吴奇

职称:副教授

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研究方向

紧紧围绕国家重大需求(下一代JJ座舱)和重大工程(大飞机工程)开展空天生理认知工效学研究。

空天生理认知工效学: 
飞行员的感知和认知状态对于提升机载环境的人机工效、保障任务执行的安全高效具有重要的意义。随着飞机自动化程度的提高,对于包含飞行员在内的人机系统的认知能力变得愈发重要。在飞行员与飞机进行交互过程中,影响飞行员认知状态的因素包含情感、疲劳、压力、心理工作负荷、注意力、警觉性、执行功能等,这些因素通常处于动态变化中。认知状态通常无法直接测量,可以通过测量和监测人体生理体征信号间接推算当前认知状态。常用的生理体征信号包含眼部状态、脑电、体温、肌电、呼吸、心律等。

显然,人在环飞行控制系统将飞行员与飞行器构成有机体,飞行员通过外界环境的变化判断出控制措施用以操控飞机,而飞机将操作输入转化为动力学输出进而通过仪表盘、动力学状态等显性现象供飞行员获取,从而形成人--环境的相互作用系统。飞行员与外界环境间的相互作用体现在外界环境的状态会影响到飞行员的状态,同时飞行员的操控也会影响到飞机动力学的表现。飞行员的多生理模式变迁必然导致其认知水平变化,进而影响其操控飞机能力。尤其对于执行空战任务的飞行员,比较容易受到外部复杂环境的影响和短时间海量视觉信息的冲击,从而造成认知负荷上升、任务绩效下降。因此,对于空战来说,工效是评估飞行作战内容和飞行员生理认知的最有效标准。空天生理认知工效学揭示飞行绩效、人因因素和操作动作间的耦合关系。

目前飞行员对于增强任务条件下自身状态的认知水平存在急切需求。然而,纵观世界主要航空技术强国的装备体系发展历程,可以发现传统研发模式下仅仅注重对飞机本体及其机载设备的研制,忽视对飞行员本体感知与认知状态的研究。

因此,开展任务过程中飞行员本体认知和自身因素对任务效能影响研究,聚焦飞行员多生理认知负荷与任务关联机理,揭示生理、认知、工效三者耦合关系,创新性地探索空天生理认知工效学理论与工程实现方法,研究成果可以直接应用于中国军/民机座舱人机交互的工程实现。


 
空天生理认知工效学对于航空安全至关重要。航空医学属于特种医学范畴,包括航空生理学、工效学和脑科学等,航空医学研究成果服务于航空工程中出现的关键技术和问题。主要研究方向如下:

1
、飞行脑科学优化飞行员抗过载耐力:面向空战背景,正负高Gz(持续性正加速度)交替下,研究不同推拉动作下的飞行员脑认知网络信息可以优化飞行员抗过载耐力。


2、飞行脑认知推理提高飞行员工效能力:定义脑认知指标,生成脑认知图谱,研究任务背景下(包括超加速飞行下)的脑认知属性及状态推理新理论与方法,显著改善飞行员完成操作动作的工效能力;


3、航空脑机接口:面向航空背景,研究典型任务场景下的飞行员视脑交互,揭示飞行员视觉-操作力感知-多生理认知-脑负荷消耗综合演变规律,引领航空脑机接口发展;


4
、非参数机器学习:面向飞行脑科学重大需求,基于非参数贝叶斯理论,研究非参数多层模型启发飞行员脑网络新理论;

科研成果

近五年在IEEE T CYBERT-IE, T-SMCAT-ITST-AEST-ASE等杂志上发表13篇第一作者IEEE TRANS长文。包括在IEEE Transactions on Cybernetics (IF:11.079)上发表第一作者4篇长文论文。主持国基3项,军委预研5项。


1、阿尔滋海默痴呆诊断领域,与瑞金医学神经内科主任陈生弟教授合作,开展脑疾病和痴呆程度诊断,相关成果发表在IEEE T ITS和IEEE T CDS上。

2、飞行空天生理认知学领域、与C919型号副总师周贵荣研究员合作,下一代JJ座舱总师合作,联合攻关飞行脑科学工程、空间定向障碍、飞行视觉错觉等重大特种医学问题,相关成果发表在IEEE T CYBER,IEEE T ITS等杂志上。

3、推拉效应人机工效学领域,与一飞院JJ数据中心主任合作,联合攻关军机飞行员推拉操作过程中的力-视觉-脑认知融合机理优化飞行绩效问题,相关成果发表在IEEE T AESIEEE T SMCA上。

4、脑认知图谱生成与认知概率分布推理领域,与认知领域著名学者IEEE fellow Chin-Teng LIN教授合作,相关成果发表在IEEE T CYBER上。尤其是研制的脑认知图谱获得IEEE T SMCA主编Robert Kozma教授(IEEE fellow)称为“非常好的认知监测新方法,具有巨大的潜在应用前景”。

5、在脑认知网络自主建模领域,与认知领域著名学者国防科技大学胡德文教授合作,相关成果发表在IEEE T CYBER上。

6、在脑认知动力学机理建模领域,与认知领域著名学者国防科技大学胡德文教授合作,相关成果发表在IEEE T CYBER上。

7、在航天员/飞行员操作动作姿态识别领域,与脑科学领域著名学者东南大学宋爱国教授合作,相关成果发表在IEEE T IE上。

8、飞行员操作动作力反馈感知领域,与中国商飞国家级专家任和教授合作,相关成果发表在IEEE T ASE, Reliability Engineering and System Safety等杂志上。

空天生理认知工效学相关获资助项目



1)上海市浦江人才计划A类、飞行员疲劳状态识别与预警技术、2015-07至2017-06、已结题、主持

2)国家自然科学基金面上项目、61671293、飞行员疲劳工作负荷状态识别关键技术研究、2017-01至2020-12、已结题、主持

3)航天科学技术基金项目、脑控空天往返飞机-接口研究、2020-01至2020-12、已结题、主持

4)国家自然科学民航联合基金、U1933125、飞行员视觉刺激-脑疲劳认知响应耦合机理研究、2020-01至2022-12、进行中、主持(与国产民机C919/TA600审查组长揭裕文研究员联合申报,获批) 

5)中央军委装备预研重点实验室基金项目、飞行器抗干扰导航与控制方法、2019-01至2020-12、已结题、主持

6)中央军委装备预研重点实验室基金项目、飞行员视觉刺激-脑疲劳认知响应关联技术研究、2020-01至2021-12、进行中、主持

7)中央军委科技委国防创新特区项目、基于视觉反馈的飞行员感知认知技术研究-面向典型任务场景的飞行员生理认知综合分析模型研究、2020-12至2022-12、进行中、主持

社会服务


1、Associate Editor,IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2021-,负责飞行脑科学与类脑相关主题

2、青年编委,电子与信息学报,2021-

3、客座专家,中国航空无线电研究所人机交互领域,2019-


奖励与荣誉

1、上海市浦江人才计划A类

2、军委源创怀优胜奖

3、IEEE优秀论文奖

4、中国商飞国际科技周优秀论文奖

合作伙伴

中国航空无线电研究所、中航工业第一飞机设计研究院、载人航天总部、中国商飞等。
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