝善 廖建桥 王玉红 曹步平 景百胜 王致洁 王成传
摘要 目的：评定飞机飞行品质，建立“歼击机飞行员脑力负荷评价模型”。 方法：在歼-A和歼-B两种不同飞机的地面飞行模拟器上，由飞过该两种飞机的飞行员进行测试，对评价脑力负荷的主观评价法、主任务评价法、次任务评价法、生理评价法和综合评价法共7个指标用显著性测验进行选择。结果：5个评价指标当选，根据该5个指标的权重建立了“歼击机飞行员脑力负荷评价模型”，并在歼-C飞机地面模拟器上进行了验证。结论：结果与试飞员的主观评价符合。该评价模型作出的评定可靠，有较强的可操作性。
关键词：人类工效学 脑力负荷 评价模型
, 百拇医药
在先进复杂的人机系统(如高性能歼击机)中，脑力负荷已成为越来越重要的现实问题。早在70年代初期，西方发达国家就认识到测量脑力负荷的重要意义，并投入了大量的人力和财力对脑力负荷进行研究。然而，由于影响脑力负荷的因素较多，而且其中有许多不确定因素，目前尚未找到理想的测量和评价脑力负荷的方法[1-4]。本试验研究的目的在于找出评价歼击机飞行员脑力负荷的有效测量方法和评价指标，并根据实测我国歼击机飞行员的客观数据，最终建立评价我国歼击机飞行员脑力负荷的模型，为新型歼击机的设计、评审和制定国家军用标准提供客观依据。
对象与方法
一、对象
1.用“库柏-哈柏”方法测定的受试者：见参考文献5。
2.进行脑力负荷评价参数的测定的对象为：驾驶过歼-A和歼-B两种飞机的飞行员60名。年龄26～43岁；飞行时间：歼-A 100～2 550 h，歼-B 100～1 300 h。飞行技术均属优、良等级；身体、心理状况健康，飞行合格。
, 百拇医药
二、方法
1.“库柏-哈柏”方法：见参考文献5、6。
2.脑力负荷评价参数的测定：①测试设备：歼-A和歼-B飞机地面飞行模拟器各1台；评价飞行员脑力负荷储备值设备各1套；日本产三荣1A17型脑电图仪；发声器和耳机，音量70～90 dB(可调)，靶刺激频率为2 kHz、出现概率为0.3，非靶刺激频率为1 kHz、出现概率为0.7，以上两种音调随机出现，刺激频率为0.7 Hz，即1 次/1.4 s。②试验步骤：第一步：测定P300潜时和信息处理速度基础值。受试者贴好电极后，头戴耳机，取坐位，睁眼，全身放松，注意力集中，认真、准确地辨别两种不同音调听觉信号。描记P300波形，测量P300潜时，记录应答(按键)的正确率和反应时。第二步：模拟器地面飞行试验。采用双重任务试验设计。主任务选定双180°大航线仪表飞行课目；附加任务选定辨别P300靶刺激和非靶刺激听觉信号。先练习1～2个起落，然后单纯飞行1个起落，继之双重任务飞行1个起落。两种模拟器飞行的顺序，不同受试者交替进行，以克服先后顺序对试验结果的影响。飞行成绩，包括高度、速度、航向、坡度和升降率等飞行参数的保持情况，记录这些参数在何时出现多大偏差、偏差累积时间及操纵中有无错、忘、漏动作；心电采用CM3双极胸前导联，通过提取R波，得出每分钟心率和平均心率；双重任务飞行时，除记录上述指标外，加测P300潜时和应答(按键)的正确率及反应时。
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脑力负荷储备值计算公式：
(1)
注：①上式中，设定与脑力负荷储备值成正比的参数相乘；反之，则相除。
②飞行质量=1-误差率。其中，误差率为各项飞行参数出现2分和3分的总偏差时间除以总飞行时间的商。飞行成绩采用5分制，由受试者各项实际飞行参数与飞行大纲规定的标准比较得出。
③信息处理速度(bit/s)=(1-P)÷(N+P)×Log2K÷T。其中，N为任务总次数、P为错误数和漏报数、K为刺激出现数、T为正确平均反应时[7]。
④紧张指数=双重任务飞行中心率/单纯飞行中心率。
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上述参数的采集、存贮及计算，均由评价飞行员脑力负荷储备值设备中的综合评价系统自动进行，并将结果直接打印出来。该综合评价系统的程序用汇编语言和C语言编写。
3.统计学处理：试验数据均采用SPSS/PC+统计软件包进行分析处理。所有实测数据均以
±s表示，采用t检验进行统计分析。
结果与建模
一、“库柏-哈柏”主观评价法
对144名飞行员的评价结果表明，歼-A组难度级为5.83±0.86，歼-B组为5.10±0.72，歼-A高于歼-B(t=13.46，P<0.001)。
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二、主任务评价法
飞行成绩用飞行参数保持率来表示，评价结果见表1。
表1 飞行参数保持率试验结果(n=60)
任务
Task
模拟机种
Simulator
type
x±s
t值
t value
P值
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P value
单纯飞行
Simple flight
task
歼-A
F-A
歼-B
F-B
0.65±0.15
0.69±0.16
1.47
>0.05
双重任务飞行
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Dual flight
task
歼-A
F-A
歼-B
F-B
0.47±0.19
0.61±0.16
5.22
<0.001
统计分析结果表明，飞行参数保持率这一主任务指标，单纯飞行歼-A和歼-B之间没有显著性差异(P>0.05)；而双重任务飞行歼-B与歼-A则有非常显著性差异(P<0.001)。
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三、次任务评价法
双重任务飞行时，在完成飞行任务的同时，附加辨别P300靶刺激和非靶刺激听觉信号。次任务成绩用信息处理速度来表示，评价结果表明，信息处理速度这一次任务指标，双重任务飞行时，模拟机歼-A组为9.84±1.71 bit/s，歼-B组为10.56±1.64 bit/s，歼-B比歼-A快(t=4.47，P<0.001)。
四、生理评价法
1.心率和紧张指数：评价结果见表2。统计分析结果表明，心率这一生理指标和紧张指数，歼-A和歼-B差异均不显著(P>0.05)，说明本试验的体力负荷和脑力负荷均未达到使心率明显加快的强度。
2.听觉事件相关脑电位(P300)潜时：评价结果表明，P300潜时这一生理指标，在模拟机双重任务飞行时，歼A组为472.17±44.79 ms，歼-B组为429.40±37.53 ms，歼-B比歼-A短(t=11.72，P<0.001)，说明飞歼-B比歼-A脑力负荷小。
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五、综合评价法
评价结果表明，脑力负荷储备值这一综合评价指标，飞模拟机歼-A组为0.53±0.18，歼-B组为0.72±0.13，歼-B比歼-A大(t=8.90，P<0.001)，说明歼-B比歼-A脑力负荷小。表2 心率(次/min)和紧张指数试验结果(n=60)
任务
Task
模拟机种
Simulator
type
x±s
t值
t value
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P值
P value
单纯飞行
Simple
flight task
歼-A
F-A
歼-B
F-B
81.78±8.96
80.79±8.89
1.40
>0.05
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双重任务飞行
Dual task
flight
歼-A
F-A
歼-B
F-B
82.73±9.48
84.14±9.46
0.74
>0.05
紧张指数
Tension
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index
歼-A
F-A
歼-B
F-B
1.012±0.047
1.002±0.138
0.51
>0.05
六、评价指标的筛选
本研究共采用7个评价指标来评价歼-A和歼-B飞行员的脑力负荷。从对试验结果的统计分析看，除心率和紧张指数这两个评价指标差异不显著应落选外，其余5个评价指标差异均有非常显著性而当选。
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从5个当选指标t检验的t值看，从大到小的排序为：①“库柏-哈柏”主观评价结果(简称库柏值)；②P300潜时(简称潜时)；③脑力负荷储备值(简称储备值)；④飞行参数保持率(简称飞参率)；⑤信息处理速度(简称信息速)。
七、评价模型的构架
由于本研究采用的脑力负荷评价指标其含义、量纲、变化趋势及其范围均不一样，这给我们建立统一的定量评价模型带来很大困难。为了消除这4个不一样，最好的办法是各评价指标自身相除。
除此，还有5个当选指标的权重问题。对不同方法和量纲进行加权，常采用总数法。国外在对脑力负荷进行加权时，就曾使用过这种方法，并且认为是有效的[9]。因为我们有5种评价方法和量纲，依据总数法，本研究的总数为1+2+3+4+5=15。根据t值从大到小的排序，当选5个评价指标的加权系数见表3。
如果我们用脑力负荷综合评价指数(mental workload index, MWI)作为评价模型的最终评价结果，且与脑力负荷成正比，本研究的脑力负荷评价模型构架便可列为式2：
(2)
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八、模型构架的试运算
本试验研究已经得出歼-A和歼-B两组评价参数，我们可以设定以 歼-B飞机为基准，即设定该飞机的MWI为1，来评价歼-A飞机的MWI， 对模型构架进行试运算，进而考核该模型构架是否合理、可用。试运算的结果为：MWI(歼-A)=1.445(运算过程从略)。
从试运算结果在宏观上不难看出，歼-A的MWI比歼-B大，与“库柏-哈柏”主观评价法的评价结果一致；从微观上分析看，主观评价结果歼-A和歼-B相对差别为(5.83-5.10)/5.10×100%=14.3%，而评价模型计算结果两者相对差别为44.5%，反映出本评价模型比单纯用主观评价法好。
九、评价模型的确立
从评价模型的构架中可以看出，模型的确立首先要确定评价的基准，即首先要确定已知的评价参数。而本研究得出歼-A和歼-B两组已知评价参数，需要在两者之中取一。由于歼-A的飞行品质比歼-B低，随着科学技术的发展，新研制飞机的飞行品质肯定会越来越好，这样歼-B飞机就处在承上启下的地位，所以理应选取歼-B飞机为评价基准。据此，本研究最终要建立的“歼击机飞行员脑力负荷评价模型”确定为式3：
, 百拇医药
表3 脑力负荷5个评价指标的加权系数
评价指标
Evaluation index
库柏值
Cooper Harper's
subjective rating
潜时
P300 latent time
储备值
Mental workload
reserve
, 百拇医药
飞参率
Maintaining
rate of flight
parameter
信息速
Information
processing speed
t值
t value
13.46
11.72
8.90
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5.22
4.47
加权系数
Weighted coefficient
5/15(0.333)
4/15(0.267)
3/15(0.200)
2/15(0.133)
1/15(0.067)
(3)
十、模型的验证
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在歼-C飞机飞行品质模拟器上，对该飞机首席试飞组的3名试飞员重复上面的试验。不同之处有以下三点：①不进行心率和紧张指数的测定；②脑力负荷储备值的计算公式中，删去紧张指数这一项；③歼-A和歼-B的飞行仪表为机电仪表，而歼-C飞机为平视显示器。验证结果如下：
1.试验结果：5项被评价参数测试的结果，见表4。
2.MWI计算结果：由于本次验证性试验的例数太少，只有3名试飞员，所以不宜做数理统计分析，只能进行个例计算或用简单的均值计算。计算结果见表5(计算过程从略)。
3.评价结论：①歼-C飞机的脑力负荷比歼-B小。从表5的计算结果可以看出，不论是个例计算，还是简单均值计算，或是个例计算结果的均值，歼-C飞机的MWI在0.6左右，比歼-B小0.4左右。二者相对差别为(1-0.6)/0.6×100%=66.7%,比歼-A与歼-B之间的相对差别大。②歼-C的飞行品质为3级左右。歼-A与歼-B的MWI相对差别为44.49%，二者的飞行品质相差约1个等级；按相对差别推算，歼-C的飞行品质应比歼-B飞机好2个等级左右；而歼-B的飞行品质为5级，所以歼-C飞机的飞行品质应为3级左右，与3名试飞员的主观评价是吻合的。
, 百拇医药
讨论
一、评价模型的结构和权重合理
从当选的5个评价指标排序可以看出：①“库柏-哈柏”主观评价结果在脑力负荷评价中效果最好，居首位，这与国外的研究结果相符合；②事件相关脑电位(P300)次之，居第2位，证明这一指标在脑力负荷评价中占有重要地位，这正是P300成为目前国内外研究热点的原因所在；③脑力负荷储备值居飞行参数保持率和信息处理速度之前，说明综合评价比单一指标评价好，这也与国外研究结果相符合；④信息处理速度当选，说明本研究设置的附加任务是合理的，达到附加任务的目的。
表4 3名受试飞行员在歼-C飞机模拟器上的5个脑力负荷评价参数
受试者
Subjects
库柏值
, 百拇医药
Cooper Harper's
subjective rating
潜时(ms)
Latent time(ms)
储备值
Reserve value
飞参率
信息速(bit/s)
基础值
Baseline time
value
飞行值
, 百拇医药
Flight time
value
单纯飞行
Simple flight
双重飞行
Dual flight
基础值
Baseline value
飞行值
Flight value
S01
3
, 百拇医药
392
406
0.861 2
0.864
0.844
13.126 4
11.572 6
S02
3
406
416
0.764 3
0.764
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0.744
12.844 4
10.080 0
S03
2
396
414
0.744 8
0.848
0.811
14.289 9
12.129 7
, 百拇医药
均值
Mean vlaue
2.667
398
412
0.790 1
0.825
0.800
13.420 2
10.927 4
表5 歼-C飞机MWI计算结果(歼-B MWI＝1)
受试者
, 百拇医药
Subjects
S01
S02
S03
S均值
Mean value of S
S
MWI值
MWI value
0.593
0.639
0.631
, 百拇医药
0.619
0.621
二、模型的评价结果与客观实际相符
本评价模型是在飞行性能不同的两种歼击机对比研究中建立的，并经过另一档次第三种歼击机的验证。经评价模型计算出的MWI，不仅与飞行员的主观评价相符，而且与三种飞机飞行品质的客观实际相符。
三、模型具有较强的可操作性
通过三种飞机的评价实践证明，模型中的5个评价参数在被评价飞机的地面飞行模型器或新研制飞机的飞行品质地面模拟器上均可测出，具有较强的可操作性。选定歼-B飞机为模型的评价基准，符合我国的国情，是适用的。模型中的基准评价参数是可替换的，具有灵活性，便于推广应用。
四、模型中定量成分为主
, 百拇医药
本模型除了“库柏值”是定性的主观评价指标外，其余4个评价参数均是定量的客观指标，从而增加了模型评价结果的可信度。
作者单位：刘宝善(100036 北京，空军航空医学研究所)
王玉红(100036 北京，空军航空医学研究所)
曹步平(100036 北京，空军航空医学研究所)
景百胜(100036 北京，空军航空医学研究所)
王致洁(100036 北京，空军航空医学研究所)
廖建桥(华中理工大学)
王成传(空军兴城疗养院)参考文献
1 廖建桥.脑力劳动负荷与效率.第1版.武汉：华中理工大学出版社，1996.37-106.
, 百拇医药
2 Wierwille WW, Eggemeier FT. Recommendations for mental workload measurement in a test and evaluation environment. Human Factors, 1993, 35(2):263-281.
3 Stern JA, Boyer D, Schroeder D. Blink rates: A possible measure of fatigue. Human Factors, 1994,36(2):285-297.
4 Hendy K, Liao J, Milgram P. Combining time and intensity effects in assessing operator information-processing load. Human Factors, 1997,39(1):30-47.
, http://www.100md.com
5 刘宝善.“库柏-哈柏”方法在飞行员脑力负荷评价中的应用.中华航空航天医学杂志，1997，4(8)：234-237.
6 Cooper GE, Harper RP. The use of pilot rating in the evaluation of aircraft handing qualities (NASA TN-D-5153). Washington D. C. :NASA, 1969.1-20.
8 Fowler B. P300 as a measure of workload during a simulated aircraft landing task. Human Factors, 1994, 36(4):670-683.
9 Hart SG, Staveland LE. Development of NASA-TLX: Results of empirical and theoretical research. In: Hancock PA, Meshkati N, eds. Human mental workload. Amsterdam: Elserier， 1988.139-184., 百拇医药
刘宝善 廖建桥 王玉红 曹步平 景百胜 王致洁 王成传
摘要 目的：评定飞机飞行品质，建立“歼击机飞行员脑力负荷评价模型”。 方法：在歼-A和歼-B两种不同飞机的地面飞行模拟器上，由飞过该两种飞机的飞行员进行测试，对评价脑力负荷的主观评价法、主任务评价法、次任务评价法、生理评价法和综合评价法共7个指标用显著性测验进行选择。结果：5个评价指标当选，根据该5个指标的权重建立了“歼击机飞行员脑力负荷评价模型”，并在歼-C飞机地面模拟器上进行了验证。结论：结果与试飞员的主观评价符合。该评价模型作出的评定可靠，有较强的可操作性。
关键词：人类工效学 脑力负荷 评价模型
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在先进复杂的人机系统(如高性能歼击机)中，脑力负荷已成为越来越重要的现实问题。早在70年代初期，西方发达国家就认识到测量脑力负荷的重要意义，并投入了大量的人力和财力对脑力负荷进行研究。然而，由于影响脑力负荷的因素较多，而且其中有许多不确定因素，目前尚未找到理想的测量和评价脑力负荷的方法[1-4]。本试验研究的目的在于找出评价歼击机飞行员脑力负荷的有效测量方法和评价指标，并根据实测我国歼击机飞行员的客观数据，最终建立评价我国歼击机飞行员脑力负荷的模型，为新型歼击机的设计、评审和制定国家军用标准提供客观依据。
对象与方法
一、对象
1.用“库柏-哈柏”方法测定的受试者：见参考文献5。
2.进行脑力负荷评价参数的测定的对象为：驾驶过歼-A和歼-B两种飞机的飞行员60名。年龄26～43岁；飞行时间：歼-A 100～2 550 h，歼-B 100～1 300 h。飞行技术均属优、良等级；身体、心理状况健康，飞行合格。
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二、方法
1.“库柏-哈柏”方法：见参考文献5、6。
2.脑力负荷评价参数的测定：①测试设备：歼-A和歼-B飞机地面飞行模拟器各1台；评价飞行员脑力负荷储备值设备各1套；日本产三荣1A17型脑电图仪；发声器和耳机，音量70～90 dB(可调)，靶刺激频率为2 kHz、出现概率为0.3，非靶刺激频率为1 kHz、出现概率为0.7，以上两种音调随机出现，刺激频率为0.7 Hz，即1 次/1.4 s。②试验步骤：第一步：测定P300潜时和信息处理速度基础值。受试者贴好电极后，头戴耳机，取坐位，睁眼，全身放松，注意力集中，认真、准确地辨别两种不同音调听觉信号。描记P300波形，测量P300潜时，记录应答(按键)的正确率和反应时。第二步：模拟器地面飞行试验。采用双重任务试验设计。主任务选定双180°大航线仪表飞行课目；附加任务选定辨别P300靶刺激和非靶刺激听觉信号。先练习1～2个起落，然后单纯飞行1个起落，继之双重任务飞行1个起落。两种模拟器飞行的顺序，不同受试者交替进行，以克服先后顺序对试验结果的影响。飞行成绩，包括高度、速度、航向、坡度和升降率等飞行参数的保持情况，记录这些参数在何时出现多大偏差、偏差累积时间及操纵中有无错、忘、漏动作；心电采用CM3双极胸前导联，通过提取R波，得出每分钟心率和平均心率；双重任务飞行时，除记录上述指标外，加测P300潜时和应答(按键)的正确率及反应时。
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脑力负荷储备值计算公式：
(1)注：①上式中，设定与脑力负荷储备值成正比的参数相乘；反之，则相除。
②飞行质量=1-误差率。其中，误差率为各项飞行参数出现2分和3分的总偏差时间除以总飞行时间的商。飞行成绩采用5分制，由受试者各项实际飞行参数与飞行大纲规定的标准比较得出。
③信息处理速度(bit/s)=(1-P)÷(N+P)×Log2K÷T。其中，N为任务总次数、P为错误数和漏报数、K为刺激出现数、T为正确平均反应时[7]。
④紧张指数=双重任务飞行中心率/单纯飞行中心率。
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上述参数的采集、存贮及计算，均由评价飞行员脑力负荷储备值设备中的综合评价系统自动进行，并将结果直接打印出来。该综合评价系统的程序用汇编语言和C语言编写。
3.统计学处理：试验数据均采用SPSS/PC+统计软件包进行分析处理。所有实测数据均以
±s表示，采用t检验进行统计分析。结果与建模
一、“库柏-哈柏”主观评价法
对144名飞行员的评价结果表明，歼-A组难度级为5.83±0.86，歼-B组为5.10±0.72，歼-A高于歼-B(t=13.46，P<0.001)。
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二、主任务评价法
飞行成绩用飞行参数保持率来表示，评价结果见表1。
表1 飞行参数保持率试验结果(n=60)
任务
Task
模拟机种
Simulator
type
x±s
t值
t value
P值
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P value
单纯飞行
Simple flight
task
歼-A
F-A
歼-B
F-B
0.65±0.15
0.69±0.16
1.47
>0.05
双重任务飞行
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Dual flight
task
歼-A
F-A
歼-B
F-B
0.47±0.19
0.61±0.16
5.22
<0.001
统计分析结果表明，飞行参数保持率这一主任务指标，单纯飞行歼-A和歼-B之间没有显著性差异(P>0.05)；而双重任务飞行歼-B与歼-A则有非常显著性差异(P<0.001)。
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三、次任务评价法
双重任务飞行时，在完成飞行任务的同时，附加辨别P300靶刺激和非靶刺激听觉信号。次任务成绩用信息处理速度来表示，评价结果表明，信息处理速度这一次任务指标，双重任务飞行时，模拟机歼-A组为9.84±1.71 bit/s，歼-B组为10.56±1.64 bit/s，歼-B比歼-A快(t=4.47，P<0.001)。
四、生理评价法
1.心率和紧张指数：评价结果见表2。统计分析结果表明，心率这一生理指标和紧张指数，歼-A和歼-B差异均不显著(P>0.05)，说明本试验的体力负荷和脑力负荷均未达到使心率明显加快的强度。
2.听觉事件相关脑电位(P300)潜时：评价结果表明，P300潜时这一生理指标，在模拟机双重任务飞行时，歼A组为472.17±44.79 ms，歼-B组为429.40±37.53 ms，歼-B比歼-A短(t=11.72，P<0.001)，说明飞歼-B比歼-A脑力负荷小。
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五、综合评价法
评价结果表明，脑力负荷储备值这一综合评价指标，飞模拟机歼-A组为0.53±0.18，歼-B组为0.72±0.13，歼-B比歼-A大(t=8.90，P<0.001)，说明歼-B比歼-A脑力负荷小。表2 心率(次/min)和紧张指数试验结果(n=60)
任务
Task
模拟机种
Simulator
type
x±s
t值
t value
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P值
P value
单纯飞行
Simple
flight task
歼-A
F-A
歼-B
F-B
81.78±8.96
80.79±8.89
1.40
>0.05
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双重任务飞行
Dual task
flight
歼-A
F-A
歼-B
F-B
82.73±9.48
84.14±9.46
0.74
>0.05
紧张指数
Tension
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index
歼-A
F-A
歼-B
F-B
1.012±0.047
1.002±0.138
0.51
>0.05
六、评价指标的筛选
本研究共采用7个评价指标来评价歼-A和歼-B飞行员的脑力负荷。从对试验结果的统计分析看，除心率和紧张指数这两个评价指标差异不显著应落选外，其余5个评价指标差异均有非常显著性而当选。
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从5个当选指标t检验的t值看，从大到小的排序为：①“库柏-哈柏”主观评价结果(简称库柏值)；②P300潜时(简称潜时)；③脑力负荷储备值(简称储备值)；④飞行参数保持率(简称飞参率)；⑤信息处理速度(简称信息速)。
七、评价模型的构架
由于本研究采用的脑力负荷评价指标其含义、量纲、变化趋势及其范围均不一样，这给我们建立统一的定量评价模型带来很大困难。为了消除这4个不一样，最好的办法是各评价指标自身相除。
除此，还有5个当选指标的权重问题。对不同方法和量纲进行加权，常采用总数法。国外在对脑力负荷进行加权时，就曾使用过这种方法，并且认为是有效的[9]。因为我们有5种评价方法和量纲，依据总数法，本研究的总数为1+2+3+4+5=15。根据t值从大到小的排序，当选5个评价指标的加权系数见表3。
如果我们用脑力负荷综合评价指数(mental workload index, MWI)作为评价模型的最终评价结果，且与脑力负荷成正比，本研究的脑力负荷评价模型构架便可列为式2：
(2), http://www.100md.com
八、模型构架的试运算
本试验研究已经得出歼-A和歼-B两组评价参数，我们可以设定以 歼-B飞机为基准，即设定该飞机的MWI为1，来评价歼-A飞机的MWI， 对模型构架进行试运算，进而考核该模型构架是否合理、可用。试运算的结果为：MWI(歼-A)=1.445(运算过程从略)。
从试运算结果在宏观上不难看出，歼-A的MWI比歼-B大，与“库柏-哈柏”主观评价法的评价结果一致；从微观上分析看，主观评价结果歼-A和歼-B相对差别为(5.83-5.10)/5.10×100%=14.3%，而评价模型计算结果两者相对差别为44.5%，反映出本评价模型比单纯用主观评价法好。
九、评价模型的确立
从评价模型的构架中可以看出，模型的确立首先要确定评价的基准，即首先要确定已知的评价参数。而本研究得出歼-A和歼-B两组已知评价参数，需要在两者之中取一。由于歼-A的飞行品质比歼-B低，随着科学技术的发展，新研制飞机的飞行品质肯定会越来越好，这样歼-B飞机就处在承上启下的地位，所以理应选取歼-B飞机为评价基准。据此，本研究最终要建立的“歼击机飞行员脑力负荷评价模型”确定为式3：
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表3 脑力负荷5个评价指标的加权系数
评价指标
Evaluation index
库柏值
Cooper Harper's
subjective rating
潜时
P300 latent time
储备值
Mental workload
reserve
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飞参率
Maintaining
rate of flight
parameter
信息速
Information
processing speed
t值
t value
13.46
11.72
8.90
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5.22
4.47
加权系数
Weighted coefficient
5/15(0.333)
4/15(0.267)
3/15(0.200)
2/15(0.133)
1/15(0.067)
(3)十、模型的验证
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在歼-C飞机飞行品质模拟器上，对该飞机首席试飞组的3名试飞员重复上面的试验。不同之处有以下三点：①不进行心率和紧张指数的测定；②脑力负荷储备值的计算公式中，删去紧张指数这一项；③歼-A和歼-B的飞行仪表为机电仪表，而歼-C飞机为平视显示器。验证结果如下：
1.试验结果：5项被评价参数测试的结果，见表4。
2.MWI计算结果：由于本次验证性试验的例数太少，只有3名试飞员，所以不宜做数理统计分析，只能进行个例计算或用简单的均值计算。计算结果见表5(计算过程从略)。
3.评价结论：①歼-C飞机的脑力负荷比歼-B小。从表5的计算结果可以看出，不论是个例计算，还是简单均值计算，或是个例计算结果的均值，歼-C飞机的MWI在0.6左右，比歼-B小0.4左右。二者相对差别为(1-0.6)/0.6×100%=66.7%,比歼-A与歼-B之间的相对差别大。②歼-C的飞行品质为3级左右。歼-A与歼-B的MWI相对差别为44.49%，二者的飞行品质相差约1个等级；按相对差别推算，歼-C的飞行品质应比歼-B飞机好2个等级左右；而歼-B的飞行品质为5级，所以歼-C飞机的飞行品质应为3级左右，与3名试飞员的主观评价是吻合的。
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讨论
一、评价模型的结构和权重合理
从当选的5个评价指标排序可以看出：①“库柏-哈柏”主观评价结果在脑力负荷评价中效果最好，居首位，这与国外的研究结果相符合；②事件相关脑电位(P300)次之，居第2位，证明这一指标在脑力负荷评价中占有重要地位，这正是P300成为目前国内外研究热点的原因所在；③脑力负荷储备值居飞行参数保持率和信息处理速度之前，说明综合评价比单一指标评价好，这也与国外研究结果相符合；④信息处理速度当选，说明本研究设置的附加任务是合理的，达到附加任务的目的。
表4 3名受试飞行员在歼-C飞机模拟器上的5个脑力负荷评价参数
受试者
Subjects
库柏值
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Cooper Harper's
subjective rating
潜时(ms)
Latent time(ms)
储备值
Reserve value
飞参率
信息速(bit/s)
基础值
Baseline time
value
飞行值
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Flight time
value
单纯飞行
Simple flight
双重飞行
Dual flight
基础值
Baseline value
飞行值
Flight value
S01
3
, 百拇医药
392
406
0.861 2
0.864
0.844
13.126 4
11.572 6
S02
3
406
416
0.764 3
0.764
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0.744
12.844 4
10.080 0
S03
2
396
414
0.744 8
0.848
0.811
14.289 9
12.129 7
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均值
Mean vlaue
2.667
398
412
0.790 1
0.825
0.800
13.420 2
10.927 4
表5 歼-C飞机MWI计算结果(歼-B MWI＝1)
受试者
, 百拇医药
Subjects
S01
S02
S03
S均值
Mean value of S
S
MWI值
MWI value
0.593
0.639
0.631
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0.619
0.621
二、模型的评价结果与客观实际相符
本评价模型是在飞行性能不同的两种歼击机对比研究中建立的，并经过另一档次第三种歼击机的验证。经评价模型计算出的MWI，不仅与飞行员的主观评价相符，而且与三种飞机飞行品质的客观实际相符。
三、模型具有较强的可操作性
通过三种飞机的评价实践证明，模型中的5个评价参数在被评价飞机的地面飞行模型器或新研制飞机的飞行品质地面模拟器上均可测出，具有较强的可操作性。选定歼-B飞机为模型的评价基准，符合我国的国情，是适用的。模型中的基准评价参数是可替换的，具有灵活性，便于推广应用。
四、模型中定量成分为主
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本模型除了“库柏值”是定性的主观评价指标外，其余4个评价参数均是定量的客观指标，从而增加了模型评价结果的可信度。
作者单位：刘宝善(100036 北京，空军航空医学研究所)
王玉红(100036 北京，空军航空医学研究所)
曹步平(100036 北京，空军航空医学研究所)
景百胜(100036 北京，空军航空医学研究所)
王致洁(100036 北京，空军航空医学研究所)
廖建桥(华中理工大学)
王成传(空军兴城疗养院)参考文献
1 廖建桥.脑力劳动负荷与效率.第1版.武汉：华中理工大学出版社，1996.37-106.
, 百拇医药
2 Wierwille WW, Eggemeier FT. Recommendations for mental workload measurement in a test and evaluation environment. Human Factors, 1993, 35(2):263-281.
3 Stern JA, Boyer D, Schroeder D. Blink rates: A possible measure of fatigue. Human Factors, 1994,36(2):285-297.
4 Hendy K, Liao J, Milgram P. Combining time and intensity effects in assessing operator information-processing load. Human Factors, 1997,39(1):30-47.
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5 刘宝善.“库柏-哈柏”方法在飞行员脑力负荷评价中的应用.中华航空航天医学杂志，1997，4(8)：234-237.
6 Cooper GE, Harper RP. The use of pilot rating in the evaluation of aircraft handing qualities (NASA TN-D-5153). Washington D. C. :NASA, 1969.1-20.
8 Fowler B. P300 as a measure of workload during a simulated aircraft landing task. Human Factors, 1994, 36(4):670-683.
9 Hart SG, Staveland LE. Development of NASA-TLX: Results of empirical and theoretical research. In: Hancock PA, Meshkati N, eds. Human mental workload. Amsterdam: Elserier， 1988.139-184., 百拇医药