據(jù)ainonline網(wǎng)站2022年3月1日刊文，美國(guó)南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)（SMU）與模擬器制造/訓(xùn)練服務(wù)供應(yīng)商CAE公司合作，擬開發(fā)一種生物識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)相結(jié)合創(chuàng)新方法，用于未來(lái)智能化飛行訓(xùn)練。該系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)飛行員生理反應(yīng)，實(shí)時(shí)提供更客觀、自動(dòng)化的訓(xùn)練效果實(shí)時(shí)測(cè)定結(jié)果，使飛行訓(xùn)練可定制、更高效。

長(zhǎng)期以來(lái)，飛行訓(xùn)練始終依賴教員的主觀觀察和飛行后的分析，以確定學(xué)員對(duì)某一動(dòng)作的熟練程度和掌握情況。創(chuàng)新的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)為監(jiān)測(cè)飛行員高負(fù)荷工作時(shí)的反應(yīng)提供了一個(gè)獨(dú)特的視角。SMU和CAE公司聯(lián)合團(tuán)隊(duì)擬通過(guò)智能化手段，優(yōu)化飛行訓(xùn)練效果。SMU AT&T虛擬中心研究團(tuán)隊(duì)持續(xù)開展了四年項(xiàng)目研究，開發(fā)測(cè)試使用生物識(shí)別與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員情景意識(shí)和認(rèn)知負(fù)荷感應(yīng)情況的認(rèn)知，以準(zhǔn)確測(cè)定學(xué)員在飛行模擬器中對(duì)各種場(chǎng)景的反應(yīng)。項(xiàng)目早期目標(biāo)旨在支持美國(guó)國(guó)防部自動(dòng)測(cè)定任務(wù)關(guān)鍵高階認(rèn)知結(jié)構(gòu)（如情景意識(shí)）的任務(wù)需求，以加快復(fù)雜技能訓(xùn)練過(guò)程，支持多域作戰(zhàn)概念實(shí)現(xiàn)。2019年，SMU和CAE公司聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次演示了基于生物識(shí)別數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定人員狀態(tài)（情景意識(shí)、心理變化、工作強(qiáng)度等）的項(xiàng)目成果。

機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)是對(duì)能夠通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和采集數(shù)據(jù)自動(dòng)改進(jìn)算法的研究，是人工智能技術(shù)的組成部分。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)實(shí)施的項(xiàng)目可測(cè)定人員的多種物理反應(yīng)，如視覺凝視狀態(tài)、瞳孔大小、心率等，以確定飛行測(cè)試人員的參與度、工作量、情景意識(shí)、壓力疲勞狀態(tài)等。項(xiàng)目研究結(jié)果證實(shí)，早期的自動(dòng)生物識(shí)別測(cè)試結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)豐富的人類評(píng)估員的評(píng)估結(jié)果非常一致。因此，SMU團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，模擬試驗(yàn)中的生物識(shí)別技術(shù)測(cè)定結(jié)果同樣能夠達(dá)到客觀、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的效果。

SMU團(tuán)隊(duì)遭遇的主要難題是：如何證實(shí)使用生物識(shí)別技術(shù)能夠量化測(cè)定/感知用戶在學(xué)習(xí)/掌握一種高難度技能過(guò)程中達(dá)到的各種程度。研發(fā)團(tuán)隊(duì)擬突破實(shí)現(xiàn)采用可定制、自動(dòng)化的手段展示習(xí)得過(guò)程的方法，推動(dòng)該研究領(lǐng)域的進(jìn)步。

SMU團(tuán)隊(duì)在試驗(yàn)中采集生物識(shí)別數(shù)據(jù)的過(guò)程是在一個(gè)混合現(xiàn)實(shí)模擬場(chǎng)景中進(jìn)行的，使用了集成眼動(dòng)跟蹤器的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭盔。

CAE公司在生物識(shí)別傳感和機(jī)器學(xué)習(xí)方面具備豐富知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于項(xiàng)目所需的在動(dòng)態(tài)、高風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景（如航空?qǐng)鼍埃┲袑?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)定情景意識(shí)這一高階認(rèn)知架構(gòu)目標(biāo)來(lái)說(shuō)，通過(guò)公司機(jī)器學(xué)習(xí)等新技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效識(shí)別學(xué)員感知方面的波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)不良狀態(tài)采取干預(yù)措施。通過(guò)實(shí)時(shí)訓(xùn)練復(fù)雜性適應(yīng)研究，系統(tǒng)能夠確保學(xué)員獲得最適應(yīng)的訓(xùn)練強(qiáng)度，提升訓(xùn)練效果，更有效、迅速地達(dá)到任務(wù)準(zhǔn)備狀態(tài)。

目前，SMU和CAE聯(lián)合團(tuán)隊(duì)實(shí)施的大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集工作均通過(guò)重復(fù)測(cè)定試驗(yàn)進(jìn)行。試驗(yàn)由40名具有不同背景和經(jīng)驗(yàn)水平的學(xué)員參與，在受控環(huán)境中操控混合虛擬現(xiàn)實(shí)飛行模擬系統(tǒng)。該模擬系統(tǒng)使用VR構(gòu)建軍用戰(zhàn)斗機(jī)作戰(zhàn)場(chǎng)景，融合了可視化、平顯和高精度手部追蹤技術(shù)。數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括一部帶有集成眼動(dòng)追蹤器的VR頭盔和一個(gè)腕式設(shè)備。眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)采集眼球凝視、瞳孔反應(yīng)和眨眼等數(shù)據(jù)。腕式設(shè)備采集心率、皮膚電反應(yīng)、皮膚電活動(dòng)（EDA）和手腕加速度等數(shù)據(jù)。這些生物識(shí)別數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)分析進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以確定學(xué)員的認(rèn)知負(fù)荷、精神狀態(tài)（工作負(fù)荷）、刺激或壓力水平等。

試驗(yàn)顯示，生物識(shí)別數(shù)據(jù)能夠反應(yīng)受試人員的諸多信息，如飛行階段眼球凝視不佳時(shí)，說(shuō)明學(xué)員工作負(fù)荷較高；眼球凝視狀態(tài)較好時(shí)，說(shuō)明學(xué)員注意力和表現(xiàn)較好；眨眼較少或眨眼時(shí)間較短時(shí)，說(shuō)明學(xué)員在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中注意力集中；心率變化說(shuō)明學(xué)員在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中的心理變化。除了研究單一的生物識(shí)別統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了數(shù)據(jù)比較分析，以確定不同參數(shù)之間是否有更高的關(guān)聯(lián)性。

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的研究成果對(duì)于測(cè)定飛行員的工作量也具有重要意義。利用生物識(shí)別技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，研究人員可確定學(xué)員工作負(fù)荷情況。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種自動(dòng)化手段，能夠客觀地評(píng)估學(xué)員表現(xiàn)和飛行動(dòng)作所需的“輕松程度”，進(jìn)而測(cè)定飛行員的工作量，以及是否有多余的能力來(lái)執(zhí)行額外的任務(wù)。

除了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試外，SMU和CAE公司聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還在愛德華茲空軍基地開展了基于生理傳感器系統(tǒng)的外場(chǎng)試驗(yàn)，客觀評(píng)估了飛行員的工作量。外場(chǎng)試驗(yàn)測(cè)試采用波音C-17A飛機(jī)完成了兩個(gè)飛行測(cè)試，包括空中加油機(jī)動(dòng)和橫向偏移著陸，總共記錄了33個(gè)機(jī)動(dòng)動(dòng)作，測(cè)試結(jié)果良好。該探索性外場(chǎng)測(cè)試表明，在真實(shí)飛行場(chǎng)景中，系統(tǒng)能夠采集到比模擬器環(huán)境更高的工作負(fù)荷相關(guān)數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)證明，在飛行訓(xùn)練場(chǎng)景中使用生物識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可能最終會(huì)改變飛行員的訓(xùn)練方式。學(xué)員生理反應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄可能比人員主觀評(píng)估更能可靠地反應(yīng)訓(xùn)練實(shí)效。雖然SMU和CAE公司聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的研究成果只在軍用飛機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，但這一過(guò)程和相關(guān)技術(shù)在民用航空中可能也適用，如凝視模式的監(jiān)測(cè)，可能有助于訓(xùn)練提升飛行員在主動(dòng)飛行路徑監(jiān)控、飛行模式選定和飛行員監(jiān)控職責(zé)發(fā)揮等方面效能。

關(guān)鍵詞： 飛行訓(xùn)練 機(jī)器學(xué)習(xí)