【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工作负荷量化分析领域，具体针对视觉、听觉、认知、精神运动四类通道中的视觉通道开展工作负荷视觉通道资源量化工作，提出一种工作负荷视觉通道资源量化方法、系统及装置。
技术介绍
1、操作员在执行任务时，需要面对复杂的操作环境和持续的精神集中，过高的工作负荷可能导致操作员疲劳、反应时间延长，甚至可能引起操作失误，危及人身安全。因此，通过科学量化和预测其工作负荷，可以提供更合理的任务规划，优化人机界面设计，从而降低事故风险，确保任务顺利完成。
2、人的信息处理资源通常由视觉、听觉、认知和精神运动四部分组成，并称vacp。vacp方法是一种被广泛应用的工作负荷评估方法。通过将操作流程层层分解至最小任务单元，根据最小任务单元所占用资源的情况对照vacp量表进行工作负荷评估。由于该方法在复杂任务执行中工作负荷评估的优越性，在航空航天、轨道交通、核电、机械操作等不同领域得到广泛应用。既有vacp量表最初是为航空领域设计的，特别是用于飞行任务设计中，以预测和评估飞行任务对飞行员工作负荷的影响。采用vacp量表赋值方法使用简单、直观性强，是一种灵活且有效的评估方法。由于每个资源类型都与其他资源类型进行了比较，评估与赋值的结果全面。此外，在缺乏足够统计数据和原始资料的情况下，该方法也可以做出定量评估，实用性强。vacp量表的分值由系统专家根据任务需求确定，而无需操作员在体验后进行评分。这个性质使得它可用于在设计阶段对操作者的工作负荷水平进行预测。然而，由于量表获得所采用的专家评价法其准确程度主要取决于专家的阅历经验以及知识的广
技术实现思路
1、基于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种工作负荷视觉通道资源量化方法、系统及装置，能够将不同视觉需求的任务映射至相应的心理学范式，探讨一种基于主观、绩效、生理综合指标的变化程度实现对工作负荷视觉通道资源量化的方法，通过对工作负荷视觉通道资源预测优化系统设计和任务设计，减轻由负荷分配不当其带来的操作员疲劳和绩效不佳等问题。
2、具体地，一方面本专利技术提供一种工作负荷视觉通道资源量化方法，其包括以下步骤：
3、s1、分析复杂任务范式设计原理，确定工作负荷视觉通道资源赋值方法，引入固定认知和精神运动资源类型结合不同视觉通道资源类型设计实验范式，将资源类型变化的实验范式作为自变量，能反应工作负荷变化的综合指标作为因变量；
4、s2、根据步骤s1确定的赋值方法，构建视觉通道资源类型与任务的映射关系，具体方法为：
5、基于vacp理论并结合任务环境以及人眼的视觉功能和运动特征对操作员执行任务过程中的视觉任务进行分析、归纳与概括，得到8种视觉通道资源类型；定义8个视觉通道资源类型为v0-v7，并固定其余资源通道类型，确定v0-v7对应的任务映射；
6、s3、基于步骤s2得到的视觉通道资源类型及其对应的任务映射关系，构建实验范式，具体方法如下：
7、将任务映射结果作为心理学范式筛选依据，基于vacp量表中对v0-v7的相关描述并复现相关流程中的典型任务，将8个视觉通道资源类型v0-v7分别与传统认知心理学实验范式进行一一映射，得到实验范式筛选结果，结合实际场景确定各个具体任务实验范式；
8、s4、基于步骤s3设计的任务实验范式，搭建实验环境与装置，构建实验流程；
9、基于步骤s3中的各个任务实验范式，确定实验阶段持续时间、目标刺激次数以及目标刺激间隔时间，实验顺序采用拉丁方实验设计；
10、s5、根据步骤s4构建的实验流程开展实验，采集nasa-tlx量表、任务完成的正确率和反应时、瞳孔直径和p300峰值数据进行主成分和归一化分析，实现基于多资源理论的工作负荷视觉通道资源量化，其具体包括以下子步骤：
11、s51、确定绩效指标为任务完成的正确率和反应时，其中正确率的计算公式如式(1-1)所示：
12、acci＝xi/n (1-1)
13、式中，acci为第i个任务的正确率；xi为操作员根据第i个任务实验显示的刺激做出正确反应的次数；n为第i个任务实验中刺激出现的总次数，n＝40；
14、反应时的计算公式如式(1-2)所示：
15、treac＝tpress-tonset(1-2)
16、式中，treac为第i个任务在任务阶段中成功试次的反应时；tpress为操作员按下按键的时间；tonset为实验刺激材料呈现的时间；
17、s52、结合nasa-tlx量表、瞳孔直径和p300峰值，采用主成分分析法对所有指标的测量数据进行降维，得到一个综合指标以反映操作员工作负荷，具体包括以下子步骤：
18、s521、由于任务完成正确率指标与负荷指标呈负相关关系，采用式(1-3)对正确率指标进行正向化处理：
19、
20、式中，x′i为第i个任务的正确率指标正向化后的数值；
21、s522、各指标采用不同的量纲，基于(1-4)式对数据进行标准化处理，以消除量纲的影响：
22、
23、式中，为标准化后的值；为第j个指标的样本均值，即n为操作员的数量；为第j个指标的样本标准差，即
24、s523、进行kmo检验和巴特利特检验，判断是否适合进行主成分分析。kmo值大于0.5且巴特利特球体检验的显著性概率小于0.05时则判定适合进行主成分分析；
25、s524、进行主成分提取，基于主成分的成分矩阵，根据每个因子的载荷百分比，得到负荷综合指标得分的计算公式如式(1-5)所示：
26、awl＝a0x0+a1x1+a2x2+a3x3+a4x4 (1-5)
27、式中，x0为标准化后的nasa-tlx量表得分；x1为标准化后的反应时；x2为标准化后的正确率；x3为标准化后的瞳孔直径；x4为标准化后的p300峰值；
28、s525、根据式(1-5)将各任务的综合得分进行归一化，得到的归一化结果乘7即为v1～v7所对应的量化结果，归一化如式(1-6)所示：
29、
30、式中，xnew为归一化后的值；xmin为各任务综合得分中的最小值；xmax为各任务综合得分中的最大值。
31、优选地本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：步骤S1中确定自变量为视觉通道资源类型变化的实验范式，因变量为NASA-TLX量表、任务完成的正确率和反应时、瞳孔直径和P300峰值。
3.根据权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：步骤S2中的8种视觉通道资源类型分别为无视觉需求的行为、察觉/检测、视觉分辨、目视检查/核对、视觉定位/对齐、视觉跟踪/跟随、目视读数以及目视扫描/搜索/监控。
4.根据权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：步骤S3具体包括以下子步骤：
5.根据权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：步骤S3中8个筛选出的实验范式依次为间歇生产任务、检测响应任务、选择反应时、视觉搜索任务、视觉匹配任务、视觉追踪任务、坐标确认任务以及信号检测任务。
6.根据权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：步骤S4中构建的实验流程包括如下子步骤：
8.一种用于权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法的优化系统，其特征在于：其包括工作负荷视觉通道资源赋值确定单元、视觉通道资源类型与任务的映射关系构建单元、实验范式构建单元、实验流程构建单元以及工作负荷视觉通道资源量化单元；
9.一种用于权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法的优化设备，其特征在于：其包括：计算机设备以及存储在计算机设备上并可在处理器上运行的优化系统。
...【技术特征摘要】
1.一种工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：步骤s1中确定自变量为视觉通道资源类型变化的实验范式，因变量为nasa-tlx量表、任务完成的正确率和反应时、瞳孔直径和p300峰值。
3.根据权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：步骤s2中的8种视觉通道资源类型分别为无视觉需求的行为、察觉/检测、视觉分辨、目视检查/核对、视觉定位/对齐、视觉跟踪/跟随、目视读数以及目视扫描/搜索/监控。
4.根据权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：步骤s3具体包括以下子步骤：
5.根据权利要求1所述的工作负荷视觉通道资源量化方法，其特征在于：步骤s3中8个筛选出的实验范式依次为间歇生...
【专利技术属性】
技术研发人员：苗冲冲，孙哲，孙国强，丁霖，方卫宁，任文明，李慧娟，郭司南，徐翔，王健新，吴旭，安凯，张睿明，贾万琛，
申请(专利权)人：中国航空综合技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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