1、第 14 卷 第 1 期2023 年 2 月Vol.14 No.1Feb.2023航空工程进展ADVANCES IN AERONAUTICAL SCIENCE AND ENGINEERING飞行员情境意识定量测量研究综述白雪1，2，张丽霞2，3，肖玮1，吴迪1，周悦1（1.空军军医大学 军事医学心理学系，西安 710032）（2.陕西中医药大学 公共卫生学院，西安 712046）（3.北京大学 回龙观临床医学院，北京 100096）摘要：情境意识是飞行员驾驶飞机所需的关键能力之一，而量化评估飞行员的情境意识则是许多研究关注的重点。为了厘清过往飞行员情境意识方面的研究，本文首先总结了六种传统测量
2、方式，包括冻结探测技术、实时探测技术、实验后自评技术、观察者评分技术、绩效表现评估及生理指标评估；然后，介绍了采用数学建模测量飞行员情境意识的方式，这种测量方式更加精细，且具有很强的预测性；最后，详细总结归纳了飞行员情境意识的过往研究中所采用的主要测量手段，对其发展方向进行展望，为该领域的后续研究提供了一定参考。关键词：情境意识；航空飞行；心理测量；定量分析；数学建模中图分类号：V328 文献标识码：ADOI:10.16615/ki.1674-8190.2023.01.03Review of research on quantitative assessment of pilots situa
3、tion awarenessBAI Xue1，2，ZHANG Lixia2，3，XIAO Wei1，WU Di1，ZHOU Yue1（1.Department of Military Medical Psychology，Air Force Military Medical University，Xi an 710032，China）（2.School of Public Health，Shaanxi University of Chinese Medicine，Xi an 712046，China）（3.School of Huilongguan Clinical Medicine，Peki
4、ng University，Beijing 100096，China）Abstract：Situation awareness is one of the key competencies required by pilots to fly aircraft，and quantitative assessment of pilots situation awareness is the focus of many studies.To clarify past research on pilots situation awareness，six traditional measurement
5、approaches are firstly summarized in this paper，including freeze-probe technique，real-time probe technique，post-trial self-rating technique，observer scoring technique，performance evaluation and physiological index evaluation.Secondly，a mathematical modeling approach is introduced to measure pilots s
6、ituation awareness，which is more refined and highly predictive.Finally，a detailed summary of the main measures used in past studies of pilots situation awareness is summarized，and its development direction is discussed to provide some reference for subsequent research in this area.Key words：situatio
7、n awareness；aviation flight；psychometrics；quantitative analysis；mathematical modeling文章编号：1674-8190（2023）01-027-11收稿日期：20220221；修回日期：20220731基金项目：“十三五”军队后勤科研计划重点项目(BWS16J012);空军军医大学航空医学重大问题科技攻关项目(2019ZTD05)通信作者：肖玮,引用格式：白雪,张丽霞,肖玮,等.飞行员情境意识定量测量研究综述J.航空工程进展,2023,14(1):27-37.BAI Xue,ZHANG Lixia,XIAO Wei
8、,et al.Review of research on quantitative assessment of pilots situation awarenessJ.Advances in Aeronautical Science and Engineering,2023,14(1):27-37.(in Chinese)第 14 卷航空工程进展0引 言“知其然，知其所以然”这句话是情境意识（Situation Awareness，简称 SA）最好的写照之一。1995年，M.R.Endsley1系统性地总结了情境意识的过往研究成果，建立了动态决策中的情境意识模型，将研究推进到了更加广泛而复杂的
9、层面。目前，情境意识的概念为在一定的时间和空间内，对情境中元素的感知（Perception），对其意义的理解（Comprehension）以及对将来的预测（Projection）2。如果进行进一步地阐述，“感知”指对关键信息的观察，“理解”是对关键信息的整合和解释，而“预测”则是对未来事件的推断和估计3。这一领域的研究脉络在心理学4、医学5、交通运输6等学科的交织推进之中延续至今，不仅横贯军事7、体育8、航空9、急救10等多个方向，还发展出了 个 人1，11、团 体12-13和 系 统14-16等 一 系 列 纵 向研究。尽管情境意识的研究已经涉及许多领域，但航空飞行中的情境意识仍然是不少研究
10、者关注的重点。波音公司的统计数据显示，从 19992008年，全球商业航空喷气式飞机造成死亡的事故有50%发生在进近着陆期间，而情境意识的丧失是造成可控飞行撞地（CFIT）的主要原因之一17。因此，增强情境意识一直是飞行训练中的重点项目之一。历史的经验教训使得航空业不断加强对飞行安全的管理训练，虽然努力初见成效，但全世界仍有 70%的航空事故/事件是由飞行员的行为失误造成的18。自 20世纪 20年代到 21世纪初，可控飞行撞地已经导致超 35 000 人的死亡19。因此，测量和评估飞行员的情境意识是必要的，因为这直接关系到飞行员的飞行表现乃至航空业的安全运行20-22。本文以飞行员情境意识为
11、核心，总结了六种传统的测量方法，虽然这些方法各有优缺点，但都能在一定程度上满足量化的需求；聚焦于数学建模这种系统化的途径，总结了近年来飞行员情境意识测量的新进展。1传统情境意识评估方式研究的科学性很大一部分在于其可量化性，只有用数字精确衡量某种特质或状态，才能对这种特质或状态进行进一步的研究。因此，情境意识的量化，一直是该领域中的关注重点，本文具体介绍情境意识测量在研究中的应用，根据这些应用的共同点和差异性，将其分为六大测量技术。1.1冻结探测技术在飞行训练时，按照设定好的程序冻结（显示器黑屏）模拟任务，询问被试者一系列与情境意识相关的问题，被试者根据对当前情境（“冻结点”）的认知和理解来回答
12、问题。主试者将被试者的回答与实际情况相比较，量化评估情境意识分数。在探测飞行员情境意识的研究中，常用的冻结探测 技 术 为 情 境 意 识 全 面 评 估 技 术（Situation Awareness Global Assessment Technique，简 称SAGAT）3，23-24，自 1988 年提出后，在情境意识测量领域内得到了广泛的应用。S.Cak 等25招募 36名飞行员，采用情境意识全面评估技术评估他们在飞行中的表现，结果显示这种技术可以有效探测出飞行员对于飞行环境的了解程度，飞行员的工作记忆和专业水平可以显著预测 SAGAT 的得分；S.Mamessier等26通过校准在
13、线情境意识评估系统和对情境意识认知过程的测量模型，充分验证了 SAGAT 的可靠性和虚拟技术对现实的重构能力；M.P.Snow 等27为了对比 SAGAT（客观）与情境意识主观工作负荷测验（Situation Awareness-Subjective Workload Dominance Technique，简 称SA-SWORD）（主观）技术之间的差别，招募 12 名飞行员在仿真模拟的驾驶环境中进行航行的检测，结果证明，这两种方式都能够预测飞行员的表现情况。冻结探测技术广泛应用于情境意识的测量中，既能消除实验后收集数据的麻烦，又能减少因被试者的主观情况而带来的问题。然而，这种评估方式也有其缺
14、点：一是，冻结对任务的高度干扰使得实验难以在现实中开展；二是，这种技术的有效性还待进一步考证，该技术评估的不是情境意识，而是工作记忆。随着这门技术在各类情境意识研究中的不断发展，虽然研究者提出了一些改进措施，但仍然没有很好地解决“冻结”的应用问题。1.2实时探测技术专家在任务前或任务中准备问题，于特定的28第 1 期白雪等：飞行员情境意识定量测量研究综述时间点发问，记录被试者的回答和反应时，然后换算出他们的情境意识得分。目前，在飞行员情境意识测量的领域，实时探测技术主要为情境即时评 估 技 术（Situation Present Assessment Method，简称 SPAM）23，28。
15、在前面的表述中，讨论了情境意识全面评估技术的应用情况，而情境即时评估技术同样不逞多让，专业知识、注意广度和抑制控制可以预测飞行员在 SPAM 的得分情况25。将SPAM 与 SAGAT 结合使用可全面测量情境意识，因此对于情境意识的测量，实时探测技术同样不可或缺。实时探测技术的主要指标为被试者的反应时间和准确性。与冻结探测技术所采用的任务不同，实时探测技术会在探测前给被试者提示，让他们思考后再回答。实时探测技术可以即时提问，剔除了冻结带来的影响。但是，由于问题还是在任务中出现的，依然无法确定侵入性降低了多少；另外，问题可能会引导被试者注意到相关信息，造成结果上的偏差29；而且，问题必须根据任务
16、情况产生，因此很难在变化的真实情境中应用这些技术；这种方式难以在团队情境意识或共享情境意识的评估中应用。1.3实验后自评技术在任务执行后，根据评分表上的指标，每个被试者对自己的情境意识进行主观评估。实验后自评技术有许多具体的评估方法，包括情境意识评分技术（Situation Awareness Rating Technique，简称 SART）30、情境意识评分量表技术（Situation Awareness Rating Scales Technique，简称SARS）31、克 兰 菲 尔 德 情 境 意 识 量 表（Cranfield Situation Awareness Scale，简称 CSAS）32、机组意识评分量表（Crew Awareness Rating Scale，简称CARS）33-34、任务意识评分量表（Mission Awareness Rating Scale，简称 MARS）35和情境意识定量分 析（Quantitative Analysis of Situational Awareness，简 称 QUASA 或 QASA）模 型36-37。T.Z.St
