故障診斷實(shí)驗(yàn)報(bào)告2011進(jìn)展

二.項(xiàng)目應(yīng)認(rèn)真閱讀自然科學(xué)基金項(xiàng)目管理和財(cái)務(wù)管理有關(guān)規(guī)定、辦法（查 五.國(guó)家自然科學(xué)基金歸口管理部門(mén)負(fù)責(zé)審核項(xiàng)目年度《進(jìn)展報(bào)告、項(xiàng)目。理想結(jié)果或甚至失敗，特別是面上項(xiàng)目這種情況，也請(qǐng)?jiān)趫?bào)告中實(shí)事求是地反映出來(lái)，說(shuō)明工作狀況和發(fā)展態(tài)勢(shì)，供國(guó)家自然科學(xué)基金和專(zhuān)家參考。。年度計(jì)劃要點(diǎn)和調(diào)整情況外研究發(fā)展?fàn)顩r及項(xiàng)目進(jìn)展情況做了必要的調(diào)整和變動(dòng)，哪些研究?jī)?nèi)容未按計(jì)劃進(jìn)行，原因何在。研究工作主要進(jìn)展和階段性成果。(本部分是進(jìn)展報(bào)告的重要部分,請(qǐng)認(rèn)真撰寫(xiě))。請(qǐng)分層次敘述所開(kāi)展的研究工作、取得的進(jìn)展或碰到的問(wèn)題等，給出必要的數(shù)部分亦包括國(guó)內(nèi)外合作與學(xué)術(shù)交流、培養(yǎng)情況等。5工作狀況、發(fā)展態(tài)勢(shì)和建議等，供基金委管理人員或?qū)＜覅⒖?。附件：給出標(biāo)注基金資助的已和已有錄用通知的 、其他成果 項(xiàng)目在本年度開(kāi)展了視覺(jué)系統(tǒng)生理學(xué)分析、多任務(wù)視覺(jué)信息認(rèn)知測(cè)試與控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建、虛擬視覺(jué)刺激系統(tǒng)建模、關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器（腦電信號(hào)設(shè)備、眼動(dòng)儀等）的并進(jìn)行以及視覺(jué)征客觀驗(yàn)開(kāi)始了電數(shù)據(jù)眼動(dòng)工作些工作本年度如期完除此之外，項(xiàng)目在本年度還提前開(kāi)展了下一年度的研究工作，超額完成了不同信息量的動(dòng)態(tài)顯示情境的設(shè)計(jì)，開(kāi)展了基于排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的多任務(wù)多信息動(dòng)態(tài)儀表顯示條件下認(rèn)知特性研究及基于小世本項(xiàng)目首先對(duì)人工作時(shí)疲勞產(chǎn)生的原因做了認(rèn)真的分析，疲勞主要來(lái)自于工作方面和操作者通過(guò)上述分析，改進(jìn)設(shè)備的設(shè)計(jì)和可以從客觀的方面對(duì)操作者的疲勞進(jìn)行改善。通過(guò)對(duì)理反應(yīng)程及視覺(jué)系的生理特的研究分析視系統(tǒng)對(duì)色形狀獲得視覺(jué)的主要是眼睛，人的眼睛是光的官，主要感受波長(zhǎng)在380~750nm范1所示，1、視覺(jué)特性研

12arctan（m2a2b所示分別為人眼水平靜視野和垂直靜視野。22、生理反應(yīng)過(guò)（經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)（經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)各（腦、脊髓圖3生理反應(yīng)過(guò)3頻率的腦波代表了在一定狀態(tài)下的腦電特征。誘發(fā)腦電是大腦受到某種刺激時(shí)而產(chǎn)生的腦電（EEG，1種，條形表包含水平條形和豎直條形兩種（44種形狀的表盤(pán)。

圖4研究采用的四種形四種的反應(yīng)時(shí)間和認(rèn)知率如表*所示1反應(yīng)時(shí)835率（圖50.7-.79s0.~0.89s但由于人視線的水平搜索速度高于豎直搜索速度，故半圓形表盤(pán)的認(rèn)知速度總體高于豎直條形，從圖586420

P300

56，（Fz（Cz均勻受被試影響的差異越小。由于半圓形表盤(pán)的刻度均勻分布在上半圓，相對(duì)相同間距的水平刻度盤(pán)其刻度的水平跨度較小，且與豎直條形刻度不同，半圓形表盤(pán)刻度方式為水平方向。對(duì)于圓形表盤(pán)，其方式為綜合方式，即包含水平方向和豎直方向，而頂葉主要負(fù)責(zé)注意力改變，方式的頻繁變換導(dǎo)致頂葉幅值較大，同時(shí)也引起頂葉腦區(qū)能量的增大；水平條形和豎直條形的認(rèn)知方式單一，人在中更易找到變化規(guī)律，故注意力變化規(guī)律接P3007delta頻段，delta活動(dòng)反映了與相關(guān)的信號(hào)匹配的神經(jīng)加工，因此說(shuō)明不同形狀表盤(pán)在認(rèn)知過(guò)程中進(jìn)行的圖6不同腦區(qū)P300幅值分 圖7不同頻段下腦區(qū)能量變22128所示。a)正圓形表 c)水平條形表 8低組合）均列為反應(yīng)較優(yōu)組合；而反應(yīng)時(shí)高于900ms的組合（較慢組合）和率高于20%的組合（較高組合）均被列為反應(yīng)較差組合。從圖9可以看出，區(qū)刻度色對(duì)反應(yīng)時(shí)間影響較大，10，圖9不同色彩組合下的反應(yīng)時(shí)間對(duì) 圖10不同色彩組合下的反應(yīng)率對(duì)表3所示為針對(duì)指標(biāo)（反應(yīng)時(shí)、率）較快和較慢或較高和較低的兩種情形，在指標(biāo)的變3變變 區(qū)刻度色組 區(qū)刻度色組區(qū)區(qū)色率反應(yīng)時(shí)失誤率表3表明，當(dāng)區(qū)刻度顏色為紅色且搭配白色安全區(qū)刻度顏色時(shí)，反應(yīng)時(shí)間提高最快，搭3、對(duì)儀表空間位置的視覺(jué)特1234567812345678912345678123456789第1 第2 第3 第4 第1 第2 第3 1112~13所示。 12八區(qū)域位置布局的反應(yīng)時(shí)間和正確率分布131~4號(hào)位置的反應(yīng)正確率，此結(jié)果與測(cè)試時(shí)的顯示器高度有關(guān)，由于人就坐時(shí)的自然視線需抬起頭部或眼皮，而觀察5~8位置的儀表則僅僅需向下轉(zhuǎn)動(dòng)眼球，了反應(yīng)時(shí)間。圖134~6位置的反應(yīng)時(shí)較其他位置偏短，主要原因?yàn)橹虚g位置的儀表在豎直位置上處于了視23421所有位置（7#位置除外）的反應(yīng)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差均較?。?號(hào)位置的最小0正1415確率水平接近，而正圓形表的反應(yīng)時(shí)和正確率均在指針指向區(qū)時(shí)表現(xiàn)較好，但平均反應(yīng)時(shí)和率要顯著高于其他形式的表盤(pán)。其原因是主要由于除正圓形外的其他形狀的表盤(pán)的區(qū)和安全區(qū)的相對(duì)位置比較單一，即視覺(jué)感受上兩者為左右關(guān)系或上下關(guān)系，進(jìn)行判斷時(shí)可以同時(shí)借助區(qū)置和顏進(jìn)行綜判斷從而高了速度和準(zhǔn)率而正圓表盤(pán)為對(duì)稱(chēng)表其區(qū)和安全區(qū)的相對(duì)位置較復(fù)雜，區(qū)處于正圓形的一角，因此被試者在判斷時(shí)不能僅僅依靠他們上下左右的位置關(guān)系進(jìn)行判斷，依靠的是顏色的差異進(jìn)行判斷，單一的判別方式無(wú)正圓 b)半圓c)橫條 d)豎條16050 5050 17不同色彩組合下各形狀儀表誘發(fā)的P30017P300幅值高于較差的（三）人的感受與腦力負(fù)荷及認(rèn)知可靠度研是指通過(guò)人眼所觀察到得影像反饋到腦中，人在作出判斷后對(duì)不同的作出的反應(yīng)。某些醫(yī)學(xué)24onae118

18有研究，大腦對(duì)運(yùn)動(dòng)的分析是在顳葉上溝后部進(jìn)行。因而從上面的論述可以看出，對(duì)于2腦力負(fù)荷最初被用來(lái)作為與體力負(fù)荷相對(duì)應(yīng)的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，用以形容人在工作中的心理壓力，或者信息處理能力。后來(lái)，在北約關(guān)于腦力負(fù)荷的專(zhuān)題研討會(huì)上，與會(huì)者給了腦力負(fù)荷一個(gè)簡(jiǎn)單的定義腦力負(fù)是一個(gè)的概它計(jì)到要求間壓操作的能力努力程行為表現(xiàn)和其他許多因素。這個(gè)結(jié)論從此被廣泛的接受。腦力負(fù)荷可作為測(cè)量人的信息處理系統(tǒng)一個(gè)指標(biāo)，與人閑置未用的信息處理能力成反比。閑置未用的信息處理能力越小，則腦力負(fù)荷越大。1）評(píng)價(jià)2）務(wù)測(cè)量定，當(dāng)工作變時(shí)，需要腦力資源，人表現(xiàn)結(jié)果會(huì)發(fā)生變化。該方法中，操作人員被要求同時(shí)做兩件工作。操作人員主要精力放在務(wù)上，當(dāng)其有多余能力是，他應(yīng)當(dāng)盡可能做另一項(xiàng)任務(wù)，即輔助任務(wù)。務(wù)的腦力負(fù)荷是通過(guò)輔助任務(wù)的表現(xiàn)來(lái)3腦力負(fù)荷對(duì)操作者的認(rèn)知能力考驗(yàn)日趨增大，對(duì)操作安全的影響也更加明顯。在這些多目標(biāo)多任務(wù)的情境中，顯示變量與操作任務(wù)既有分層組織，也有交叉耦合，各變量之間相互影響。因此，行的生理測(cè)量方法，該方法通過(guò)測(cè)量視覺(jué)對(duì)于單任務(wù)與多任務(wù)儀表信息的認(rèn)知和操控反本項(xiàng)目針對(duì)EEG信號(hào)的模式分類(lèi)問(wèn)題，完成了小世界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。根據(jù)構(gòu)造的多層前向絡(luò)進(jìn)行腦電信號(hào)的模式分類(lèi)，實(shí)現(xiàn)了客觀舒適性與腦力負(fù)荷等指標(biāo)本構(gòu)關(guān)系的構(gòu)建。研究?jī)?nèi)1通過(guò)腦電儀了被試空閑期、單任務(wù)及多任務(wù)條件下的腦電信號(hào)(如圖19所示)，采樣和量θ、α、β頻段能量值作為θ波（4-7c/s）、α波（8-13c/s）、β波（14-25c/s）。a) b) c)19軀體運(yùn)動(dòng)(FZ)、額葉聯(lián)絡(luò)(CZ)、軀體(PZ)2小世界現(xiàn)象揭示了客觀世界許多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)中最為有效的信息傳遞方式，即一個(gè)高度信息的傳遞效率。小世界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)比規(guī)則和隨機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)具有更優(yōu)的近性能。當(dāng)學(xué)習(xí)速率處于0.1~0.3之間，小世界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的近性能大致相同，表明此時(shí)網(wǎng)絡(luò)具有較好的穩(wěn)定性。此外，網(wǎng)40%時(shí)，多層前向小世界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和livli只與相鄰層的神經(jīng)Vl-1Vl+1中的神經(jīng)元相連，且所有連接均為連接，各層內(nèi)神經(jīng)元之間無(wú)連接；m+2~Lvj′進(jìn)行重新連接,但新連接與重連和自環(huán)無(wú)關(guān)；算法終止條件判斷:m≤L-1,4，否則算法終止。構(gòu)造的多層前向小世界神經(jīng)20所示。203FZ、CZ、PZ通道的空閑期與單任務(wù)或多任務(wù)時(shí)腦電信號(hào)的一維向量為樣本集來(lái)作為2組。多層前向小世界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)比較每θ、α、βθ、α、β頻段能量值小于等于空閑θ、α、β頻段能量值則腦負(fù)荷不大。以腦負(fù)荷大、不大作為輸出，因?yàn)樵撦敵隽恐挥袃煞N可56p=0.150次迭代學(xué)習(xí)，所有程序均在7.0下完成θ、α、β0則說(shuō)明腦θ、α、β頻段能量值未受到顯著的激發(fā)，以此可以對(duì)腦電信

2122為該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的組成示意圖。它主要由可調(diào)節(jié)座椅、虛擬視覺(jué)界面顯示裝置以及腦電信 1

22可調(diào)節(jié)座椅6機(jī)構(gòu)10側(cè)加焊起的側(cè)撐板支筋將型進(jìn)行填加以支襯墊從而1即座椅滑道)（圖23a）（8圖2a0～100調(diào)角器是對(duì)靠背、坐墊夾角進(jìn)行調(diào)整和鎖止的機(jī)構(gòu)，選用機(jī)械板式調(diào)角器，根據(jù)實(shí)驗(yàn)和GB15083-194200°9°調(diào)節(jié)桿位于個(gè)座椅左手桿的為30～60的阻為9N左右。2135°～360°。計(jì)算1為程序運(yùn)行計(jì)算機(jī)，用于各種視覺(jué)界面（如儀表、狀態(tài)信息等）顯示程序的運(yùn)行，并通過(guò)三 圖23實(shí)驗(yàn)平臺(tái)線框 圖24組合支架調(diào)節(jié)機(jī)344、腦電信號(hào)處理系2，1人從感知到進(jìn)行動(dòng)作的每個(gè)過(guò)程都有大腦的某個(gè)區(qū)域參與進(jìn)行信息處理，根據(jù)神經(jīng)通道將大腦的各個(gè)區(qū)域連結(jié)起來(lái)并對(duì)信息進(jìn)行傳輸?shù)奶匦?，可建立基于排?duì)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知過(guò)程，即將的認(rèn)知進(jìn)程分為三部分，即感知子網(wǎng)、認(rèn)知子網(wǎng)和運(yùn)動(dòng)子網(wǎng)，并且在每部分中均映射了人腦的相應(yīng)區(qū)域之間的聯(lián)系。感知子網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)視（聽(tīng)）覺(jué)信息的處理、視（聽(tīng)）覺(jué)辨識(shí)和視（聽(tīng)）覺(jué)信息位置確定等，因此最先接觸信息的是負(fù)責(zé)聽(tīng)覺(jué)的大腦顳葉和視覺(jué)的枕葉。認(rèn)知子網(wǎng)絡(luò)包含對(duì)信息的處理、提取信息、進(jìn)行復(fù)雜的認(rèn)知功能及發(fā)出動(dòng)作命令等，負(fù)責(zé)這一過(guò)程的主要為額葉和頂葉額葉乎涉及有的心功能含語(yǔ)智力和等葉主要初級(jí)感中樞高級(jí)感覺(jué)聯(lián)絡(luò)區(qū)以及空間知覺(jué)的形成區(qū)，并涉及語(yǔ)言、、注意等神經(jīng)心理功能。運(yùn)動(dòng)子網(wǎng)絡(luò)就是最后令執(zhí)行部分并收集反饋信息，這一過(guò)程的信息處理主要由區(qū)的大腦的運(yùn)動(dòng)皮層完成（圖25 252采用GLudo軟進(jìn)行視刺激系建模在GLudo中可以以為基進(jìn)行表設(shè)計(jì)，將所設(shè)計(jì)的儀表表盤(pán)以的形式導(dǎo)入該軟件中，對(duì)進(jìn)行模型化、紋理化、程序化等操作，GLudo18263

26以上述儀表系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，本項(xiàng)目以腦負(fù)荷為測(cè)試目標(biāo)，進(jìn)行了多任務(wù)信息下的視覺(jué)系統(tǒng)，并實(shí)時(shí)被試者的腦電信號(hào)，用于分析基于腦電特征的多信息認(rèn)知特性。27

(a)電極分布，其中A2為參考電極 圖27電極分布示意圖及電極帽佩戴圖2829被試了 被試皮 腦電設(shè) 射電極被試了 被試皮 腦電設(shè) 射電極圖28試驗(yàn)流程 圖29實(shí)驗(yàn)場(chǎng)4頻域分析方法主要是EEG的功率譜分析，把幅度隨時(shí)間變化的腦電波變換為腦電功率隨頻率EEGEEG的定量分析中，功率譜估計(jì)是頻域分析的基礎(chǔ)。本選取的功率譜密度計(jì)算的定義如下：P()limE[1|

x(n)ejn|2N 圖30不同任務(wù)難度下頻譜圖及腦地圖對(duì)照?qǐng)D結(jié)果顯示，不同任務(wù)狀態(tài)下功率譜圖率值分布有明顯差別，空閑期譜值較為紊亂，單δ波（1-3c/s）θ波（4-7c/s）、α波（8-13c/s）、β波（14-25c/s）γ波（25c/s以上），在各波段中選擇某一頻率做出腦地圖能量分獨(dú)立成分分析HEOG、VEOG在空閑期、單任務(wù)、多任務(wù)三種任務(wù)難度下的頻譜對(duì)照?qǐng)D，31所示。HEOG空閑 HEOG單任 VEOG單任HEOG多任 VEOG多任31眼電通道頻譜對(duì)照?qǐng)Dβ頻段多任務(wù)下O1、O2接下來(lái)分析視覺(jué)聯(lián)絡(luò)區(qū)的信號(hào)O1、O232O1空閑 O2空閑O1單任 O2單任O1多任 O2多任32枕葉區(qū)頻譜對(duì)照?qǐng)Dθ、α、β頻段能量相對(duì)高且激發(fā)明顯，在腦地圖上觀察到的腦部激活都比空閑期活躍，且多任FZ、CZ、PZFZ空閑 CZ空閑 PZ空閑FZ、CZ、PZFZ單任 CZ單任 PZ單任FZ、CZ、PZFZ多任 CZ多任 PZ多任FZ、CZ、PZ33FZ通道的是，CZ、PZθ、αPZ通道，F(xiàn)Z通道觀察到的現(xiàn)象有相似之處。LZCLZC計(jì)算程序由編寫(xiě)完成，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入LZC數(shù)值，將數(shù)值LZC34所示。34LZC的分布（空閑期、單任務(wù)和多任務(wù)（七）員在通過(guò)視覺(jué)獲取信息時(shí)的動(dòng)態(tài)視覺(jué)特性和軌跡決策行為我們并不是很清楚。因此，以航1、飛行任務(wù)中儀表功能及動(dòng)態(tài)視覺(jué)分起滑跑：此階段主要注視飛機(jī)的速度儀表，從飛機(jī)上的俯仰指示器或從機(jī)35(c)所示。 3536(a)所示。，布。同時(shí)要隨時(shí)保持好飛行航向，因此航向儀表上也有一些注視點(diǎn)分布，如圖36(b)所示。，36(d)所示。 362知測(cè)試與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，添加眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)（38）37所示。圖37多儀表顯控實(shí)驗(yàn) -eye眼動(dòng)眼動(dòng)儀標(biāo)定完成后進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)利用眼動(dòng)儀自帶EyeVision完成頻率為50Hz。5000ft525000ft高度，526033 圖39注視點(diǎn)百分比和平均瞳孔尺寸注視次數(shù)要多，在儀表區(qū)域的注視點(diǎn)百分比上，應(yīng)用差異顯著性分析法，t檢驗(yàn)結(jié)果表明，起由圖39(b)利用差異顯著性分析法可知，平均瞳孔大小在儀表和外景上差異顯著(P<0.05)，注視儀表時(shí)要比注視外景時(shí)瞳孔尺寸大。當(dāng)想努力看清一個(gè)目標(biāo)時(shí)，瞳孔尺寸會(huì)變大，同時(shí)

水平方向眼跳幅水平方向眼跳幅

垂直垂直時(shí)

時(shí)

40

時(shí)

時(shí)

41（八）1 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