无人机操作员心理品质训练系统的效果评价

铁娅滕，李 曦，王 瀚，李程飞，潘益凯，赵星成，范洁怡，孙喜庆，王永春

(空军军医大学航空航天医学系：1航空航天医学训练教研室，2航空航天临床医学中心，陕西 西安 710032)

无人机的作战效能已在近年世界各局部战争中得到证实，其在全球军事作战中的需求和应用也更加广泛。然而，与无人装备的迅猛发展相比，无人机操作员的航卫保障仍相对落后。与有人机飞行员不同，无人机操作员对飞行的操控是在地面方舱中遥控完成，对于飞机的态势感知等相对缺乏。当前，各国针对无人机操作员的相关训练大多集中在其操作技能的提高方面，而针对无人机操作员心理品质提升的训练仍属空白[1-2]。一项美国空军无人机系统长达13年的灾难性事故案例统计的结果表明，除无人机系统故障外，人为因素类事故占比达到26%，尤其在起降阶段的严重事故也主要是由人为因素造成的，而人为因素中最主要的问题是无人机操作员处理航行中复杂问题的心理能力[3-4]，因此如何采取有效措施提升无人机操作员心理胜任能力，提高作战效能是目前亟待解决的重要问题之一。本研究通过文献回顾、问卷调查以及专家研讨等方式，筛选出注意力分配、持续注意、反应速度、认知转换、工作记忆和逻辑推理6个关键心理品质能力，结果表明，本研究构建的无人机操作员关键心理品质基础训练系统对操作人员的心理品质提升具有显著帮助，可为我军无人机操作员的针对性训练提供参考依据。

1 对象与方法

1.1 对象

选取120名空军军医大学本科学员作为被试，年龄20～22岁，平均(20.98±0.79)岁，男女比例为1∶1.2。被试身体、心理健康，无器质性疾病、无心理障碍，同时要求训练前1 d按照规定的作息制度就寝，不得服用任何影响中枢神经系统的药物或饮品，如咖啡、浓茶等。将被试人员分为6个大组(n=20)，每个大组中再分为对照组10人、实验组10人。

1.2 方法

1.2.1 实验器材 采用自主研发的无人机操作员关键心理品质基础训练软件系统，将其安装于笔记本电脑中正常运行。

1.2.2 实验过程 首先采用横断面研究方法，利用编制的《无人机操作员(机组)能力需求调查问卷》，选取无人机操作员、飞行教员、厂家技术人员等为调查对象，对其在飞行过程中的特殊能力需求品质进行调查了解，并通过航空医学专家、心理学专家、飞行教员、资深无人机操作员等组成的专家小组进行访谈和讨论，形成无人机操作员关键心理品质相关重要指标，包括注意力分配、持续注意、反应速度、认知转换、工作记忆、逻辑推理6个心理能力。

实验开始前，所有人员给予2 d的训练科目适应期，保证被试熟练掌握训练科目的操作，不会因为曲解训练科目而干扰实验开始前测试结果的准确性。实验组隔天训练1次，每日训练时间为30 min，共训练28 d，分别于实验前后进行考核测试；对照组仅于实验组相同的测试时间点选择相同难度及题量的训练科目进行同步测试，实验期间不做相应训练。实验结束后，各组分别进行自身训练前后对比，以及与对照组对比。

2 结果

2.1 无人机操作员注意力分配训练效果

通过注意力分配训练，以注意力分配作为考核内容，结果以200个训练题目正确完成的题目数量表示。对照组被试实验前后测试项目正确完成题目数量分别为(151.70±2.79)个和(153.10±3.40)个，虽有提升但无显著性差异，而实验组在训练前后正确完成题目数量分别为(148.10±4.29)个和(170.40±2.01)个，较训练前相比注意力分配能力提高了约15.1%，且实验组在训练后的正确完成题目数量与对照组在相同测试时间点相比也有显著性差异(P<0.01，图1)。以上结果表明通过训练可显著提升学员注意力水平。

图1 注意力训练前后被试正确完成训练题目数量比较(n=10，bP<0.01)

2.2 无人机操作员持续注意力训练效果

通过持续注意力专项训练，结果以给定训练题目的完成时间表示。对照组在实验前后分别耗时(11.18±0.43)s和(11.11±0.58)s，无显著性差异，而实验组完成训练科目时间在训练前为(10.68±0.47)s，训练后仅为(9.09±0.56)s，较训练前用时显著减少，持续注意能力提升14.8%，且实验组与对照组在训练后数据相比也有显著性差异(P<0.05，图2)。以上结果提示，利用无人机操作员关键心理品质基础能力训练系统进行持续注意力专项训练后，参训人员可用较少的时间完成特定的测试，表明通过训练可显著提升被试的持续注意能力。

图2 持续注意训练前后被试完成训练科目时间比较(n=10，aP<0.05)

2.3 无人机操作员反应速度训练效果

训练后以反应速度作为考核内容，结果以给定训练题目的完成时间表示。对照组反应速度测试项目完成时间在实验前后无变化，而实验组在训练后较训练前完成任务用时显著减少(P<0.01，图3)，且实验组与对照组在训练后数据相比也有显著性差异(P<0.01)。被试的反应速度通过训练可提升23.2%。

图3 反应速度训练前后被试完成训练科目时间比较(n=10，bP<0.01)

2.4 无人机操作员认知转换能力训练效果

认知转换能力训练前后组间和自身分别进行比较，结果以给定训练题目的完成正确率表示。对照组正确率在实验前后变化仅为0.01%，而实验组正确率由训练前的92%提高到训练后的97%，认知转换能力提高了6.8%(P<0.05)，同时实验组训练后比对照组实验后正确率有显著提高(P<0.05，图4)。表明通过无人机操作员关键心理品质能力训练可显著提升被试的认知转换能力。

图4 认知转换训练前后被试训练科目正确率的比较(n=10，aP<0.05)

2.5 无人机操作员工作记忆能力训练效果

利用无人机操作员关键心理品质基础能力训练系统进行工作记忆专项训练后，结果以给定训练题目的答对题目数量表示。对照组被试完成时间在实验前后无变化，而实验组在训练后答对题目数量较训练前相比显著提高(P<0.05)，且实验组在训练后与对照组在训练后数据相比也有显著性差异(P<0.05，图5)。以上结果提示，通过训练参训人员可用较高的水平完成特定的测试，工作记忆能力可提升30%。

图5 工作记忆训练前后被试答对题目数量比较(n=10，aP<0.05)

2.6 无人机操作员逻辑推理能力训练效果

训练后结果以完成给定训练题目的时间表示。对照组被试完成测试任务时间在实验前后无变化，而实验组被试在训练后的测试项目完成时间较训练前相比显著降低，从(54.2±9.87)s降低到(38.7±5.67)s，逻辑推理能力提高了28.8%(P<0.05)，且实验组在训练后的测试项目完成时间与对照组在实验后数据相比也有显著性差异，从(60.7±6.07)s降低到(38.7±5.67)s(P<0.05，图6)。以上结果提示，利用无人机操作员关键心理品质基础能力训练系统进行逻辑推理能力专项训练后，参训人员可用较少的时间完成任务，表明通过训练可显著提升被试的逻辑推理能力。

图6 逻辑推理能力训练前后被试完成训练科目时间比较(n=10，aP<0.05)

3 讨论

无人机作战模式与有人机不同，战场上无人机操作员的心理反应能力比飞行技能更重要，但目前对于无人机操作员的训练仍多集中在飞行技能上，而具体针对心理能力的训练研究较少，同时随着我军无人机装备数量的不断扩大和任务难度及复杂性的增高，对无人机操作员的能力素质提出了更高要求，亟需开发针对心理能力提升的高效训练方法以适应无人装备的高速发展[5-6]。同时由于人为因素引起的无人机飞行事故也越来越多地被关注[7]，飞行心理能力已经是新机种的性能对操控飞行员所赋予的基本能力要求[8]。针对无人机操作员飞行认知能力相关问题，已有研究人员参考美军武装部队和国际通用职业能力测验，并结合我军载人机飞行员能力测验结果，总结得出：无人机操作员飞行认知能力应包含注意能力、工作记忆力、判断决策、知觉速度、空间认知能力、思维能力和问题解决能力等7类[9-10]。我们的研究在前期通过各类型的文献数据库，广泛查阅国内外有关无人机操作员的相关资料，以无人机操作员的胜任力特征、生理心理品质、作业能力分析等为关键词，包括空间感知能力、反应速度、操作稳定性、心理旋转能力、感知觉(数字检索、符号译码)、注意力(注意广度、转移性注意、持续性注意)、记忆力(图形记忆、工作记忆、扫描记忆)、情绪(心理测量、表情诱导)、心理运动(视简单反应时、视选择反应时、视复杂反应时、动态目标追踪)等，初步筛选出无人机操作员胜任能力相关的心理动力、个性特征及心理能力3个维度的心理指标体系，并经过航空医学、心理学及任务专家等研讨编制出《无人机操作员(机组)能力需求调查问卷》，发放到无人机单位。根据无人机操作员的工作环境和工作特点，将筛选出的指标初步归类后，再将获得的评价指标进行探索性因素分析，让专家对无人机操作员心理品质相关作业能力指标要素进行排序和分级，合并相关项目，删除不重要的项目，且补充缺少的项目，形成了包括注意力分配、持续注意、反应速度、认知转换、工作记忆、逻辑推理6个心理能力在内的无人机操作员关键心理品质相关重要指标，同时这些指标均具备可通过训练进行提升的特性，进而我们构建了无人机操作员关键心理品质基础训练系统，并针对上述提炼的关键心理品质进行针对性的专项训练[10-17]。通过对比实验结果表明，利用无人机操作员关键心理品质基础能力训练系统进行训练后，参训人员注意力分配能力提高15.1%、持续注意能力提升14.8%、反应速度能力提高23.2%、认知转换能力提高6.8%、工作记忆能力提高30.0%、逻辑推理能力提高28.8%，总体平均提升率为19.7%。在训练的6项心理品质中提升能力最明显的是工作记忆能力和逻辑推理能力，提高接近30.0%，说明我们此项研究在工作记忆能力和逻辑推理能力两个方面的训练效果提升明显，今后有可能应用于无人机部队训练。我们研发的基础训练系统的优点是能够随时随地、多人同时针对某一心理品质进行训练，但是还存在着实验范式针对性不强的缺点[18-20]。在后续的研究中，我们着重以基础训练系统为普训条件，针对无人机操作界面开发相关的针对性实验范式，以提升无人机操作员心理品质专项训练的针对性和多个心理品质的综合性训练。

综上所述，本研究自主研发构建的无人机操作员关键心理品质基础训练系统，对无人机操作人员的心理品质提升具有显著帮助，使其更好地应对复杂的工作任务，为无人机操作员的心理能力训练提供了训练方案与平台，为提升我军无人机作战效能提供保障。