基于多模態(tài)數(shù)據(jù)融合的飛行員生理心理訓(xùn)練管理系統(tǒng)構(gòu)建

李永剛，戰(zhàn)春霞，姜國(guó)瑞

（海軍航空大學(xué)，山東 煙臺(tái) 264001）

身心之間的關(guān)系既可以形成身與心的相互促進(jìn)，也能夠相互消耗[1]。各飛行管理單位越來越重視飛行員在不同階段的生理心理測(cè)量信息和飛行訓(xùn)練中飛行員的生理心理特點(diǎn)，并取得一些成效，但是目前尚未建立全面的生理心理管理系統(tǒng)。目前，部分訓(xùn)練單位對(duì)飛行人員訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分析、比對(duì)工作均依靠人工記賬式操作或半人工半設(shè)備，指標(biāo)針對(duì)性弱、信息反饋周期長(zhǎng)、調(diào)整時(shí)效性差，導(dǎo)致存在信息利用成效低、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)不扎實(shí)、各單位信息數(shù)據(jù)不相通和飛行職業(yè)特點(diǎn)不足等問題，身心能力表現(xiàn)數(shù)據(jù)尚無統(tǒng)一的多維度綜合評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)措施經(jīng)常造成“一人生病、眾人吃藥”現(xiàn)象，極大制約了身心訓(xùn)練的效能發(fā)揮。

飛行訓(xùn)練不僅要著眼于基礎(chǔ)訓(xùn)練，更要結(jié)合當(dāng)下為訓(xùn)練的轉(zhuǎn)型和發(fā)展提供的新手段。飛行員生理心理信息管理系統(tǒng)作為飛行員生理心理信息數(shù)據(jù)管理中心，客觀地記錄了飛行員生理心理特征及成長(zhǎng)歷程，是全方位多角度認(rèn)識(shí)飛行員個(gè)體的依據(jù)。本文從以提高人才的心理建設(shè)為主線，以科技推動(dòng)為抓手，基于大數(shù)據(jù)分析融合技術(shù)的發(fā)展，對(duì)飛行人員生理心理訓(xùn)練進(jìn)行模式創(chuàng)新試點(diǎn)，將訓(xùn)練個(gè)人與計(jì)算機(jī)智慧深度融合，構(gòu)建“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”飛行員生理心理訓(xùn)練管理系統(tǒng)。

1 飛行員生理心理信息管理系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

飛行員生理心理數(shù)據(jù)融合管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 飛行員生理心理數(shù)據(jù)融合管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1.1 用戶管理子系統(tǒng)

平臺(tái)系統(tǒng)將用戶劃分成3 種類型，即管理單位、施訓(xùn)部門和飛行員。本系統(tǒng)將集成Spring Security，用于用戶登錄時(shí)的身份驗(yàn)證及系統(tǒng)資源訪問控制、移動(dòng)設(shè)備使用授權(quán)、某個(gè)角色在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)對(duì)某個(gè)資源進(jìn)行授權(quán)等，保證系統(tǒng)訪問及資源安全，不同類型的用戶應(yīng)有不同的操作權(quán)限，無關(guān)人員禁止進(jìn)入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“非必要不授權(quán)”“授權(quán)后及時(shí)收權(quán)”。管理單位對(duì)信息管理平臺(tái)進(jìn)行操作的最高權(quán)限為可使用所有功能，查閱數(shù)據(jù)庫內(nèi)所有檔案信息，管理飛行員并設(shè)置相應(yīng)操作使用權(quán)限，為決策的制定提供依據(jù)。施訓(xùn)部門可以通過客戶端程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中服務(wù)范圍內(nèi)所有飛行員生理心理信息的查閱、錄入、編輯，并根據(jù)各項(xiàng)測(cè)量信息和訓(xùn)練科目成績(jī)制定生理心理測(cè)試方案并導(dǎo)入平臺(tái)系統(tǒng)。飛行員能使用系統(tǒng)部分查閱和部分編輯功能，并只具有對(duì)自己個(gè)人信息的操作權(quán)限，飛行員登錄后的所有操作，平臺(tái)自動(dòng)進(jìn)行痕跡記錄，形成日志文件長(zhǎng)期保存，以備查驗(yàn)。

1.2 訓(xùn)練檢測(cè)子系統(tǒng)

飛行員生理心理檢測(cè)的主要目的是能夠在非常心理狀態(tài)下對(duì)飛行員進(jìn)行綜合心理素質(zhì)、生理變化特點(diǎn)、專業(yè)技能測(cè)試和訓(xùn)練。首先，是基本的體能體質(zhì)訓(xùn)練等，例如，力量訓(xùn)練管理模塊、速度訓(xùn)練管理模塊、耐力訓(xùn)練管理模塊、靈敏訓(xùn)練管理模塊、協(xié)調(diào)訓(xùn)練管理模塊、柔韌訓(xùn)練管理模塊、平衡訓(xùn)練管理模塊和體型管理模塊。其次，是飛行職業(yè)能力檢測(cè)，通過平臺(tái)系統(tǒng)與生物反饋進(jìn)行聯(lián)接，例如，在抗載荷能力、空間定向能力、抗疲勞能力等方面進(jìn)行智能評(píng)估與健康管理，并形成大數(shù)據(jù)成果輸出展示，執(zhí)行控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)聲、光、電刺激輸出，完成對(duì)飛行員的心理壓力形成、心率、體溫和膚電等生理量的采集。另外，是對(duì)飛行員飛行后的心理狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)與評(píng)估，并根據(jù)生理心理等多維度指標(biāo)的變化，結(jié)合訓(xùn)練人員的心理動(dòng)機(jī)、性格傾向等全方面進(jìn)行分析、衡量、預(yù)警，通過平臺(tái)信息的綜合分析和處理，對(duì)飛行員的體質(zhì)體能狀況進(jìn)行評(píng)估和鑒定，制定有針對(duì)性的生理心理放松、訓(xùn)練，并初步評(píng)估是否可以繼續(xù)進(jìn)行下一科目的飛行訓(xùn)練或任務(wù)的執(zhí)行。

1.3 科目管理子系統(tǒng)

飛行員生理心理信息管理平臺(tái)的科目管理子系統(tǒng)支持生理心理訓(xùn)練科目的新增、修改、刪除、導(dǎo)出、關(guān)注和智能查詢功能。通過對(duì)心理生理評(píng)估訓(xùn)練科目的梳理，建立三級(jí)科目庫模型，主要包括實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練科目庫、測(cè)評(píng)與訓(xùn)練科目庫、個(gè)性化訓(xùn)練科目庫。系統(tǒng)利用視覺效果，通過時(shí)間序列、邏輯關(guān)系等不同維度，把訓(xùn)練數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，重點(diǎn)對(duì)核心模塊訓(xùn)練的人員，進(jìn)行訓(xùn)練數(shù)據(jù)的快速精準(zhǔn)展現(xiàn)，使受訓(xùn)及指導(dǎo)實(shí)時(shí)理解數(shù)據(jù)評(píng)估訓(xùn)練，智能調(diào)整訓(xùn)練，從而提升飛行員訓(xùn)練決策能力和訓(xùn)練實(shí)效。智能查詢技術(shù)通過圖形化的界面輕松搭建專業(yè)水準(zhǔn)的可視化應(yīng)用和智能化數(shù)據(jù)挖掘分析，滿足訓(xùn)練監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)傷病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、訓(xùn)練成效分析等需求。如場(chǎng)景實(shí)時(shí)受訓(xùn)人員、場(chǎng)景訓(xùn)練時(shí)間段分析、場(chǎng)景訓(xùn)練成績(jī)分析和實(shí)時(shí)訓(xùn)練成績(jī)動(dòng)態(tài)展示等內(nèi)容，點(diǎn)擊受訓(xùn)人員姓名可進(jìn)入到受訓(xùn)人員科目可視化界面，對(duì)科目進(jìn)行管理。

1.4 智能訓(xùn)練子系統(tǒng)

智能訓(xùn)練子系統(tǒng)是建立完整標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)的飛行員體質(zhì)體能、生理心理、健康狀態(tài)和任務(wù)績(jī)效的數(shù)據(jù)倉庫，根據(jù)個(gè)人素質(zhì)差異、任務(wù)能力要求、任務(wù)條件環(huán)境，利用大數(shù)據(jù)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行模式識(shí)別、迭代優(yōu)化各數(shù)據(jù)模型，層層追溯和挖掘，快速掌握訓(xùn)練情況，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練中的問題和偏差，促進(jìn)訓(xùn)練計(jì)劃的改善，利用準(zhǔn)確、及時(shí)、有效的信息不斷更新制定訓(xùn)練決策，為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化訓(xùn)練循證方案提供數(shù)據(jù)與技術(shù)支持。通過智能數(shù)據(jù)建模技術(shù)自動(dòng)生成個(gè)性化訓(xùn)練方案及計(jì)劃，為飛行人員提供運(yùn)動(dòng)處方應(yīng)用服務(wù)，平臺(tái)可提供多種預(yù)設(shè)的訓(xùn)練處方供訓(xùn)練人員進(jìn)行選擇，同時(shí)訓(xùn)練指導(dǎo)人員也可根據(jù)飛行員的訓(xùn)練情況進(jìn)行定制化調(diào)整，以保證飛行員的訓(xùn)練質(zhì)量提升及中心平臺(tái)的數(shù)據(jù)更新。

1.5 可視化大屏端子系統(tǒng)

可視化大屏展示從宏觀層面對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過可視化圖表的方式直觀地展示給用戶，大屏端可視化展示主要包括整體數(shù)據(jù)融合分析可視化、數(shù)據(jù)融合分析可視化、場(chǎng)景實(shí)時(shí)監(jiān)控分析可視化和受訓(xùn)人員數(shù)據(jù)融合分析可視化等模塊。通過數(shù)據(jù)向下鉆取功能，可逐層了解數(shù)據(jù)維度詳細(xì)信息，方便用戶從宏觀到微觀，全面掌握系統(tǒng)數(shù)據(jù)情況。

可視化大屏端展示內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析、人物畫像分析、群體成績(jī)分析、評(píng)估結(jié)果分析和場(chǎng)景分析等模塊。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析主要包括檔案分析和量表分析、科目分析、課外訓(xùn)練方法分析、預(yù)警分析和設(shè)備分析等內(nèi)容。人物畫像分析主要包括個(gè)人檔案分析和身體數(shù)據(jù)分析、測(cè)評(píng)計(jì)劃分析、訓(xùn)練計(jì)劃分析和個(gè)人成績(jī)分析等內(nèi)容。群體成績(jī)分析主要包括群體內(nèi)分析和群體間分析等內(nèi)容。評(píng)估結(jié)果分析主要包括評(píng)估數(shù)據(jù)分析及評(píng)估模型展示等內(nèi)容。場(chǎng)景分析主要包括場(chǎng)景人員分析等內(nèi)容。

2 多模態(tài)數(shù)據(jù)融合處理

多模態(tài)數(shù)據(jù)融合技術(shù)是對(duì)非結(jié)構(gòu)化、多源化、多種類的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析和交互[2]。多模態(tài)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理是對(duì)多種生理心理數(shù)據(jù)的預(yù)處理、特征提取、模式識(shí)別算法和數(shù)據(jù)運(yùn)算模型等處理，并將個(gè)體的心理數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，基于生理指標(biāo)形成各種生理心理評(píng)估報(bào)告。多模態(tài)數(shù)據(jù)運(yùn)算處理子模塊處理的數(shù)據(jù)匯聚了多模態(tài)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了無效/重復(fù)數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)降噪等數(shù)據(jù)處理，形成有效的數(shù)據(jù)。

2.1 數(shù)據(jù)接收

數(shù)據(jù)接收模塊主要負(fù)責(zé)接收采集設(shè)備上報(bào)的多模態(tài)生理心理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收功能主要針對(duì)生理心理數(shù)據(jù)的不同模態(tài)提供分類接收服務(wù)，支持脈搏（PPG）、皮膚電（GSR）及運(yùn)動(dòng)加速度等數(shù)據(jù)上報(bào)，不同模態(tài)數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)特定的采樣率上傳到應(yīng)用服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器會(huì)將多種生理-行為數(shù)據(jù)同步。除接收生理心理信號(hào)和行為數(shù)據(jù)外，還可以接收溫度、濕度、大氣壓等環(huán)境變量，用于輔助生理心理信號(hào)和行為數(shù)據(jù)（例如通過降噪處理去除體動(dòng)對(duì)脈搏等生理信號(hào)的影響）的分析和解讀。

2.2 數(shù)據(jù)融合

本系統(tǒng)的多模態(tài)數(shù)據(jù)融合模塊主要包含生理數(shù)據(jù)同步功能。生理數(shù)據(jù)同步功能主要負(fù)責(zé)對(duì)PPG、GSR 及運(yùn)動(dòng)加速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)時(shí)間同步，將數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生的不同采樣率數(shù)據(jù)按照時(shí)間進(jìn)行同步標(biāo)定，并按照規(guī)定的結(jié)構(gòu)輸出格式化數(shù)據(jù)文件。整體數(shù)據(jù)融合分析是針對(duì)受訓(xùn)人員數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、訓(xùn)練方案和訓(xùn)練計(jì)劃等所有數(shù)據(jù)進(jìn)行宏觀的統(tǒng)計(jì)分析。整體數(shù)據(jù)融合分析又可分為戰(zhàn)略型、分析型、操作型，為不同類型的使用人員提供個(gè)性化配置方案。如訓(xùn)練場(chǎng)景綜合比較分析、訓(xùn)練方案進(jìn)度分析、訓(xùn)練計(jì)劃進(jìn)度分析、群組訓(xùn)練成績(jī)綜合分析比較及心理指標(biāo)維度綜合分析等可視化數(shù)據(jù)整合分析圖表。

2.3 數(shù)據(jù)分發(fā)

數(shù)據(jù)分發(fā)功能主要分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)推送通道及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通道2 部分。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)推送通道主要提供實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)查看實(shí)時(shí)生理數(shù)據(jù)的通信能力，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)推送通道采用socket 常連接模式與監(jiān)控平臺(tái)保持?jǐn)?shù)據(jù)通信；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通道主要負(fù)責(zé)與服務(wù)器建立數(shù)據(jù)傳輸通道，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)通道會(huì)根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型，將生理心理數(shù)據(jù)有指向性地推送到各自的存儲(chǔ)空間中，方便服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.4 數(shù)據(jù)特征提取

數(shù)據(jù)特征提取模塊結(jié)合心理學(xué)、人因工程學(xué)心理狀態(tài)識(shí)別研究的相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，針對(duì)不同模態(tài)的生理心理數(shù)據(jù)提取基于心理學(xué)先驗(yàn)知識(shí)的特征指標(biāo)。一般地，提取的特征信息應(yīng)是原始數(shù)據(jù)信息的充分表示量或統(tǒng)計(jì)量[3]。

例如，針對(duì)脈搏數(shù)據(jù)，擬提取心率、R-R 間期、低頻心率變異性、高頻心率變異性和高低頻心率變異性的比值等時(shí)頻域特征，以及脈搏幅度、一階/二階導(dǎo)數(shù)及其均值、方差等描述性統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)。針對(duì)皮膚電阻，除了描述性統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)外，還將提取皮膚電導(dǎo)水平和皮膚電導(dǎo)反應(yīng)2 種成分。皮膚電導(dǎo)水平是跨越皮膚2 點(diǎn)的皮膚電導(dǎo)的絕對(duì)值，可稱作基礎(chǔ)皮膚電傳導(dǎo)，一般認(rèn)為其是在平靜狀態(tài)下生理活動(dòng)的基礎(chǔ)值，是個(gè)體基線水平下心理狀態(tài)的重要參考指標(biāo)。而皮膚電導(dǎo)反應(yīng)是在皮膚電導(dǎo)水平中出現(xiàn)的一個(gè)瞬時(shí)的、較快的波動(dòng)，是由刺激而引起的生理心理喚醒狀態(tài)，是個(gè)體的情緒喚醒水平的重要參考依據(jù)。

3 基于系統(tǒng)的生理心理訓(xùn)練管理流程

為使數(shù)據(jù)信息能夠盡可能地反映飛行員的真實(shí)情況，需要對(duì)生理心理訓(xùn)練流程進(jìn)行規(guī)范化。訓(xùn)練過程主要分為訓(xùn)練準(zhǔn)備、開始、執(zhí)行和結(jié)束4 個(gè)階段。

3.1 訓(xùn)練準(zhǔn)備階段

訓(xùn)練準(zhǔn)備階段基于系統(tǒng)設(shè)備使用情況、訓(xùn)練科目信息、人員的基礎(chǔ)心理和生理信息、歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)等資源數(shù)據(jù)，采用推薦系統(tǒng)等技術(shù)，生成個(gè)性化的訓(xùn)練方案，制訂訓(xùn)練計(jì)劃。訓(xùn)練開始階段是訓(xùn)練管理員將個(gè)性化訓(xùn)練方案和訓(xùn)練計(jì)劃下發(fā)給相關(guān)參訓(xùn)人員，參訓(xùn)人員可在移動(dòng)端的用戶訓(xùn)練卡片中查看詳細(xì)的訓(xùn)練任務(wù)。訓(xùn)練管理員可以按照實(shí)際需求創(chuàng)建訓(xùn)練場(chǎng)景和我的關(guān)注，方便對(duì)參訓(xùn)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 訓(xùn)練進(jìn)行階段

訓(xùn)練進(jìn)行階段是參訓(xùn)人員按照用戶訓(xùn)練卡片中的訓(xùn)練任務(wù)開始訓(xùn)練，可手動(dòng)變更訓(xùn)練任務(wù)的狀態(tài)，系統(tǒng)也支持自動(dòng)收集訓(xùn)練設(shè)備生成的過程數(shù)據(jù)。訓(xùn)練管理員可大屏和PC 端實(shí)時(shí)查看訓(xùn)練計(jì)劃進(jìn)度、訓(xùn)練方案執(zhí)行情況、參訓(xùn)人員的訓(xùn)練情況和訓(xùn)練過程中產(chǎn)生的預(yù)警信息等。在訓(xùn)練執(zhí)行階段，根據(jù)訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)和系統(tǒng)自動(dòng)分析的訓(xùn)練結(jié)果數(shù)據(jù)，包括訓(xùn)練成績(jī)、評(píng)估結(jié)果、人員生理心理等數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃和方案，提升訓(xùn)練質(zhì)量和訓(xùn)練效率。

3.3 訓(xùn)練結(jié)束階段

訓(xùn)練結(jié)束階段是訓(xùn)練結(jié)束后，訓(xùn)練管理員可進(jìn)行訓(xùn)練成績(jī)打分和評(píng)價(jià)，系統(tǒng)基于器材產(chǎn)生的訓(xùn)練數(shù)據(jù)、管理員的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、訓(xùn)練成績(jī)等數(shù)據(jù)自動(dòng)得出綜合能力評(píng)估等信息。在訓(xùn)練結(jié)束后，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，可為下一步的訓(xùn)練方案和計(jì)劃提供輔助性決策，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)訓(xùn)練環(huán)節(jié)的全程可跟蹤、可實(shí)時(shí)調(diào)整、可監(jiān)控分析的閉環(huán)管理。當(dāng)受訓(xùn)人員在訓(xùn)練過程中觸發(fā)異常預(yù)警時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)異常預(yù)警級(jí)別主動(dòng)執(zhí)行預(yù)警處置預(yù)案，通過提醒、中斷訓(xùn)練等手段，及時(shí)響應(yīng)異常情況，保障受訓(xùn)人員的生理、心理健康和訓(xùn)練的可持續(xù)性。

4 飛行員生理心理信息管理系統(tǒng)效用分析

4.1 建立數(shù)據(jù)采集場(chǎng)景化串聯(lián)流程

數(shù)據(jù)采集主要是訓(xùn)練過程中以多模態(tài)數(shù)據(jù)融合及生理心理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為主要核心內(nèi)容進(jìn)行場(chǎng)景化流程串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)從飛行員進(jìn)入訓(xùn)練中心為起點(diǎn)到結(jié)束訓(xùn)練離開訓(xùn)練中心為終點(diǎn)的一次生理心理訓(xùn)練監(jiān)測(cè)、干預(yù)、檢測(cè)的完整性訓(xùn)練。

系統(tǒng)主要分為訓(xùn)練前檢測(cè)、訓(xùn)練中監(jiān)測(cè)、訓(xùn)練后檢測(cè)3 個(gè)核心功能。訓(xùn)練前檢測(cè)主要采用Android Pad 為載體，預(yù)安裝認(rèn)知行為測(cè)試軟件，對(duì)飛行員認(rèn)知行為測(cè)試的全程進(jìn)行生理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并采用模式識(shí)別算法對(duì)其生理狀態(tài)、心理壓力及疲勞水平進(jìn)行分析，同時(shí)與行為測(cè)試績(jī)效數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析。訓(xùn)練中監(jiān)測(cè)，在訓(xùn)練過程中佩戴多模態(tài)生理采集手環(huán)，對(duì)完整的訓(xùn)練全程進(jìn)行生理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用模式識(shí)別算法對(duì)其生理心理水平進(jìn)行分析。同時(shí)，采用生物反饋放松座椅+虛擬現(xiàn)實(shí)頭盔和主機(jī)+電刺激干預(yù)放松設(shè)備，通過視覺、聲音、生理反饋和物理干預(yù)等多種放松方式對(duì)飛行后飛行員進(jìn)行放松訓(xùn)練。訓(xùn)練后檢測(cè)主要以Android Pad 為載體，預(yù)安裝認(rèn)知行為測(cè)試軟件，并在測(cè)試過程中佩戴多模態(tài)生理采集手環(huán)，對(duì)飛行訓(xùn)練后的人員再次進(jìn)行認(rèn)知行為測(cè)試，并對(duì)全程進(jìn)行生理數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，采用模式識(shí)別算法對(duì)其生理心理水平進(jìn)行分析，同時(shí)與行為測(cè)試績(jī)效數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，評(píng)估訓(xùn)練后飛行員的生理心理水平恢復(fù)情況。

4.2 建立心理效能綜合評(píng)估模型

系統(tǒng)將多模態(tài)生理與行為數(shù)據(jù)進(jìn)行無效/重復(fù)數(shù)據(jù)清洗與數(shù)據(jù)降噪等處理得到有效數(shù)據(jù)，并進(jìn)行特征提取，比如針對(duì)PPG 數(shù)據(jù)提取心率與R-R 間期、SDNN、LF 和HF 等時(shí)域與頻域上的心率變異性特征，針對(duì)皮膚電信號(hào)提取SCL 與SCR 等皮膚導(dǎo)電特性特征。之后以模式識(shí)別算法與數(shù)據(jù)運(yùn)算模型對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，基于有監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法，對(duì)帶有分類標(biāo)記的訓(xùn)練樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)，建立基于個(gè)體多種生理、行為指標(biāo)的個(gè)性化心理狀態(tài)識(shí)別模型。

在數(shù)據(jù)特征及識(shí)別模型結(jié)果2 個(gè)層面上，對(duì)系統(tǒng)評(píng)估的狀態(tài)及結(jié)果進(jìn)行展示。在特征層上，對(duì)實(shí)時(shí)采集的PPG 原始生理數(shù)據(jù)提取反映受試者心理狀態(tài)變化的關(guān)鍵特征，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)展示，直接看到受試者的生理信號(hào)波動(dòng)。在識(shí)別模型結(jié)果層，對(duì)心理效能評(píng)估的模型計(jì)算結(jié)果以圖表和數(shù)值的方式進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將心理壓力與情緒變化等復(fù)雜的心理狀態(tài)直觀地展現(xiàn)出來，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)高應(yīng)激、情緒劇烈波動(dòng)等異常心理狀態(tài)。

4.3 建立生理心理標(biāo)準(zhǔn)化的檔案

飛行員生理心理信息的采集量化是通過測(cè)量、計(jì)算和分析，以求達(dá)到對(duì)飛行員生理心理“本質(zhì)”特點(diǎn)的把握。根據(jù)心理壓力產(chǎn)生的生理學(xué)機(jī)制，表明人的壓力感知、發(fā)生及平復(fù)的過程都是在神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控下完成的。統(tǒng)計(jì)分析表明，人體在壓力狀態(tài)下，其生理信號(hào)的相關(guān)特征值均比放松狀態(tài)下有不同程度的提高[4]。心理狀態(tài)評(píng)估之前，首先對(duì)生理信號(hào)（心電、脈搏、皮電、呼吸和血氧等）進(jìn)行采集和預(yù)處理，進(jìn)行生理信號(hào)特征提取，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行特征統(tǒng)計(jì)與分析。該心理狀態(tài)評(píng)估方法基于SVM 和DS 證據(jù)理論，對(duì)心電、脈搏、皮電3 種信號(hào)的特征值進(jìn)行分類，對(duì)比放松和壓力狀態(tài)下的數(shù)據(jù)與正確率，實(shí)現(xiàn)基于生理信號(hào)的心理狀態(tài)評(píng)估，并形成數(shù)字化檔案。

在訓(xùn)練過程中，佩戴便攜穿戴式手環(huán)作為數(shù)據(jù)采集終端，在不影響個(gè)體身體活動(dòng)自由度的前提下，實(shí)現(xiàn)高精度的脈搏（PPG）、皮膚電（GSR）、運(yùn)動(dòng)加速度等生理和行為數(shù)據(jù)的同步采集，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)清洗后進(jìn)行存儲(chǔ)，結(jié)合參訓(xùn)者的心理準(zhǔn)備能力、心理承受能力、心理適應(yīng)能力、心理應(yīng)激能力、心理調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力全方面的科學(xué)評(píng)估，訓(xùn)練結(jié)束實(shí)時(shí)生成心理評(píng)估報(bào)告，以數(shù)據(jù)報(bào)表的形式記錄、查詢、存儲(chǔ)心理測(cè)評(píng)結(jié)果，建立參訓(xùn)者生理心理標(biāo)準(zhǔn)化的檔案信息。

5 結(jié)束語

隨著飛行器制造技術(shù)的不斷成熟，人的因素成為影響飛行安全的最主要因素[5]。在這樣的背景下加強(qiáng)飛行員生理心理訓(xùn)練模式創(chuàng)新，應(yīng)促進(jìn)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的融合，提升飛行員的生理心理訓(xùn)練績(jī)效，實(shí)現(xiàn)飛行人才生理心理訓(xùn)練的“彎道超車”，進(jìn)而形成符合我國(guó)飛行發(fā)展需求的獨(dú)特的訓(xùn)練體系。