【深度】“量化自我”-复杂信息系统人因功效评估，大数据分析平台的建设（下） “量化自我”人机工效评估环境组成及功能

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今日荐文

今日荐文的作者为中国电子科学研究院专家李超强，北京邮电大学数字媒体与设计艺术学院专家侯文军，李豪。本篇节选自论文《“量化自我”-复杂信息系统人因功效评估大数据分析平台的建设》，发表于《中国电子科学研究院学报》第12卷第6期。

摘 要：量化自我是大数据解决方案的重要手段，本文通过分析机载任务系统的影响因素，提出将“量化自我”的大数据研究方法应用于军事机载任务系统的人因功效评估中。在分析量化自我国内外发展情况的基础上，按照人与信息的交互层次，把信息环境分为“个体自身”、“设备”、“网络”、“环境”四个层次，提出通过收集“生理数据”、“认知数据”、“行为数据”和“环境数据”构成了一个完整的个体量化自我信息交互系统方案。最后结合机载任务系统给出了DYK人机工效评估环境平台的功能结构与组成。

关键词: 量化自我、人机协同、机载评估、大数据分析

1. 概述  2. 机载任务系统的影响因素

3. “量化自我”大数据研究方法的必然趋势

4. “量化自我”人机工效评估环境组成及功能

基于大数据的数据挖掘、机器学习和人工智能技术来解决小数据、小世界的应用，建立科学的人机工效评估环境，通过建立人机大数据平台，用“量化自我”的方法，收集操作员全局数据，以客观数据为主，主观数据为辅，通过机器学习，利用不断积累的数据，以负荷（生理负荷和认知负荷）为媒介，建立人、机及环境系统生态数据，对复杂系统进行多维度综合评估。

 图4.1  DYK人机工效评估环境平台

4.1 功能概述

系统建立结合3D虚拟现实与动作捕捉、眼动仪、生理同步技术，采用可穿戴数据采集技术、无线数据传输技术，避免了大量线缆的干扰，让操作者可以在完全自然不受任何干扰的状态下采集数据，行动完全自由。人机环境同步平台可完成实时同步记录、追踪、分析个体的心理、生理变化情况，如心电、皮电、肌电、脑电、呼吸、心率、心率变异性等指标；分析人的注意力、认知负荷、疲劳状态等信息；同步实时记录参与作业人的行为表现等；同步实时记录设备运行信息以及其环境信息，如温湿度，噪声，光照度，大气压力等。DYK人机环境同步平台系统组成由4个平台组成，分别为：人机环境同步采集平台、人机环境分析软件平台、虚拟现实和实际舱室仿真平台。

4.2 系统主要功能

系统主要功能见图4.2

              图4.2 量化自我-大数据人因分析平台功能

1) 人、机、环境因素的采集

采用以人机环境数据同步技术为核心的DYK人机工效综合评估系统研究人类在特定（舱内）自然物理环境或工作环境变化下（如环境温度，湿度，噪音，照明，风速，空气流量，空气中的颗粒物质，有机物质等），进行各种交互操作活动时的心生理状况反应变化、视觉（如注意力、视线关注点与眼睛运动等）、以及身体姿态、动作（如动作，姿势，运动，位置，力量，角度，人体震动状态等）和表情变化等；

2) 人、机、环境的同步分析

采集并分析所有人-机-环境相互作用变化之间的因果关系，完成在同一时间点或同一时间段内人机环境数据实时同步记录、分析，从而实现多维度数据可视化分析。同时，针对有效数据提取与可视化呈现，优化人机交互过程或界面，并针对人机交互实验环境，从信息显示工效评估，人机工效评估维度上建设良性有效的监测评估方式。

针对人机环境系统采集的大量交互数据，比如眼动、脑波、呼吸、心律、脉搏、皮电、皮温、心电、肌电、肢体动作、关节角度、人体压力、拉力、握力、捏力、振动、噪声、光照、大气压力、温湿度等，通过生理学数据和神经计算，进行状态感知的算法开发及模型建立。针对飞机系统信息显示界面的不同设计，采集操作人员在进行操作时的生理及眼动等指标，对于操作任务的完成时间、次数、以及路径进行探究，同时分析操作人员的情绪状态，进而找出操作界面的优劣之处，进行改进与完善,进行智能化人机界面集成标准规范研究。

3) “量化自我”人、机、环境大数据平台

通过“量化自我”对操作员的心理、生理、能力进行分析、了解，依托大数据科学进行人员的协调与分配，科学地管理人力资源，包容性的研究涵盖可能参与人员的多样化特征，并结合新型团队工作形式的发展特点，重新定义协同工作程序管理等问题，寻求可能出现问题的解决方案。

5. 结论

“安全、高效、舒适、愉悦”是人机系统总体评估原则。其中：安全是对航员生命和健康的保障；高效则是以优化作战使用流程，提高全航任务效率及减员增效为目标；舒适体现在提高界面及环境设计水平，是创造良好的工作、生活保障环境舒缓精神压力；愉悦融入了情感理念，注重用户体验，增加情感附加值等。

把量化自我大数据技术应用到复杂信息系统人因评估领域能够大大推动我国军事战略的发展，不仅能改善机载信息系统的界面信息优化、提高操作员的操作效率，还为作战的实时监测、多分布式人因数据采集等方面提供更多的方式和可能，人因数据的内容更加丰富、全面。进而为实现基于操作人员状态对显示界面的设计、布局合理自适应重构、基于生理学数据和神经计算建立实时、高精度的作战人员状态感知模型以及基于深度学习的训练库提高操作员的准确度等在线处理实时分析、自动分析方面工作做好坚实的基础。

参考文献：

[1] What will Royal Navy warships look like in 2050? Jonathan Beale Defence correspondent,

BBC News，31 August 2015；

[2]丁怡，基于复杂信息系统界面可用性评估指标体系的研究，北京邮电大学硕士论文，2015；

[3] 李晶, 巧衡时间压力的人机界面信息编码山[J].计算机辅助设计与图形学学报,2013,25(7):1022-1028;

[4]刘振声，“量化自我”——从数据化个体的角度重新审视“大数据”，http://media.people.com.cn/n/2014/0321/c150620-24705386.html，2014,3

[5] 王恒 信息化时代“复杂系统数字界面人机交互设计”至关重要，中国航空报，2016，01，22 ； 

[6]廖鎮、王鑫，人因工程在海军领域应用研究进展——第八届应用人因工程与功效国际会议海事分会场总结，舰船人因工程实验室 2017,7

[7] 侯文君_高晓基于瞳孔尺寸波动的用户基本满意度评价模型研究, 航天医学与医学工程, 2013,05;

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