动态环境下连续操作的复杂度分析及度量

在高可靠性要求的复杂系统领域，连续操作任务处于不断变化的动态环境中，如航空飞机驾驶、航天飞船手控交会对接控制以及汽车驾驶等，研究表明任务的复杂程度会影响人的操作绩效/可靠性，从而影响任务的完成质量甚至导致任务失败，但目前尚缺乏对连续操作任务复杂度的定量认识和研究。本研究拟以载人航天领域的手控交会对接任务和地面交通领域的驾驶任务为研究对象，建立动态环境下连续操作的复杂度度量理论体系，同时探讨操作任务复杂度水平和操作绩效/可靠性之间的关系模型，探讨不同操作复杂度条件下训练对操作绩效的影响，并建立连续操作的操作绩效和认知负荷综合评价方法。基于该复杂度度量理论体系，可以设计或评价航天任务操作程序，为航天员飞行乘组任务分配提供量化参考，设计不同复杂度水平下最佳航天员或驾驶员训练计划，另外可从简化驾驶任务复杂度的角度，为汽车界面设计提供依据。研究结果还可推广到航空飞行、坦克驾驶等领域。

在高可靠性要求的复杂系统中，操作任务处于连续变化的动态环境中，如航天飞船手控交会对接操作、交通领域的驾驶任务等，而任务的复杂程度则会影响到人的操作绩效和操作可靠性，从而导致任务完成的质量差甚至任务失败。因此，本项目针对动态任务复杂度问题，以手控交会对接任务和驾驶任务为研究对象，构建了具有客观任务、主观感知和操作表现三个维度的复杂度度量理论框架，设计并实现一个飞船交会对接实验和一个汽车驾驶实验，取得了以下研究成果：（1）客观任务复杂度方面，针对手控交会对接任务和典型驾驶任务分别提出了动态复杂度度量模型，并在飞船交会对接训练台和驾驶模拟器实验平台进行实验验证分析，分析了不同复杂度操作对绩效表现的影响；（2）主观感知复杂度方面，对手控交会对接任务进行了认知任务分析，探讨了认知能力和操作表现之间的关联关系，得到了影响手控交会对接任务操作的典型操作者认知特性，此外分析了绩效、生理和心理指标对任务复杂度和训练水平两种脑力负荷影响因素的敏感性，提出了联合心率、眼动和脑电等三类生理指标的脑力负荷综合评价方法。（3）操作表现评价方面，联合采用了手控交会对接任务的对接结果，对接精度指标与对接过程指标等，得到了适用于评价动态操作任务操作绩效的多层次评价方法；（4）最后基于该复杂度度量理论体系，探讨了不同操作复杂度下训练水平对操作绩效的影响，得到了航天员操作训练的技能形成规律。本项目的研究成果在神舟九号和十号任务的航天员操作考核和训练中得到了应用验证，并最终保障了两次飞行任务中手控交会对接的圆满完成。