无人机飞行员选拔与飞行疲劳研究进展

2020-12-20邢长洋袁丽君

空军航空医学 2020年2期

王辰，邢长洋，袁丽君

无人机的应用给信息化作战方式带来关键性转变，其独特的空中战术侦察和精确打击能力几乎不受天气和时间影响，具有成本低、效果好、安全性高等特点[1-2]。2014年，美空军无人机飞行员数量已超过除F-16外其他机型。美军重视无人机发展值得高度关注，对我军无人机部队建设和发展具有重要启示和借鉴意义[3]。

无人机发展与无人系统的应用，丰富了信息化条件下作战手段[4]，同时对无人机飞行员选拔培养提出了新要求，也改变了现有航空卫生勤务保障模式[5]。全面系统地保障无人机飞行员的身心健康，是信息化作战航空卫生勤务保障领域中一个崭新课题。

1 无人机飞行员的研究发展

美军无人机部队的发展，代表着世界先进水平。早在1995年，美军就开始无人机飞行员的相关选拔和培训，经过20年的探索，于2015年发展出“生理-心理-物理”融合的无人机训练保障模式[6]。其中生理研究集中在生命科学领域与无人机飞行员生理机能相结合方面；心理研究以无人机飞行员真实与虚拟环境转换心理困境为主；物理研究依据“人、机、系统”三位一体原则，设计开发无人机模拟训练装备，逐步提升人机耦合程度，为无人机飞行员营造更加智能、逼真的训练环境。其研究成果建立在包括神经生物学、工程控制学、人体力学、航空航天医学等多专业跨学科交叉融合的基础上。结果表明，生理研究是整个无人机体系的基础，决定着未来发展方向[7]。

2 无人机飞行员的选拔

无人机飞行员在地面作业，没有高载荷、缺氧、低压等危险因素影响。无人机名为“无人”，其战场效果实质上掌握在后方屏幕前的无人机飞行员和训练有素的保障团队手中[8]。与空中作战飞行员比较，这种本质的区别决定了选拔和保障要根据作业特点和个体化差异进行[9-10]。

2.1 无人机飞行员选拔路径与美军相似，当前大多数国家倾向选择态势感知好、空中飞行经历丰富的飞行员来操控无人机。美空军研究实验室对“捕食者”型无人机驾驶技巧的研究结果表明，具有150～200 h飞行经验的参选人员在无人机模拟任务中的表现，几乎和无人机部队飞行员一样好[11]。

近年来，美军进行了新的尝试——在没有飞行经验人员中选拔培养无人机飞行员，该举措的优势在于：①选择范围宽，可在现有招飞条件上放宽身体标准。②可避免“负迁移效应”。人机分离是无人机飞行员最显著特点，也是无人操作系统的主要矛盾[12]。有经验的飞行员受“负迁移效应”影响，过分依赖过往飞行经验和习惯，容易操控失误增加事故风险，严重影响飞行安全[13]，而没有飞行经验的无人机飞行员则不受影响，从零培养的“无人意识”能让其更容易接受新的操作模式，养成良好的“无人习惯”。③产出投入比高。美军相关资料显示，培养一名战斗机飞行员需260万美元，运输机飞行员也在60万美元以上，在此基础上改装操作无人机需要20万美元。而从零培养一名专职无人机飞行员，大约只需13.5万美元[14]。

2.2 无人机飞行员选拔进展充足的人才储备是美军无人机部队发展的基础[15]。美军从初期有人机飞行员改装驾驶无人机过渡到从没有飞行经验的人员中选拔培养无人机飞行员。通过视频游戏玩家（video game players，VGP）和有飞行经验的飞行员比较，研究新的无人机飞行员的选拔路径[16]。此项研究共有30名志愿者参与，分3组：有飞行经验飞行员组、VGP组和对照组，分别接受无人机认知识别操作测试。结果表明，在执行认知任务测试中，有飞行经验飞行员组明显优于VGP组和对照组。识别跟踪目标时，VGP组的表现优于有飞行经验飞行员组。与此同时，VGP组和有飞行经验飞行员组在着陆操作上的表现不相上下，但都优于对照组。美军认为，VGP可以更好地执行飞行任务，在视频试验中获得的结果可以用于无人机飞行员选拔。无人机作战模式与有人机不同[17]，战场上无人机飞行员的应激反应能力比飞行技能更重要。飞行技能的欠缺可由人工智能弥补[18]，但应激判断失误往往意味着失去最佳作战时机甚至任务失败。由此可见，无人机飞行员虽然远离战场，但其所承受的压力不容小觑，高压力、高疲劳下的瞬间决断能力比飞行技术更能决定任务的成败。

2.3 无人机飞行员选拔争议无人机飞行员选拔标准尚不明确。选拔中若沿用有人机飞行员现行的医学标准，会带来不必要的限制，大大降低保障效率；而过度降低标准放宽条件，则过犹不及，大大增加不利因素。美空军将无人机飞行员医学标准归属于飞行Ⅱ级，海军则采用地面空管人员医学标准，2种标准均缺乏针对性[19]。因此探索适合无人机飞行员的选拔标准，以适应日益变化的现代空中作战需要，是航空卫生勤务保障中一个急需解决的问题[14]，其选拔培养模式的变化，非常值得我军参考借鉴。

3 无人机飞行疲劳相关航空医学研究

科学有效地评估无人机飞行员生理心理功能状态，界定飞行疲劳，及时实施预警，对于提高工作效率、预防人为事故具有重要意义。

3.1 无人机飞行员疲劳特性国内学者研究发现，飞行人员远程飞行后，存在明显生理疲劳比例达54.2%，心理疲劳比例达70%，疲劳降低了飞行人员生理心理储备能力，影响任务执行与飞行安全。“利比亚撤侨”任务中，我空军4架“伊尔-76”运输机飞越5个国家，单次航程达9 500 km。长时间飞行作业、生物节律紊乱以及执行作战任务的心理应激均造成飞行人员身心过度疲劳[20]。

无人机飞行员与运输机飞行员身心条件及作业特点相似，受飞行作业时间长，操作环境固定，生物节律紊乱，心理压力大等因素影响[20-21]。以色列对800名无人机飞行员进行研究，发现他们每天需要长时间保持视觉、听觉高度集中，持续紧张的状态极大地影响无人机飞行员体力和精力[22]，增加无助感和压力感，使飞行员陷入“精神紧张-压力大表现差-无助感倍增-精神更加紧张”的恶性循环，难以自拔[2]。

3.2 无人机飞行员疲劳监测飞行疲劳监测，可分为主观评价和客观监测。主观评价是通过问卷调查表、斯坦福嗜睡感量表、Samn-Perelli疲劳量表、主观负荷评价法、Cooper-Harper评定问卷等来进行测评。由于个体差异变化大，客观性差且无即时性，结果判定偏差较大，只能做一般性评定。客观监测是通过测量生理指标进行。包括：脑电测量法（electroencephalogram，EEG）、心电测量法、肌电测量法、眼电测量法，其中EEG被认为是监测指标中的“金标准”[23]。目前，中枢组织血氧参数监测[24]、眼动跟踪测量技术[25]、卷积神经网络算法[26]、声音监测[27]、血流超声监测[28]等新方法都取得了较大进展。

3.3 预防及对抗疲劳研究表明，充足的睡眠是预防对抗疲劳最重要、最直接的方法[29]。美军非常重视无人机飞行员疲劳教育和航空卫勤保障制度建设[30]，要求所有人员了解掌握疲劳成因、影响及预防的科学方法；对休息和睡眠时间做出明文规定，明确提出没有获得适当休息的飞行人员不能作为机组成员从事飞行活动[31]。在抗疲劳领域，美军制定了兴奋药和催眠药使用制度[32]；经颅直流电刺激抗疲劳研究也取得较大突破[33]。