本技術(shù)涉及人機(jī)協(xié)作，特別是涉及一種面向水下多界面任務(wù)的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在水下航行過程中，操作人員主要通過窗口切換來監(jiān)控和處理系統(tǒng)的多個子任務(wù)稱為水下多界面任務(wù)。由于水下操作任務(wù)和水下環(huán)境的復(fù)雜性，操作人員通常面臨兩種工作場景。一是常規(guī)狀態(tài)下的持續(xù)監(jiān)控任務(wù)，二是緊急狀態(tài)下的短時多任務(wù)處理。這種工作場景的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致操作人員經(jīng)歷不同程度的任務(wù)負(fù)荷。所以需要采用動態(tài)人機(jī)功能分配方法來解決這個問題，但是現(xiàn)有的動態(tài)人機(jī)功能分配方法對實驗場地環(huán)境要求高，并且該方法要求操作人員佩戴生理設(shè)備，會影響操作人員的實際作業(yè)狀況，而且采用主觀設(shè)定的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案不能有效的提升人機(jī)系統(tǒng)性能。

2、綜上所述，現(xiàn)有的動態(tài)人機(jī)功能分配方法導(dǎo)致整體人機(jī)系統(tǒng)性能低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的是提供一種面向水下多界面任務(wù)的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方法與系統(tǒng)，對實驗場地環(huán)境要求低、不干擾操作人員的實際作業(yè)狀況，且所采用的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案是通過實驗確定的，能夠為動態(tài)人機(jī)功能分配系統(tǒng)提供有效的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案。

2、為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)提供了如下方案：

3、第一方面，本技術(shù)提供了一種面向水下多界面任務(wù)的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方法，包括：

4、計算操作人員的認(rèn)知負(fù)荷和作業(yè)能力；

5、構(gòu)建待處理水下多界面任務(wù)的多個動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案之間的智能輔助水平不同；所述動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為執(zhí)行待處理水下多界面任務(wù)中各子任務(wù)各操作流程的主體；所述主體包括人、機(jī)器和人機(jī)組合；

6、在各認(rèn)知負(fù)荷等級下分別實施各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案，確定各認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；所述認(rèn)知負(fù)荷等級包括低認(rèn)知負(fù)荷等級、中認(rèn)知負(fù)荷等級和高認(rèn)知負(fù)荷等級；

7、根據(jù)各認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案以及操作人員的認(rèn)知負(fù)荷和作業(yè)能力確定待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案。

8、可選的，根據(jù)公式計算操作人員的認(rèn)知負(fù)荷，其中，cl為操作人員的認(rèn)知負(fù)荷，ti為操作人員執(zhí)行第i個子任務(wù)的時間，ti為操作人員執(zhí)行第i個子任務(wù)的規(guī)定時間，hi為第i個子任務(wù)的任務(wù)復(fù)雜度，n為子任務(wù)總數(shù)目。

9、可選的，根據(jù)公式計算操作人員的作業(yè)能力，其中，wa為操作人員的作業(yè)能力，et為預(yù)設(shè)的操作人員的錯誤率，ut為預(yù)設(shè)的操作人員的認(rèn)知負(fù)荷，eh為操作人員的實際錯誤率，μ為操作人員的任務(wù)服務(wù)率，t為操作人員執(zhí)行所述待處理水下多界面任務(wù)的總時長，n為子任務(wù)總數(shù)目。

10、可選的，在各認(rèn)知負(fù)荷等級下分別實施各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案，確定各認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案，具體包括：

11、對于任意一個認(rèn)知負(fù)荷等級，在所述認(rèn)知負(fù)荷等級下分別實施各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案得到各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案對應(yīng)的智能輔助水平的評價指標(biāo)；

12、以智能輔助水平最低的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案對應(yīng)的智能輔助水平的評價指標(biāo)為基準(zhǔn)，根據(jù)各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案對應(yīng)的智能輔助水平的評價指標(biāo)，確定各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案對應(yīng)的智能輔助水平的改善等級；

13、若僅存在一個改善等級最高的智能輔助水平，則確定改善等級最高的智能輔助水平對應(yīng)的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案，為所述認(rèn)知負(fù)荷等級的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；

14、若存在多個改善等級最高的智能輔助水平，則確定改善等級最高的各智能輔助水平中，最低智能輔助水平對應(yīng)的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案，為所述認(rèn)知負(fù)荷等級的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案。

15、可選的，根據(jù)各認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案以及操作人員的認(rèn)知負(fù)荷和作業(yè)能力確定待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案，具體包括：

16、若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷小于或等于第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，且所述操作人員的作業(yè)能力小于或等于預(yù)設(shè)作業(yè)能力閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為中認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；

17、若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷小于或等于第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，且所述操作人員的作業(yè)能力大于預(yù)設(shè)作業(yè)能力閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為低認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；

18、若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷大于第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值且小于第二預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，且所述操作人員的作業(yè)能力小于或等于預(yù)設(shè)作業(yè)能力閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為高認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；第二預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值大于所述第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值；

19、若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷大于第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值且小于第二預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，且所述操作人員的作業(yè)能力大于預(yù)設(shè)作業(yè)能力閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為中認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；

20、若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷大于或等于第二預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為低認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案。

21、第二方面，本技術(shù)提供了一種面向水下多界面任務(wù)的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配系統(tǒng)，包括：

22、觸發(fā)變量計算模塊，用于計算操作人員的認(rèn)知負(fù)荷和作業(yè)能力；

23、分配方案構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建待處理水下多界面任務(wù)的多個動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案之間的智能輔助水平不同；所述動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為執(zhí)行待處理水下多界面任務(wù)中各子任務(wù)各操作流程的主體；所述主體包括人、機(jī)器和人機(jī)組合；

24、最優(yōu)分配方案確定模塊，用于在各認(rèn)知負(fù)荷等級下分別實施各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案，確定各認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；所述認(rèn)知負(fù)荷等級包括低認(rèn)知負(fù)荷等級、中認(rèn)知負(fù)荷等級和高認(rèn)知負(fù)荷等級；

25、分配方案確定模塊，用于根據(jù)各認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案以及操作人員的認(rèn)知負(fù)荷和作業(yè)能力確定待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案。

26、可選的，根據(jù)公式計算操作人員的認(rèn)知負(fù)荷，其中，cl為操作人員的認(rèn)知負(fù)荷，ti為操作人員執(zhí)行第i個子任務(wù)的時間，ti為操作人員執(zhí)行第i個子任務(wù)的規(guī)定時間，hi為第i個子任務(wù)的任務(wù)復(fù)雜度，n為子任務(wù)總數(shù)目。

27、可選的，根據(jù)公式計算操作人員的作業(yè)能力，其中，wa為操作人員的作業(yè)能力，et為預(yù)設(shè)的操作人員的錯誤率，ut為預(yù)設(shè)的操作人員的認(rèn)知負(fù)荷，eh為操作人員的實際錯誤率，μ為操作人員的任務(wù)服務(wù)率，t為操作人員執(zhí)行所述待處理水下多界面任務(wù)的總時長，n為子任務(wù)總數(shù)目。

28、可選的，所述最優(yōu)分配方案確定模塊，具體包括：

29、判斷指標(biāo)確定單元，用于對于任意一個認(rèn)知負(fù)荷等級，在所述認(rèn)知負(fù)荷等級下分別實施各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案得到各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案對應(yīng)的智能輔助水平的評價指標(biāo)；

30、改善等級確定模塊，用于以智能輔助水平最低的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案對應(yīng)的智能輔助水平的評價指標(biāo)為基準(zhǔn)，根據(jù)各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案對應(yīng)的智能輔助水平的評價指標(biāo)，確定各動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案對應(yīng)的智能輔助水平的改善等級；

31、最優(yōu)分配方案第一確定單元，用于若僅存在一個改善等級最高的智能輔助水平，則確定改善等級最高的智能輔助水平對應(yīng)的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案，為所述認(rèn)知負(fù)荷等級的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；

32、最優(yōu)分配方案第二確定單元，用于若存在多個改善等級最高的智能輔助水平，則確定改善等級最高的各智能輔助水平中，最低智能輔助水平對應(yīng)的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案，為所述認(rèn)知負(fù)荷等級的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案。

33、可選的，所述分配方案確定模塊，具體包括：

34、分配方案第一確定單元，用于若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷小于或等于第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，且所述操作人員的作業(yè)能力小于或等于預(yù)設(shè)作業(yè)能力閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為中認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；

35、分配方案第二確定單元，用于若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷小于或等于第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，且所述操作人員的作業(yè)能力大于預(yù)設(shè)作業(yè)能力閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為低認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；

36、分配方案第三確定單元，用于若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷大于第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值且小于第二預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，且所述操作人員的作業(yè)能力小于或等于預(yù)設(shè)作業(yè)能力閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為高認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；第二預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值大于所述第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值；

37、分配方案第四確定單元，用于若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷大于第一預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值且小于第二預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，且所述操作人員的作業(yè)能力大于預(yù)設(shè)作業(yè)能力閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為中認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案；

38、分配方案第五確定單元，用于若所述操作人員的認(rèn)知負(fù)荷大于或等于第二預(yù)設(shè)認(rèn)知負(fù)荷閾值，則確定所述待處理水下多界面任務(wù)的最終動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案為低認(rèn)知負(fù)荷等級下的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案。

39、根據(jù)本技術(shù)提供的具體實施例，本技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：

40、本技術(shù)提供了一種面向水下多界面任務(wù)的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方法與系統(tǒng)，現(xiàn)有動態(tài)人機(jī)功能分配方法難以滿足復(fù)雜動態(tài)場景需求，因為復(fù)雜動態(tài)場景對操作人員的認(rèn)知需求和作業(yè)能力提出了更高的挑戰(zhàn)，但是現(xiàn)有動態(tài)人機(jī)功能分配方法主要采用基于生理參數(shù)的觸發(fā)變量(觸發(fā)變量指人機(jī)系統(tǒng)中確定是否需要重新分配的實體或代理)。通過對生理信號(例如：腦電、心電以及眼動等)進(jìn)行預(yù)處理，然后提取生理信號特征，最后采用支持向量機(jī)分類器輸出人員評估結(jié)果，這種方法對實驗場地環(huán)境要求高，無法應(yīng)用于真正的作業(yè)環(huán)境中，并且該方法要求操作人員佩戴生理設(shè)備，會影響操作人員的實際作業(yè)狀況，本技術(shù)直接根據(jù)操作人員的認(rèn)知負(fù)荷(認(rèn)知負(fù)荷是人在完成任務(wù)時大腦處理信息所需要的心理資源水平)和作業(yè)能力(作業(yè)能力指操作人員在工作期間的生理和心理需求方面的能力)確定，對實驗場地環(huán)境要求低，且不需要佩戴設(shè)備，不干擾操作人員的實際作業(yè)狀況?，F(xiàn)有動態(tài)人機(jī)功能分配方法缺乏綜合評估動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案的過程，因為現(xiàn)有動態(tài)人機(jī)功能分配方法采用的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案主要通過主觀設(shè)定，并未在特定工作場景在進(jìn)行預(yù)實驗評估，導(dǎo)致采用主觀設(shè)定的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案不能有效的提升人機(jī)系統(tǒng)性能，本技術(shù)采用的最優(yōu)動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案是通過實驗確定的，能夠為動態(tài)人機(jī)功能分配系統(tǒng)提供有效的動態(tài)人機(jī)協(xié)作分配方案。