Comprehensive Assessment of Pilot Mental Workload in Various Levels

飞行员不同脑力负荷水平综合评估

杨坤¹, 冯传宴^{1, 2*}, 白杰¹

（1 中国民航大学 民用航空器适航与维修重点实验室,天津 300300;

2 北京航空航天大学 航空科学与工程学院,北京 100191）

创新点说明：

提出了基于眼动、绩效、主观指标的飞行员脑力负荷综合评估模型。

研究目的：

通过呈现动态飞行模拟环境,记录并分析被试在不同脑力负荷水平下的主观、绩效及生理参数变化,选取多方面指标分析并进行评估建模。

研究方法：

选择16名中国民航大学新手模拟飞行员,基于飞行模拟仿真平台、眼动仪、飞行摇杆等开展实验研究。实验采用的眼动仪为Tobii TX300型,采样率300 Hz,记录注视、扫视、眨眼三方面的眼指标生理数据。实验开始前,每位实验对象均需在飞行模拟仿真平台上进行适应性飞行任务训练和N-back任务培训（要求达到一定的准确率）,整个培训时长约30 min。培训结束后,开始眼动校标,完成后开始正式实验。

被试均需要操纵飞行摇杆,依靠HUD完成包括起飞、爬升、巡航、进近、着陆在内的五边飞行任务,实验要求被试者在飞行模拟过程的巡航阶段完成监控HUD上的航向、高度、空速、飞行姿态等主要飞行参数的监视主任务,同时需要对呈现的N-back任务做出反应。对应的 N-back任务,依据N-back设置呈现出低、中、高三种脑力负荷水平,每次N-back任务时间为2 min,N-back任务间隔为30 s,整个实验过程在20 min左右。

结果：

实验结果表明,注视频率、注视总时间、眨眼率、平均瞳孔直径与脑力负荷变化联系紧密,N-back任务正确率和NASA-TLX得分能够很好地评估脑力负荷状态。

结论：

1） 针对飞行视觉相关任务结合听觉认知负荷,眼指标的平均注视时间、扫视频率、扫视总时间变化并不显著,注视频率、眨眼率和平均瞳孔直径与脑力负荷变化联系紧密;

2） 基于HUD的视觉相关任务结合听觉N-back认知任务可以很好地实现对高、低脑力负荷水平的划分,NASA-TLX得分、N-back任务正确率、注视频率、和瞳孔直径在高、低脑力负荷水平变化显著;

3） 相关性分析表明,随着脑力负荷的变化,眼指标的注视、扫视和眨眼指标之间具有一定的相关;其中,平均注视时间与扫视频率、扫视总时间高度负相关;扫视频率与扫视总时间高度正相关;

4）综合注视频率的生理评估、主观的NASA-TLX量表、任务绩效指标的N-back正确率进行分类建模,分别得到了基于Fisher判别的投影函数和分类结果散点图,分类结果比较理想,另外建立了基于Bayes判别的判别模型,其对飞行任务中视觉任务的脑力负荷水平的初始验证和交叉验证的判别和预测准确率分别为93.75%和87.50%,能够很好地实现对不同脑力负荷状态的判别。

关键词：脑力负荷;注视频率; Bayes判别法

     

水杨酸调控敏感型黑大豆抗铝性研究

抗性作物品种中水杨酸(salicylic acid,SA)信号与铝(aluminum,Al)抗性相关,但对于SA调控敏感作物抗Al胁迫的能力还有待评估和研究.本实验选用云南本地Al敏感型黑大豆根系为材料,研究了SA对Al胁迫下根内生理生化的调控作用,结果显示:(1)Al Cl3处理抑制根生长并呈现浓度效应,30μM Al Cl3处理可导致中等程度的抑制效应;(2)100μM SA处理可最大程度地缓解Al Cl3(30μM)对根长的抑制效应;(3)SA显著抑制Al胁迫下根尖内Al的累积、丙二醛含量、细胞死亡、活性氧累积(包括过氧化氢和超氧阴离子);(4)Al胁迫下根尖内一系列抗氧化酶基因(Cu-Zn SOD1、Cu-Zn SOD2、Cu-Zn SOD3、CAT3、CAT4、CAT5、PRX2B、PRX4)的表达维持不变或轻微上调,而加入SA后则大幅度上调了这些基因的表达水平;(5)聚类分析结果显示,SA能够逆转Al胁迫对伤害性生理指标的刺激效应;SA调控下Al损伤途径与Al抗性途径呈现负相关性.上述揭示出SA具备显著提升Al敏感型黑大豆抵抗Al胁迫的能力,这与其高效激活抗氧化系统密切相关.这为Al污染地区常规栽培品种的安全生产调控提供了一定的科学依据.     

一般线性蜕缩椭圆型方程的边值问题

设 D 是由超平面 x_n=0上某部分γ及位于 x_n>0中某超曲面Γ所围成。方程是在γ上发生蜕缩的椭圆型方程。设α_(nn)=α_(nn)~0X_n~m,α_(nn)~0|γ≠0。本文证明了满足(1)及 u|γ Γ=的解在下列条件下存在唯一:1)0≤m<1,2)m=1,[α_n-α_(nn)~0]_γ<0;3)10;iii)m≥2,α_(n|D)≥Ax_n,(A 为常数)。成立时,则满足(1)及 u|γ=,u|γ有界的解也为存在唯一。当 i)或 ii)成立时,可求得正函数 H(x),使满足(1)及[u/H]_(γ Γ)=的解同样为存在唯一。     

季铵盐质子核磁共振化学位移的结构效应

正烷基醇经常法合成正烷基溴,再与三甲胺或三乙胺反应制得九个三甲基烷基溴化铵和五个三乙基烷基溴化铵:(CH_3)_3NRBr(R=H,C_1—C_5,C_(7-8),C_(16));(C_2H_5)_3NRBr(R=H,C_2—C_5).测定其核磁共振谱,并用蒋一戴公式计算诱导效应指数.发现α-甲基,α-亚甲基及ω-甲基的质子化学位移与诱导效应指数间有线性关系,其相关系数均大于0.97.     

Λ—插值样条的基样条及其应用

与四阶微分算子∧=D~4+α_3(x)D~3+α_2(x)D~2+α_1(x)D+α_0(x)相联系的样条称之为四阶A——样条。本文主要讨论插值的∧——样条中基样条的一些性质。继而作为其应用,考虑了二维的乘积型∧——插值样条及其对二元函数的逼近度。     

非线性振子■ (α_1 2α_2x 3α_3x~2)■ β_1x-β_2x~2=0的全局分枝

本文讨论应用中常常遇到的一类非线性微分方程x (α_1 2α_2x 3α_3x~2)x β_1x-B_2x~2=0,对其中参数在各种可能情况下相平面上的全局分支问题,给出了完整的、简洁的结果。     

平稳非高斯噪声参数调制系统的符号同步实现

为实现高斯信道下基于对称Alpha稳定(SαS)分布参数调制技术的数字通信系统的同步,提出了一种符号同步方法.SαS分布的几何功率性质表明:不同特征指数下的SαS分布变量具有不同的几何功率.分别计算相邻两个码元的几何功率并取其对数,得到各采样点下的几何功率的对数比,并利用峰值检测算法估计出同步点.最后通过Matlab仿真,运用几何功率估计法解调并分析系统的误码率性能,得出该系统具有良好的误码率性能.     

二向应力状态下主平面的简捷评定

利用解析法求解二向应力状态下的主应力、主平面时,确定主应力（σ_（max）、σ_（min））和主平面（α_0~(1)、α_0~(2)）的对应关系有多种方法。本文通过单元体与应力圆的对应关系,给出了二向应力状态下主平面的简捷判定方法。     

平均拟扩张与平均拟收缩映射族的公共不动点定理

设(X,ρ)是度量空间。假设{S_1)_(i∈I)是映 X 到自身的连续映射族,A 是映 X 到自身的连续映射,它与每个 S_i 可交换。如果 x,y∈X 和 i,j∈I 或者满足AXS_i X 并且ρ(Ax,Ay)≤α_1ρ(S_ix,S_iy) α_2ρ(Ax,S_ix) α_3ρ(Ay,S_jy) α_4ρ(Ax,S_jy) α_5ρ(Ay,S_ix),(*)或者满足AXS_i X 并且ρ(S_ix,S_iy)≤α_1ρ(Ax,Ay) α_2ρ(S_ix,Ax)α_3ρ(S_jy,Ay) α_4ρ(S_ix,Ay) α_5ρ(S_jy,Ax),(**)这里α_k≥0(k=1,2,3,4,5)且 sum from k=1 to 5 α_k<1,则称{S_i)_(i∈I)是 X 上关于映射 A 的平均拟扩张(当条件(*)满足时)或者平均拟收缩(当条件(**)满足时)映射族。本文主要结果是§2中的定理2和§3中的定理6。定理2.设(X,ρ)是完备度量空间。假设{S_1}_(i∈I)是 X 上关于映射 A 的平均拟扩张映射族.则 A 和{S_i}_(i∈I)在 X 中有唯一公共不动点。反之,假设{S_i}_(i∈I)是映 X 到自身的连续映射族,且在 X 中有公共不动点,则存在映 X 到自身的连续映射 A,使得{S_i}_(i∈I)是 X 上关于这个映射 A的平均拟扩张映射族。定理6.设(X,ρ)是完备度量空间。假设{S_i}_(i∈J)是 X 上关于映射 A 的平均拟收缩映射族,则 A 与{S_i}_(i∈I)在 X 中有唯一公共不动点。     

MMT对直喷汽油机颗粒物排放影响的实验研究

在发动机试验台架上,利用快速型微粒光谱仪(DMS500)测试了缸内直喷汽油机燃用甲基环戊二烯三羟基锰(MMT)汽油后颗粒物的排放,分析了MMT对颗粒物排放的影响规律,试验用油为一种不含MMT的基础油和3种调和油(MMT+基础油),试验工况为不同的转速和负荷.研究发现:在全负荷下,同种燃料排放数量浓度有随着转速增加而增加的趋势;在转速不变时,同种燃料在小负荷时排放略高于中等负荷,中等负荷微粒排放最低,在大负荷时急剧增加;随着汽油中锰的浓度增加,车辆尾气排放中PM2.5数量排放有增加趋势.     

溶胶-微波干燥法制备纳米Al2O3粉

以Al(NO_3)_3和氨水为原料,以Al(NO_3)_3饱和液作为胶溶剂,通过溶胶微波干燥过程得前驱体粉末,经1100℃煅烧1h得平均粒径为31nm的αAl_2O_3粉。通过热分析、红外光谱和X射线衍射等研究了粉体的性能,结果表明经微波干燥制得的Al(OH)_3粉末的结构中可能同时存在较多的晶格畸变和缺陷,在由过渡晶型到α相的相变过程中γ和θ相同时出现,又同时转变为α相,在此过程中没有出现γ→θ的相变。     

用激光散射光锥法在线测量工件表面的算术平均斜率

用光的散射技术测量工件表面的粗糙度参数是近几年来发展起来的新的测量技术。它的优点是非接触、区域平均和快速测量等等,特别适合于在线测量工件表面的形貌。目前,国外正在开展从测量表面粗糙度的光的散射技术的信息中直接得到表面粗糙度参数的反计算问题的研究。为此,我们利用美国国家标准局(NationalBureau of Standards)用于测量散射光的角度分布、研究表面粗糙度的仪器通过实验研究和分析提出了用激光散射光锥法直接测量工件表面的算术平均斜率⊿_α。算术平均斜率的测量范围为0.01<⊿_α<0.20。     

元弧齿轮基准齿形的工作 元弧中心的合理配置问题——(一)保证双元弧齿轮在节点前后同时啮合而不受中心距和切深偏差影响的条件

本文主要针对目前在生产上实际应用的双元弧齿轮就所研究的问题作了理论分析,并得出下列结论:只要其基准齿形的参数满足条件△ρ~(1)=△ρ~(2)=△ρ、α_(no)~(1)=α_(no)~(2)=α_(no)就足以保证在节点前后同时啮合而不受中心距和切深偏差影响(见§3) 本文还利用端面齿廓啮合图(见图2)精确而简易地导出偏差和啮合角之间的定量关系式(见§4)。在§5中探讨了相邻啮合点间轴向距离的恒定性问题。最后一节(§6)是对文献[3]的评论。     

用表面裂纹法测中强钢板材断裂韧性K_(IE)和K_(IC)的探索

用表面裂纹法在室温下研究了三种厚度(10、8和5mm)、三种宽度(110、80和56mm)的30CrMnSiA板材的断裂韧性。用最大载荷P_(max)计算断裂韧性、不易得到板材的K_(IE)值。如选用相对有效裂纹扩展△α/α_0=10%和5%确定的“条件载荷”P_(10)和P_5计算,在P_(max)/P_(10)≤1.2和P_(max)/P_5≤1.3条件下,可以得到K_(IE)和K_(IC)值。作K_R-△α曲线,即是以K描述的阻力曲线。规定裂纹真正扩展△α=2%α_0和7%α_0,相应的阻力各为K_(IC)和K_(IE)。它们与用“条件载荷”计算的K_(IC)和K_(IE)符合得很好。K_(IC)还和J积分换算的K_(IC)值吻合,K_(IE)还和用P_(max)计算的有效K_(IE)值吻合。K_(IC)和K_(IE)存在着近似的关系,为: K_(IC)=(0.85～0.90)K_(IE) 对试件尺寸要求: 板厚,B≥1.0(K_(IE)/σ_(0.2))~2[或1.25(K_(IC)/σ_(0.2))~2] 板宽,8≤W/B≤10,4≤W/2c≤5 有效长度,l≥2W     

燃料挥发性对高压共轨柴油机微粒排放粒度分布的影响

试验研究了燃料挥发性对高压共轨柴油机微粒排放的影响,分析了不同负荷工况下微粒排放粒度分布特征。结果表明:改善燃料挥发性将使中小负荷工况核态微粒数量浓度增加,有利于降低大负荷工况微粒排放数量及质量浓度,燃料挥发性对于积聚态微粒影响较小。对于不同挥发性的燃料,核态微粒数量浓度均在当量比为0.4的中等负荷工况下最大。中小负荷工况下,对于挥发性较差的基础燃料,添加少量易挥发性成分后,核态微粒数量浓度急剧上升。但在中等负荷工况下,随添加比例的增大,挥发性进一步改善的燃料,核态微粒及总微粒数量浓度均有所降低,且积聚态微粒数量浓度变化不大。在大负荷工况下,中等挥发性的燃料(中均沸点为263℃)核态微粒和总微粒数量浓度最高,而挥发性好的燃料(中均沸点为244℃)核态微粒和总微粒数量浓度最低。     

恒星敏感器

航天技术的发展 ,对航天器姿态的测量精度提出了更高的要求 ,促进了姿态敏感器的迅速发展。以往航天器定姿使用太阳敏感器、红外地球敏感器和陀螺等设备 ,但仍难以满足航天器姿态测量精度的更高要求。而具有高精度的恒星敏感器(以下简称星敏感器 )则技高一筹。一般来说 ,当卫星姿态确定精度低于 1°时 ,以地球大气边界为基准的红外地球敏感器及中等精度的陀螺就可满足要求。当姿态确定精度在 0 1°～ 1°之间时 ,除红外地球敏感器及陀螺外 ,尚需增加以太阳位置为基准的高精度数字式太阳敏感器。当卫星姿态确定精度在0 0 3°～ 0 1°之间 …     

顺丁胶液的流变特性测定及其工业粘度计设计

用恒流出系数的毛细管粘度计测定了顺丁橡胶汽油溶液在不同剪切速率、浓度和温度下的流变特性。实验数据表明:其表观粘度符合指数定律。η_α=k~(n-1)为工业应用设计了一种新的“无穷大型”回转粘度计。计算如下式S_b=M/2πR_b~2L _b=(S_b/k)~(1/n)=2Ω/n式中x=(n/2)~n S_b/Ω~n在顺丁橡胶生产中,生胶的门尼值是最重要的质量指标之一。因此在顺丁橡胶聚合过程中,如何预测生胶的门尼值成为生产控制的关键。北京石化总厂、北京化工学院,浙江大学等提出采用胶液的粘度和折射率按式(1)进行关联:ML=0.1124η_H~(0.2941) Δ_n~(-1.470)exp(-687.0/T) (1)式中 ML 为生胶的门尼值;ηH为 Hppler 粘度计测得的胶液粘度;Δ_n 为胶液折射率和溶剂折射率之差;T 为测定温度(°K)。其中ηH 是胶液浓度 C(克/100毫升溶液)、粘均分子量 M 和测定温度 T(°K)的函数,其数学表达式是:ηH=0.0126×10~(-20)C~5·M~(3.4)exp(1410/T) (2)目前Δ_n 的测量国内有关工厂已有专门设计的连续折光仪,但ηH 的测量由于无法将 Hppler 粘度计应用于工业上的连续测量,因而必须改用其他具有一定剪切速率的粘度计(如回转粘度计),先测得胶液在一定剪切速率下的表观粘度θ_α,然后通过胶液的流变特性的研究,将测得的η_α换算成ηH。此外,在顺丁橡胶生产中,不可避免的还有一定量的胶团形成。结成大块的胶团将迅速堵塞一般粘度计的测量元件。目前北京石化总厂应用的进口双圆筒连续回转粘度计就碰到这种困难。所以设计一种独特的连续工业用粘度计,使能在含有大块胶团的粘性溶液中进行表观粘度测定,也是迫切需要解决的。     

中强板材表面裂纹起裂、稳定扩展和失稳扩展时的抗裂特性

本文用试验方法研究了在弹塑性状态下四种厚度(8、10、12和14mm)的18CrNiWA和40CrNiMoA板材表面裂纹起裂、稳定扩展和失稳扩展的抗裂特性。各种厚度板材起裂时,表面裂纹张开角α_(?)等于常数。起裂前,表面裂纹塑性张开角dδ_s~p/dα随Δα增长而增加。起裂后,在稳定扩展过程中,(dδ_s~p/dα)_s为常数;在失稳扩展过程中(dδ_s~p/dα)_u为另一常数。(dδ_s~p/dα)_u>(dδ_s~p/dα)_3。     

赣东北古生界3套富有机质页岩的岩矿特征及意义

查明下扬子古生界富有机质页岩的矿物组成特征,对页岩储层矿物组成影响页岩气储集、渗流运移和开采效果进行了研究.应用XRD、扫描电镜、低温液氮和储层敏感性实验系统分析了赣东北上震旦统皮园村组(Z_2p)、下寒武统荷塘组(∈_1h)和上二叠统乐平组(P_3l)3套海相页岩的矿物组成特征.认为3套页岩样品黏土矿物中伊利石含量均占绝对优势,高岭石含量少,表明已经历晚成岩阶段;沉积环境为碱性水介质起控制作用的深水陆棚沉积环境,这种相对还原的沉积环境为页岩气藏的形成与演化提供了良好的沉积条件;3套页岩矿物脆性指数高,整体上具有良好的储层可改造性,有利于实施页岩气的压裂改造,与北美和国内上扬子地区相比,研究区为理想的页岩气重点勘探开发层位.研究结果表明:3套页岩矿物成分均以石英占主要优势(质量分数为46.73%~64.81%),其次为黏土矿物,同时还普遍含有方解石、白云石、菱铁矿和黄铁矿等矿物;3套富有机质页岩的黏土矿物组成都以伊利石的质量分数为最高(74.58%~87.00%),其次为伊/蒙间层矿物(6.44%~20.58%).皮园村组、荷塘组、乐平组脆性指数平均值分别为67.35,77.90和48.95,易于压裂.矿物成分中石英主要影响宏孔的发育,有利于页岩气的渗流和运移,但黏土矿物控制微孔的发育并与孔隙度和渗透率呈负相关关系,有利于页岩气的保存但不利于渗流;皮园村组和荷塘组页岩储层敏感性不明显,乐平组具有中等偏弱速敏、中等偏强水敏和中等偏弱酸敏效应.理想的页岩气重点勘探开发层位次序可定为荷塘组皮园村组乐平组,页岩气开发工艺应根据其矿物组成的变化在不同区域分别对待.     

不同实验方法制成羟基碳酸锌电极在超级电容器中性能的影响

通过用不同的金属盐硝酸锌(Ni(NO_3)_2·6H_2O)和醋酸锌(Zn(CH_3COO)_2)在相同实验条件下制得的羟基碳酸锌(Zn_5(OH)_6(CO_3)_2),并通过不同的实验方法(水热原位生长法、超声法)制得Zn_5(OH)_6-(CO_3)_2/NF电极。在以上实验基础上对不同的电极在超级电容器中的性能进行了探究。结果表明:用Ni-(NO_3)_2·6H_2O在水热原位生长法(120℃,6h)制得的Zn_5(OH)_6(CO_3)_2/NF在超级电容器中的电化学性能最为优异。