СПОСОБ ОЦЕНКИ ОПЕРАТОРСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Российский патент 2005 года по МПК A61B5/02 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к средствам оценки деятельности оператора, и может быть использовано для оценки качества операторской деятельности пилота в процессе его работы на тренажере или при управлении воздушным судном.

В настоящее время, анализируя статистику летных происшествий, видно, что 85% летных происшествий происходит за счет человеческого фактора и только 15% за счет техники. Поэтому актуальной является задача повышения надежности функционирования человеческого звена в биотехнической системе пилот-воздушное судно. Задача надежности решается за счет конструирования самолетов на принципе адекватности согласования "управленческих" характеристик технических и биологических элементов системы и принципа идентификации информационной среды, требующей оптимизации интенсивности потоков и формы предъявления информации, которой в процессе функционирования обмениваются технические и биологические элементы системы.

Отечественный и зарубежный опыт, реализующий задачу повышения надежности системы пилот-(воздушное судно), свидетельствует о необходимости применения объективных оценок работоспособности пилота, его психофизиологического состояния, а также оценки физиологической стоимости операторской деятельности для оценки операторской деятельности. Основная цель этих оценок заключается в выявлении внутренних резервов и снижении нагрузок на пилота, в более точном анализе пилотной динамики освоения новой техники и ее усовершенствования с учетом динамики полета. В условиях тренировочного процесса эти оценки позволяют скорректировать методы и объемы тренировок для отдельных процедур тренировочного задания, объективно оценить качество проведения тренировки на основе результатов операторской деятельности, выявить критические ситуации, связанные с состоянием пилота, при моделировании летных происшествий.

Известен способ оценки операторской деятельности (SU 2131701 С1, МПК А 61 В 5/16, 1999), заключающийся в установлении датчиков на органы управления технического средства и на систему отображения, тестирования методом сравнения времени действительных реакций оператора с эталонными и оценке качества операторской деятельности по отношению этих времен. Оператор во время тестирования воздействует на органы управления. Благодаря датчикам, расположенным на органах управления, определяется время реакции, по которому вычисляется пригодность оператора к деятельности. В состав операторской деятельности как-то: быстрое движение к кнопке и ее нажатие, вождение автомобиля и самолета, наблюдение за химическими процессами, работа на сборочной линии, настройка радиоприемника на нужную станцию, - входит процесс управления объектом. Оценку операторской деятельности осуществляют на основе показателя, в который входят только параметры сенсомоторной компоненты и полностью отсутствует учет физиологических сдвигов для поддержания заданного качества операторской деятельности. Один и тот же результат (время сенсомоторной реакции) можно достичь, прикладывая разные физиологические усилия. Ценность полученного результата операторской деятельности напрямую зависит от того, какие усилия вкладывает оператор в его получение. Поэтому недостатком данного способа является то, что показатель, на основе которого осуществляют оценку операторской деятельности, включает в себя оценку только моторных реакций оператора и при этом отсутствует оценка физиологических сдвигов в организме оператора.

Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату при использовании является способ оценки операторской деятельности (SU 2170953 С1, МПК А 61 В 5/16, 2000), заключающийся в регистрации психофизиологических параметров пилота и оценке параметров объекта управления для формирования сигнала нештатной ситуации. Для оценки состояния пилота используется блок измерения медицинских параметров. Функциональные параметры операторской деятельности формируются с помощью датчиков, которые фиксируют обжатие ручки управления, усилие обжатия, траекторию движения ручки управления, положение и траекторию движения головы, усилий упора ног, легочной вентиляции, давления кислорода, качества смеси, термоанемометрию, пневмометрию, текущую и опасную высоту, перегрузку, состояние шасси и время реакции. При отклонении от нормы сигналов с датчиков во время полета передается информация пилоту об угрозе. Последний должен в ограниченное время устранить нештатную ситуацию. По времени устранения оценивается операторская деятельность - профессиональная пригодность. При превышении допустимого времени осуществляется перевод самолета в горизонтальную плоскость полета на безопасной высоте.

В данном способе в оценке успешности операторской деятельности (оценочный показатель рассчитывается на основе только времени сенсомоторной реакции) отсутствует учет физиологических сдвигов для поддержания текущего уровня готовности операторской деятельности. По существу, из-за отсутствия учета физиологических сдвигов в расчетах показателя профессиональной пригодности может возникнуть критическая ситуация. Используя высокий уровень мотивации, пилот в состоянии поддерживать параметры управления объектом в норме. Поддержка в течение длительного времени высокого уровня мотивации для достижения заданного уровня управления объектом может привести к развитию стресса, к созданию угрожающих ситуаций в полете. Данный способ, используемый для сравнения двух операторов, показывающих один и тот же результат, но вкладывающих в его достижение разные физиологические усилия, ничего не может сказать о том, какой из операторов лучше и насколько лучше. Эта проблема неоднозначности оценки результата операторской деятельности остро стоит при оценке результатов тестирования операторов.

Недостатком способа-прототипа является то, что он обладает ограниченными функциональными возможностями, поскольку в оценке операторской деятельности не учитывает физиологические сдвиги, направленные на поддержание заданного уровня операторской деятельности (профессиональной пригодности).

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в создании способа, обеспечивающего учет физиологических сдвигов при оценке операторской деятельности.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей способа оценки операторской деятельности за счет одновременного учета результата операторской деятельности и физиологических сдвигов в организме оператора, направленных на поддержание заданного уровня операторской деятельности.

Поставленная задача с достижением упомянутого выше технического результата решается тем, что в способе оценки операторской деятельности, заключающемся в том, что измеряют текущие значения времени сенсомоторной реакции оператора на стимул, который является многоальтернативным, вычисляют нормированные значения параметров сенсомоторной реакции на стимул, измеряют текущие параметры управления объекта и снимают сигналы сердечного ритма, дополнительно по сигналам сердечного ритма формируют динамический ряд кардиоинтервалов, осуществляют спектральный анализ динамического ряда кардиоинтервалов, по результатам которого вычисляют индекс стресса S оператора, определяют интегральный показатель качества операторской деятельности Q как среднее геометрическое нормированных значений параметров сенсомоторной реакции на стимул и нормированных значений параметров управления объектом, а оценку операторской деятельности проводят по уровню ресурса операторской деятельности R, который определяют из соотношения

Поставленная задача решается также тем, что осуществляют следующие действия.

В качестве простых альтернативных составляющих для многоальтернативного стимула выбирают альтернативные составляющие с одинаковыми статистическими характеристиками.

Для воздушного судна в качестве простых альтернативных составляющих стимула выбирают полетные ситуации, определяемые показаниями индикаторов скорости, высоты полета и информационных табло.

В качестве параметров сенсомоторной реакции выбирают время сенсомоторной реакции на стимул t и среднеквадратичное отклонение времени сенсомоторной реакции на стимул σ, а их нормированные значения соответственно Nt и Nσ определяют из соотношений

где - время сенсомоторной реакции на стимул, усредненное по большой популяции людей,

- среднеквадратичное отклонение времени сенсомоторной реакции на стимул, полученное по большой популяции людей.

В качестве параметров непрерывного управления воздушным судном выбирают текущее отклонение от заданной высоты полета ΔН и линейное боковое уклонение от линии заданного пути ЛБУ, а их нормированные значения соответственно Nh и Ns определяют из соотношений

где ΔНmах - пороговое отклонение по высоте, зависящее от высоты полета воздушного судна,

Pd - пороговое значение ЛБУ, зависящее от этапа полета воздушного судна,

Abs - функция получения модуля значения.

Значение параметра ΔНmах для определения нормированного значения отклонения высоты полета выбирают, исходя из условий:

ΔНmах=60 м для Н>300 м,

ΔНmах=0.2·Н для H≤300 м,

где H - текущая истинная высота полета,

а значение параметра Pd для определения нормированного значения ЛБУ выбирают исходя из условий:

Pd=1852 м - на этапе взлета и полета в районе аэродрома,

Pd=2·1852 м - на этапе полета по маршруту,

Pd=0,5·1852 м - на этапе захода на посадку.

Интегральный показатель качества операторской деятельности пилота воздушного судна Q определяют как среднее геометрическое нормированного значения времени сенсомоторной реакции на стимул Nt, нормированного среднеквадратичного отклонения времени сенсомоторной реакции на стимул Nσ, нормированного отклонения высоты полета Nh и нормированного линейного бокового уклонения от линии заданного пути Ns из соотношения

Индекс стресса S оператора оценивают по результатам спектрального анализа динамического ряда кардиоинтервалов из соотношения

где LF и HF - соответственно низкочастотная (от 0,04 до 0,15 Гц) и высокочастотная (от 0,15 до 0,4 Гц) составляющие спектра динамического ряда кардиоинтервалов;

LFs и HFs - соответственно значения нормы для низкочастотной и высокочастотной составляющих спектра динамического ряда кардиоинтервалов.

За значения нормы спектральной мощности в низкочастотной (LFs) и высокочастотной (HFs) областях спектра динамического ряда кардиоинтервалов принимают значения спектральных мощностей в низкочастотной (LF) и высокочастотной (HF) областях, измеренные на большой популяции людей в стандартных условиях записи (покой, лежа на спине) и усредненные по всей популяции.

В частности, за значения нормы спектральной мощности в низкочастотной (LFs) и высокочастотной (HFs) областях спектра динамического ряда кардиоинтервалов принимают значения LFs=1170 [мс·мс], HFs=975 [мс·мс].

Эти дополнительные процедуры являются отличительными признаками заявляемого способа относительно прототипа.

Новизна настоящего изобретения заключается в оценке операторской деятельности по уровню ресурса операторской деятельности, который учитывает как результаты операторской деятельности, так и физиологические сдвиги в организме оператора, направленные на поддержание заданного уровня его деятельности.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ оценки операторской деятельности;

на фиг.2 представлен график изменения показателя качества операторской деятельности обследуемого N при управлении полетом воздушного судна на тренажере;

на фиг.3 представлен график индекса стресса у обследуемого N при решении арифметической задачи;

на фиг.4 представлен график индекса стресса у обследуемого N при проведении тренировочного полета на тренажере;

на фиг.5 представлены графики индекса стресса (S), показателя качества (Q) и уровня ресурса (R) у обследуемого NN при проведении тренировки на компьютерном тренажере при высокой мотивации;

на фиг.6 представлены графики индекса стресса (S), показателя качества (Q) и уровня ресурса (R) у обследуемого NN при проведении тренировки на компьютерном тренажере при низкой мотивации;

на фиг.7 представлены графики индекса стресса (S), показателя качества (Q) и уровня ресурса (R) у обследуемого N при проведении тренировки на компьютерном тренажере.

Осуществление предлагаемого способа рассмотрим на примере оценки операторской деятельности пилота воздушного судна.

В реальных условиях статистические характеристики многоальтернативного стимула зависят от характера альтернативы. Для разных альтернатив средние времена реакций могут различаться на порядок. Поэтому при формировании многоальтернативного стимула выбирают простые альтернативы с одинаковыми статистическими характеристиками. Такое формирование многоальтернативного стимула позволяет рассчитывать его статистические характеристики независимо от альтернативы.

В процессе управления воздушным судном у пилота могут возникнуть различные ситуации, на которые требуется однозначная реакция. Совокупность этих ситуаций описывается многоальтернативным стимулом. В качестве примера приведены таблицы с набором нештатных ситуаций для вертолета Ми-8МТВ (табл.1) и штатных ситуаций для самолета Ту-154 (табл.2). В этих таблицах приведены альтернативы многоальтернативного стимула (поле: ситуация) и им приведены в соответствие реакции пилота на соответствующие ситуации (поле: действие). Как видно из табл. 1 и 2 альтернативная составляющая стимула, представляющая собой полетную ситуацию, определяется показаниями индикаторов скорости, высоты полета и информационных табло. Для каждой составляющей стимула определена соответствующая реакция пилота на включение/выключение определенных тумблеров, кнопок и рычагов. После принятия решения по данной ситуации пилот осуществляет операторскую деятельность по включению/выключению органов управления.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно измеряют на большой популяции людей время сенсомоторной реакции на стимул, который является многоальтернативным, и вычисляют среднее время сенсомоторной реакции и его среднеквадратичное отклонение , в процессе управления объектом измеряют время сенсомоторной реакции оператора на последовательно предъявляемый стимул ti, вычисляют среднеквадратичное отклонение времени сенсомоторной реакции на стимул σ и нормированные значения параметров сенсомоторной реакции на стимул.

Время сенсомоторной реакции ti определяют как временную задержку между предъявлением информации на индикаторе (табло) и изменением состояния соответствующего органа управления (кнопка, тумблер, рычаг). На основе накопленных данных о времени сенсомоторной реакции на стимул определяют выборочную оценку среднеквадратичного отклонения времени сенсомоторной реакции σ по формуле (Вайнберг Дж., Шумекер Дж. Статистика / Пер. с англ. Л.А.Клименко и Б.И.Клименко, М.: Статистика, 1979. - С.199):

где n - число накопленных значений времени сенсомоторной реакции;

i - среднее значение времени сенсомоторной реакции по полученной выборке.

Нормированные значения времени сенсомоторной реакции Nt и его среднеквадратического отклонения Nσ определяют из соотношений (2) и (3).

В процессе управления воздушным судном одновременно определяют параметры непрерывного управления объектом, в качестве которых выбирают навигационные параметры воздушного судна. Для обеспечения безопасности самолетовождения (полет на заданном эшелоне и в пределах разрешенного коридора) наиболее значимыми навигационными параметрами является отклонение от заданной высоты ΔН и линейное боковое уклонение от линии заданного пути ЛБУ.

Отклонение от заданной высоты ΔН рассчитывается как разность между фактической высотой полета Нф и заданной высотой полета Нз

Значение ЛБУ в навигационном вычислителе рассчитывается как произведение расстояния, пройденного от последнего поворотного пункта маршрута Snp, на тангенс угла, получаемого как разность заданного (ЗМПУ) и фактического магнитных путевых углов (ФМПУ) (Черный М.А, Кораблин В.И. Воздушная навигация, М.: Транспорт, 1983. - С.192)

Затем определяют нормированные значения параметров непрерывного управления объектом.

Согласно правилам полета на эшелоне считается допустимым отклонение ΔНmах от заданной высоты на ±60 м, а при снижении вдоль линии глиссады или взлете допустимое отклонение от заданной высоты составляет примерно 20% от текущей высоты над землей. На границе допустимого отклонения от высоты (±ΔНmах) нормированный показатель принимаем равным 1. За пределами границ нормированный показатель изменяется по соотношению

где ΔНmах=60 м для текущих истинных высот более 300 м и ΔНmах=0,2·Н для высот, равных и менее 300 м,

Н - текущая истинная высота полета.

Согласно правилам зональной навигации (Рекомендации по подготовке воздушных судов и эксплуатации гражданской авиации России к полетам в системе точной зональной навигации Р-RNAV в Европейском регионе по требованиям RNP 1, -М.: ГСГА, Россия - 2002) суммарная погрешность самолетовождения не должна превышать значения ±RNP в течение 95% полетного времени на любом участке маршрута. Значение RNP, в обобщенном случае, можно считать равным: 1852 м (1 морской миле (n.m.)) на этапах взлета и полета в районе аэродрома, 2·1852 м (2 n.m.) на этапе полета по маршруту и 0,5·1852 м (0,5 n.m.) на этапе захода на посадку.

Установим пороговое значение коридора Pd для линейного бокового уклонения равным RNP. На границе допустимого уклонения ЛБУ (±Pd) нормированный показатель Ns принимаем равным 1. За пределами границ нормированный показатель Ns изменяется по соотношению

где Pd - пороговое значение ЛБУ, зависящее от этапа полета воздушного судна.

На основании полученных нормированных значений Nt, Nσ, Nh, Ns соответственно из выражений (2, 3, 11 и 12) определяют интегральный показатель качества операторской деятельности пилота Q из соотношения (6)

Интегральный показатель качества операторской деятельности может быть использован для оценки операторской деятельности по управлению объектами различного назначения. При оценке операторской деятельности по управлению объектом другого типа выбирают параметры дискретной и непрерывной составляющих операторской деятельности, значимые для данного типа объекта, и вычисляют интегральный показатель качества Q из соотношения

где Ni - i-параметр операторской деятельности,

n - общее число дискретных и непрерывных параметров операторской деятельности.

Следует отметить, что получение значений Nt и Nσ определяется наличием операторской деятельности по включению/выключению клавиш, тумблеров и рычагов. Отсутствие такой деятельности в течение длительного времени не позволяет получить текущие значения Nt и Nσ. Поэтому для определения значений Nt и Nσ следует использовать временное окно. При отсутствии сенсомоторных реакций на стимул в начале операторской деятельности следует приравнять значения Nt и Nσ единице. В процессе деятельности может возникнуть такая ситуация, когда отсутствуют сенсомоторные реакции на стимул в рамках временного окна, в этом случае следует использовать предыдущие значения Nt и Nσ.

Размер временного окна выбирают из условия получения данных о текущих изменениях функционального состояния пилота. В одном случае данные могут быть нивелированы, в другом - может быть большой шумовая составляющая этих данных. Практически для отслеживания изменений функционального состояния оператора выбирают окно в диапазоне от 2 до 5 минут.

Аналогично выбирают окно и для определения текущих значений отклонения по высоте полета и линейному боковому уклонению. При отсутствии значений последних по каким-либо причинам, например, при нахождении воздушного судна на земле значения Nh и Ns следует приравнять единице.

Операторская деятельность пилота, где основным компонентом является сенсомоторная реакция, характеризуется набором дискретных стимулов (индикаторы, табло) и ответов (кнопки, рычаги). В этой деятельности оператор реагирует на определенное число дискретных состояний системы. В то же время пилот осуществляет деятельность, связанную с непрерывным управлением объекта и должен реагировать на непрерывно меняющуюся ситуацию: траектория движения, высота полета (движение объекта управления). Показатель качества операторской деятельности одновременно оценивает в рамках предлагаемого способа дискретную и непрерывную составляющую деятельности пилота на воздушном судне.

Синхронно с определением оценки качества операторской деятельности осуществляют оценку текущих физиологических сдвигов в организме оператора по индексу стресса. В качестве сигнала сердечного ритма используют электрокардиосигнал, который снимают с помощью кардиодатчика. Измеряют кардиоинтервалы между R-зубцами и формируют динамический ряд кардиоинтервалов.

Динамический ряд кардиоинтервалов подвергают сплайн-интерполяции для соединения экспериментальных точек значений кардиоинтервалов не ломаной линией, а гладкой кривой. Лучше всего для этих целей подходит интерполяция квадратичными или кубическими сплайнами, т.е. отрезками квадратичных или кубических парабол. Смысл сплайн-интерполяции заключается в том, что в каждом промежутке между узловыми точками осуществляется аппроксимация параболой. Участки парабол называются сплайнами. Сплайн-интерполяция обеспечивает равенство в узлах не только самих соседних параболических интерполирующих функций (сплайнов), но и их 1-х производных. Благодаря этому сплайн-интерполяция выглядит как очень гладкая функция и позволяет получить значения кардиоинтервалов через равные промежутки времен. Значения отсчетов кардиоинтервалов через равные промежутки времени необходимы для спектрального анализа динамического ряда кардиоинтервалов с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ).

Осуществляют спектральный анализ динамического ряда кардиоинтервалов на основе БПФ и измеряют спектральную мощность сигнала раздельно в низкочастотной (LF) и высокочастотной (HF) областях и суммарную спектральную мощность в низкочастотной и высокочастотных областях спектра (Отнес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов, основные методы. - М.: Мир, 1982, с.52-56). Предварительные измерения для спектральных мощностей в низкочастотной (LF) и высокочастотной (HF) областях проводят на большой популяции людей в стандартных условиях записи (покой, лежа на спине), по описанному выше алгоритму. Полученные экспериментальные данные усредняют по всей популяции и принимают за значения нормы спектральной мощности в низкочастотной (LFs) и высокочастотной (HFs) областях. Затем проводят текущие измерения и рассчитывают индекс стресса S из соотношения (7), по которому проводят оценку физиологических сдвигов организма человека в процессе операторской деятельности.

Для интерпретации соотношения (7) рассмотрим весь диапазон проявления стресса, определяющего физиологические сдвиги в организме оператора, направленные на поддержание заданного уровня операторской деятельности. Стресс может проходить несколько форм активности: от стрессового пассивного реагирования через отсутствие выраженности стресса до активного стрессового реагирования. Этому диапазону изменения стресса соответствует следующее изменение эффективности операторской деятельности:

прекращение операторской деятельности (стрессовая пассивность);

значительное снижение эффективности операторской деятельности; возможны остановки рабочего процесса;

снижение эффективности операторской деятельности;

повышение эффективности операторской деятельности;

средний уровень работоспособности (стресс не выражен);

повышение эффективности операторской деятельности;

снижение эффективности операторской деятельности;

резкое снижение эффективности операторской деятельности; возможны сбои и остановка рабочего процесса; прекращение эффективной операторской деятельности; возможны негативные результаты панического поведения (стрессовая активность) (Китаев-Смык Л.А., Боброва Э.С. Стресс как психологический фактор операторской деятельности // Психологические факторы операторской деятельности: сб. ст. - М.: Наука, 1988. - С.111-124).

Как видно, проявление стресса связано как с активацией нервной системы - стрессовая активность, так и с ее дезактивацией - стрессовая пассивность. В стандартных условиях стресс не выражен. Дальнейшее уменьшение или увеличение уровня активации нервной системы должно сопровождаться увеличением проявления стресса. Поэтому в стандартных условиях индекс стресса должен быть равен единице, а в других условиях, отличных от стандартных, индекс стресса должен увеличиваться или уменьшаться. Это обеспечивается сомножителями и , при этом сомножитель обеспечивает привязку к норме суммарной мощности, а сомножитель нормирует значение индекса стресса для получения его значения в стандартных условиях, равного 1.

Физиологическая интерпретация индекса стресса, рассчитанного по формуле (7), заключается в следующем. Вегетативная нервная система, состоящая из симпатического и вагусного отделов, регулирует отношения между органами и тканями внутри организма, выполняет адаптационно-трофическую функцию, приспосабливая органы и ткани к наилучшему, наиболее совершенному выполнению ими всех видов деятельности. Функционируя в тесном контакте с эндокринной системой, она обеспечивает целостность организма, постоянство его внутренней среды (гомеостаз). Симпатический отдел способствует быстрой мобилизации энергии и адаптации организма к постоянно изменяющимся условиям внешней среды. Это, в основном, эрготропная система, связанная с катаболическими процессами. Вагусный отдел, наоборот, способствует сохранению постоянства внутренней среды организма. Через холинэргические структуры он управляет процессами восстановления организмом затрат энергии и питательных веществ, повышает активность ассимиляторных процессов. Это трофотропная система, связанная с анаболическими процессами. Симпатический и вагусный отделы вегетативной нервной системы функционируют под влиянием высшего вегетативного центра - гипоталамуса. Гипоталамическая область обеспечивает постоянство внутренней среды организма и адекватную реакцию на раздражители различной силы. У здорового человека в норме с хорошей резистентностью к воздействию раздражителей различной силы показатели симпатического и вагусного отделов вегетативной нервной системы находится в состоянии равновесия.

При стрессе происходит падение абсолютной мощности всех составляющих спектра ритмограммы (LF+HF). С биологических позиций, когда в состоянии стресса все системы организма подчинены достижению жизненно важной цели, требования, предъявляемые к сердцу, наоборот, упрощаются: оно должно лишь развить максимальную производительность. При этом влияние симпатической нервной системы приводит к выравниванию ритма сердца.

В стандартных условиях для среднестатистического человека индекс стресса равен 1. Для человека с высоким уровнем функционирования сердечно-сосудистой системы, находящегося в стандартных условиях, индекс стресса уменьшается до 0.1. При 8-часовой интеллектуальной нагрузки индекс стресса может увеличиваться с исходного уровня 1,0 до 5,0-10,0.

В частном случае, в качестве усредненных данных, можно использовать экспериментальные данные, приведенные в (Heart Rate Variability Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. // European Heart Journal. - 1996. - V.17. - p.354-381), где LFs=1170 [мс·мс], HFs=975 [мс·мс] - соответственно низкочастотная и высокочастотная составляющие спектра динамического ряда кардиоинтервалов, полученные в стандартных условиях записи (покой, лежа на спине) для большой популяции людей независимо от пола, возраста и других факторов и принимаемые за норму. При этом выражение (7) для индекса стресса принимает вид

Как видно из выражений (6) и (7) показатель качества операторской деятельности Q и индекс стресса S представляют собой безразмерные величины, и могут быть использованы для оценки операторской деятельности с учетом физиологических сдвигов. На основе синхронно получаемых значений интегрального показателя качества операторской деятельности пилота Q из соотношения (6) и индекса стресса S из соотношения (7) определяют уровень ресурса операторской деятельности R из соотношения (1)

Рассмотрим физический смысл ресурса операторской деятельности.

Уровень ресурса операторской деятельности R равен показателю качества операторской деятельности при психофизиологическом состоянии, соответствующем состоянию организма человека, находящегося в стандартных условиях, индекс стресса которого равен 1. Другими словами можно сказать, что уровень ресурса операторской деятельности R определяется нормированным значением интегрального показателя качества операторской деятельности Q относительно индекса стресса S, учитывающего физиологические сдвиги в организме оператора, который поддерживает заданный уровень качества операторской деятельности.

При использовании уровня ресурса в качества рейтингового показателя оператора по существу сравнение операторов происходит на основе показателя качества операторской деятельности, но рассчитанного для операторской деятельности, в которой при том же уровне ресурса операторской деятельности индекс стресса оператора постоянен и равен 1, т.е. для организма человека, находящегося в стандартных условиях.

Способ может быть осуществлен с помощью устройства (см. фиг.1), содержащего последовательно соединенные датчик 1 сигнала сердечного ритма (например, на основе нагрудного пояса фирмы "POLAR", снимающего сигналы R-зубцов кардиосигнала), формирователь 2 динамического ряда кардиоинтервалов и блок 5 спектрального анализа, выход которого совместно с выходами датчика 3 времени сенсомоторной реакции и навигационного вычислителя 4 соединены соответственно с входами многоканального входного интерфейса 6, выход которого через блок 7 вычисления оценок операторской деятельности соединен с индикатором 8. Блок 7 вычисления оценок операторской деятельности содержит блок 7.1 оценки показателя качества операторской деятельности, блок 7.2 оценки индекса стресса и блок 7.3 оценки уровня ресурса операторской деятельности, при этом вход блока 7 вычисления оценок операторской деятельности является общим входом для блоков 7.1 и 7.2, выходы которых соединены соответственно с раздельными входами блока 7.3 оценки уровня ресурса операторской деятельности, выход которого является выходом блока 7 вычисления оценок операторской деятельности.

Формирователь 2 динамического ряда кардиоинтервалов осуществляет измерение временных интервалов между R-зубцами кардиосигнала и формирование динамического ряда кардиоинтервалов. Блок 5 спектрального анализа осуществляет спектральный анализ динамического ряда кардиоинтервалов. Датчик 3 времени сенсомоторной реакции определяет время сенсомоторной реакции как временную задержку между предъявлением информации на индикаторе (табло) и изменением состояния соответствующего органа управления (кнопка, тумблер, рычаг). Навигационный вычислитель 4 (например, Новичков Н. Бортовая авионика фирмы "ТРАНЗАС" повысит экспортный потенциал вертолетов Ми-172 // В журн. Рынки вооружений // т.2, №6-7, 2002. - С.7-9 или Стулов А.В. Эксплуатация авиационного оборудования спутниковой навигации. - М.: Воздушный транспорт, 2002. - С.70) осуществляет вычисление текущих значений отклонения от заданной высоты полета ΔН, допустимого отклонения от высоты ΔНmах, линейного бокового уклонения ЛБУ и его порогового значения Pd на борту воздушного судна. Многоканальный входной интерфейс 6 осуществляет согласование информационных потоков от блока 3, блока 4 и блока 5 с техническими параметрами ввода информации в блок 7 вычисления оценок операторской деятельности. Блок 7.1 осуществляет хранение предварительно полученных данных о сенсомоторной реакции на многоальтернативный стимул, накопление текущих данных о сенсомоторной реакции на многоальтернативный стимул и текущих данных о траектории и высоте полета и вычисление показателя качества операторской деятельности. Блок 7.2 осуществляет расчет спектральной мощности в заданных полосах частот и вычисление индекса стресса. Блок 7.3 осуществляет вычисление уровня ресурса операторской деятельности. Индикатор 8 осуществляет отображение значений уровня ресурса операторской деятельности, а также показателя качества операторской деятельности и индекса стресса оператора как текущих значений, так и развернутых во времени. В качестве блока 7 вычисления оценок операторской деятельности и индикатора 8 может быть использован компьютер с процессором уровня Pentium 2.

На графиках, приведенных на фиг.2-7, по абсциссе откладывается время, по ординате в безразмерных величинах:

на фиг.2 - значения показателя качества;

на фиг.3-4 - значения индекса стресса;

на фиг.5-7 - значения показателя качества (Q), индекса стресса (S), уровня ресурса (R).

Для иллюстрации оценки качества операторской деятельности в рамках предлагаемого способа на фиг.2 представлен график изменения показателя качества операторской деятельности пилота на тренажере при управлении полетом вертолета Ми-8МТВ в течение 4 часов. Следует отметить, что оценка среднего качества операторской деятельности пилота равна 1 и поэтому, исходя из графика, можно сказать, что, примерно, 40% полетного времени качество операторской деятельности по управлению воздушным судном было ниже среднего.

На фиг.3 изменение индекса стресса соответствует решению обследуемым N арифметической задачи в течение двух минут. На фиг.4 изменение индекса стресса соответствует проведению тренировочного полета на авиационном тренажере в течение 14 минут. Из сравнения максимальных значений стресса по кривым, приведенным на фиг.3 и 4 видно, что обследуемый N испытывает примерно в 3 раза больший стресс при работе на тренажере, нежели при решении арифметической задачи.

В процессе работы на компьютерном тренажере пилот осуществляет операторскую деятельность, основным компонентом которой является моторная составляющая. Для иллюстрации учета физиологических сдвигов в оценке операторской деятельности обследуемый пилот осуществляет свою деятельность в нормальном состоянии (работа в обычном темпе) и в мотивированном (получить как можно большой показатель качества). На фиг.5 и 6 представленные экспериментальные данные показывают влияние мотивации на оцениваемые параметры операторской деятельности. Видно, что под влиянием мотивации (фиг.5) возрастает значение показателя качества с 1.06 до 1.59 (здесь и далее для фиг.5-7 приведены средние значения индекса стресса, показателя качества и уровня ресурса на интервале наблюдения - 3.5 минуты). Такое улучшение качества не проходит бесследно для организма. Последний отзывается увеличением индекса стресса с 2.48 до 3.67. В то же время уровень ресурса операторской деятельности как до мотивации (фиг.6), так и после мотивации (фиг.5) остается неизменным и равным 0.43. Из экспериментальных данных видно, что уровень ресурса операторской деятельности не подвержен мотивационным воздействиям и полнее характеризует операторскую деятельность.

Сравнивая операторскую деятельность двух обследуемых пилотов NN (фиг.5) и N (фиг.7), видно, что примерно при равных значениях показателя качества соответственно 1.59 и 1.49 каждый из пилотов по-разному вносит свой "физиологический вклад" в достигаемый результат - индексы стресса соответственно 3.67 и 0.43. Значение ресурса, равного 3.47, у обследуемого N превосходит одноименное значение 0.43 обследуемого NN. Чем выше уровень ресурса пилота, тем выше его рейтинг, поэтому обследуемый N превосходит по рейтингу обследуемого NN.

Сравнение операторской деятельности двух операторов только по показателю качества закладывает в это сравнение ошибку за счет разного физиологического вклада каждого из операторов в результат операторской деятельности. Применение предлагаемого способа позволяет использовать в качества рейтингового показателя оператора значение уровня ресурса.

Следует отметить, что предлагаемый способ оценки операторской деятельности имеет свои ограничения: для применения - нельзя определять индекс стресса у лиц, имеющих отклонения в здоровье. Это ограничение связано с изменением структуры спектра динамического ряда кардиоинтервалов, используемых при оценке физиологических сдвигов в организме оператора.

Контроль динамики уровня ресурса операторской деятельности позволяет прогнозировать и предупреждать аварийные и внештатные ситуации при чрезмерных уменьшениях значений уровня ресурса операторской деятельности. Использование уровня ресурса операторской деятельности, учитывающего физиологические сдвиги в организме оператора, позволяет улучшить сравнение деятельности пилотов, работающих на различных типах воздушных судов, получать рейтинг пилотов по качеству вождения воздушного судна и получать ранее несравнимые характеристики: какой из пилотов является лучшим.

Таблица 1№ п/пСИТУАЦИЯДЕЙСТВИЕ1Загорание табло "ЗАСОР ТФ ЛЕВ ДВ";Уменьшить режим работы левого двигателя;2Загорание табло "ПРЕВ Nct ЛЕВ ДВ";Выключить электронный регулятор (ЭРД) неисправного двигателя (табло гаснет);3Загорание табло "МАЛО Рм ЛЕВ ДВ";Установить рычаг останова в положение "ЗАКР";4Повышение температуры масла левом (или правом) двигателе до 160°С;Закрыть пожарный кран;5Загорание табло "СТРУЖКА ЛЕВ (или ПРАВ) ДВ";Уменьшить скорость полета до 130...140 км/ч (рычагом раздельного управления неисправного двигателя);6Загорание табло "ОБОРОТЫ ПРЕДЕЛ" силовой установки;Нажать кнопку "ВЫКЛЮЧЕНИЕ" ВСУ;7Загорание табло "ГЕНЕРАТОР 1 ОТКАЗАЛ";Выключить выключатель отказавшего генератора;8Загорается табло "СЕТЬ ПИТ ОТ АККУМ" на левой приборной доске;Включить выключатели "СЕТЬ НА ВУ";9Загорание табло "Обледенение";Установить переключатель "ОБЩЕЕ Ручн-Автом" в положение "РУЧН";10Погасание табло "РАСХОД РАБОТАЕТ";Выключение переключателя насоса "РАСХОД";

Таблица 2№ п/пСИТУАЦИЯДЕЙСТВИЕ1Исполнительный старт;Режим взлетный. Включить фары; Включить часы;2Скорость Vп.cт.=230 км/ч;Поднять переднюю стойку шасси;3Высота Н=5 м, Vy>0;Убирать шасси;4Высота Н=50;Выключить фары;5Высота 120 м, Скорость V=330 км/ч;Убрать закрылки до 15°;6Скорость V=360 км/ч;Убрать закрылки до 0°;7Скорость V=410 км/ч;Установить стабилизатор на 0;8Высота 500 м;Доклад о взлете; Двигатели на номинальный режим;9Загорание табло "ОБЛЕДЕНЕНИЕ" (в облачности или при t<10°);Включить обогрев двигателей. Включить ПОС;

Изобретение относится к медицине, в частности к средствам оценки деятельности, и может быть использовано для оценки операторской деятельности. Способ включает измерение текущих значений времени сенсомоторной реакции оператора на многокомпонентный стимул, вычисление нормированных значений параметров сенсомоторной реакции на стимул, измерение текущих параметров управления объектом и снятие сигналов сердечного ритма. По сигналам сердечного ритма формируют динамический ряд кардиоинтервалов. Осуществляют спектральный анализ динамического ряда кардиоинтервалов, по результатам которого вычисляют индекс стресса S оператора и значение индекса стресса S для среднестатического оператора считают равным 1. Определяют интегральный показатель качества операторской деятельности Q как среднее геометрическое нормированных значений параметров сенсомоторной реакции на стимул и нормированных значений параметров управления объектом. Оценку операторской деятельности проводят по уровню ресурса операторской деятельности R, который определяют из соотношения . Способ позволяет обеспечить учет физиологических сдвигов при оценке операторской деятельности. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 ил.

1. Способ оценки операторской деятельности, заключающийся в том, что измеряют текущие значения времени сенсомоторной реакции оператора на стимул, который является многокомпонентным, вычисляют нормированные значения параметров сенсомоторной реакции на стимул, измеряют текущие параметры управления объекта и снимают сигналы сердечного ритма, отличающийся тем, что в качестве простых компонент для многокомпонентного стимула выбирают компоненты с одинаковыми статистическими характеристиками параметров сенсомоторной реакции, по сигналам сердечного ритма формируют динамический ряд кардиоинтервалов, осуществляют спектральный анализ динамического ряда кардиоинтервалов, по результатам которого вычисляют индекс стресса S оператора по формуле

где LF и HF - соответственно низкочастотная (от 0,04 до 0,15 Гц) и высокочастотная (от 0,15 до 0,4 Гц) составляющие мощности спектра динамического ряда кардиоинтервалов, и при стандартных условиях измерения: покой, лежа на спине, значение индекса стресса S для среднестатического оператора считают равным 1, определяют интегральный показатель качества операторской деятельности Q как среднее геометрическое нормированных значений параметров сенсомоторной реакции на стимул и нормированных значений параметров управления объектом, а оценку операторской деятельности проводят по уровню ресурса операторской деятельности R, который определяют из соотношения

где - время сенсомоторной реакции на стимул, усредненное по большой популяции людей;

- среднеквадратичное отклонение времени сенсомоторной реакции на стимул, полученное по большой популяции людей.

где ΔHmax - пороговое отклонение по высоте, зависящее от высоты полета воздушного судна;

Pd - пороговое значение ЛБУ, зависящее от этапа полета воздушного судна;

Abs - функция получения модуля значения.

ΔHmax=60 м для Н>300 м,

ΔНmах=0,2·Н для Н<300 м,

где Н - текущая истинная высота полета, а значение параметра Pd для определения нормированного значения ЛБУ выбирают, исходя из условий

Pd=1852 м - на этапе взлета и полета в районе аэродрома,

Pd=2·1852 м - на этапе полета по маршруту,

Pd=0,5·1852 м - на этапе захода на посадку.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что интегральный показатель качества операторской деятельности пилота воздушного судна Q определяют как среднее геометрическое нормированного значения времени сенсомоторной реакции на стимул Nt, нормированного среднеквадратичного отклонения времени сенсомоторной реакции на стимул Nσ, нормированного отклонения высоты полета Nh и нормированного линейного бокового уклонения от линии заданного пути Ns из соотношения