高文琦，張復(fù)春，王立波，劉 輝

（中國(guó)人民解放軍空軍航空大學(xué) 航空理論系，吉林 長(zhǎng)春 130022）

目前，空軍飛行員飛行訓(xùn)練的評(píng)估模式主要是以人為主導(dǎo)的定性評(píng)估，教員考核飛行員的飛行訓(xùn)練時(shí)主要采取人工評(píng)價(jià)的方法，由于人工評(píng)價(jià)的主觀臆斷性較強(qiáng)，很難客觀、公正地對(duì)訓(xùn)練過(guò)程、訓(xùn)練效果做出合理、科學(xué)的評(píng)判。在飛行成績(jī)?cè)u(píng)定方面，北京航空航天大學(xué)的一些專(zhuān)家學(xué)者在使用生理參數(shù)評(píng)價(jià)飛行績(jī)效方面取得了不錯(cuò)的進(jìn)展[1]，空軍工程大學(xué)的張建業(yè)等人建立了一個(gè)飛行成績(jī)自動(dòng)評(píng)定系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用飛行參數(shù)對(duì)飛行成績(jī)進(jìn)行評(píng)定，系統(tǒng)還具有統(tǒng)計(jì)管理飛行成績(jī)；數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)；成績(jī)及查詢(xún)結(jié)果打印等功能[2]是一個(gè)整體性、操作性很強(qiáng)的系統(tǒng)。但在評(píng)定飛行成績(jī)的時(shí)候采用的是單值對(duì)應(yīng)比較的形式，存在一定的局限性、不能夠全面地反應(yīng)整個(gè)飛行的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。因而建立一個(gè)全面、科學(xué)的數(shù)學(xué)模型并使用軟件將其實(shí)現(xiàn)是十分有必要的。這樣方便了學(xué)員在飛行訓(xùn)練過(guò)程中進(jìn)行自我測(cè)評(píng)。

1 飛行成績(jī)?cè)u(píng)估模型的建立

飛行成績(jī)?cè)u(píng)估模型的建立首先要選擇合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其次要確立各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，最后對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型，并綜合得到飛行成績(jī)。下面就具體討論如何來(lái)建立飛行成績(jī)?cè)u(píng)估模型。

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的確立原則

對(duì)于具體的實(shí)際評(píng)價(jià)問(wèn)題，如何選取評(píng)價(jià)指標(biāo)是一個(gè)很重要的問(wèn)題。有的指標(biāo)雖然重要，但如果每個(gè)對(duì)象關(guān)于該指標(biāo)的取值都差不多，那么這個(gè)指標(biāo)并不能起到什么實(shí)質(zhì)性的作用[3]。為了保證評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和實(shí)用性，評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選應(yīng)遵循以下基本原則[4-5]:

系統(tǒng)性原則：評(píng)價(jià)指標(biāo)體系必須反映被評(píng)價(jià)問(wèn)題的各個(gè)側(cè)面，絕不能“揚(yáng)長(zhǎng)避短”。評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)必須充分反映飛行訓(xùn)練的全過(guò)程。

科學(xué)性原則：整個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系從元素構(gòu)成到結(jié)構(gòu)，評(píng)價(jià)指標(biāo)能反映飛行訓(xùn)練的真實(shí)情況，從每一個(gè)指標(biāo)計(jì)算內(nèi)容到計(jì)算方法都必須科學(xué)、合理、準(zhǔn)確。

可比性原則：評(píng)價(jià)指標(biāo)必須對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象是公平的、可度量、可比較的，不能帶有明顯的傾向性，使最后的評(píng)價(jià)結(jié)果確實(shí)有效反映了真實(shí)的飛行訓(xùn)練情況。

實(shí)用性原則：評(píng)價(jià)指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)必須是可測(cè)量、可獲取的，整個(gè)評(píng)價(jià)的操作簡(jiǎn)便實(shí)用，評(píng)價(jià)方法易于掌握。

飛機(jī)在完成一次飛行任務(wù)過(guò)程中，根據(jù)飛機(jī)飛行航跡、發(fā)動(dòng)機(jī)推力狀態(tài)以及飛機(jī)構(gòu)型和狀態(tài)參數(shù)變化特性，把整個(gè)飛行過(guò)程分為起飛滑跑、爬升、巡航、下降、進(jìn)場(chǎng)著陸等幾個(gè)階段[6]，這樣明確的階段劃分為飛行訓(xùn)練成績(jī)的分析和計(jì)算帶來(lái)了方便。在不同的飛行階段，所需采集的飛行參數(shù)以及每種參數(shù)的權(quán)重是各不相同的。根據(jù)飛行訓(xùn)練資料以及一些資深飛行員多年飛行的經(jīng)驗(yàn)，按照以上評(píng)價(jià)指標(biāo)確定的原則，最終確定各飛行階段的評(píng)價(jià)指標(biāo)。下表顯示的是5個(gè)飛行階段及各階段的評(píng)價(jià)指標(biāo)[7]。

表1 各階段指標(biāo)表Tab.1 Various stages of index table

1.2 指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)

由于不同飛行階段評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)是不同的，因此如何選擇正確的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估飛行成績(jī)起著非常重要的作用。當(dāng)前，在指標(biāo)權(quán)重的確立方面，使用較多的是美國(guó)匹茲堡大學(xué)教授Saaty T.L.提出的層次分析法[8]，該方法是一種定性與定量結(jié)合的方法，但實(shí)際過(guò)程中建立的判斷矩陣往往都是不一致的，這就容易導(dǎo)致評(píng)價(jià)指標(biāo)間權(quán)重系數(shù)排序關(guān)系的錯(cuò)亂，在指標(biāo)數(shù)量較多的情況下，使用該方法計(jì)算量往往變得很大，因此文中采用東北大學(xué)郭亞軍教授提出的序關(guān)系分析法（G1—法）計(jì)算指標(biāo)權(quán)重[3]。

M位專(zhuān)家序關(guān)系一致的情況

該方法主要分為3個(gè)步驟：

1）確定序關(guān)系，M位專(zhuān)家對(duì)于N個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)y1、y2…yn按重要性進(jìn)行排序，專(zhuān)家認(rèn)為最重要的記為x1，次之記為寫(xiě)x2，以此得出一個(gè)序關(guān)系為x1>x2>…>xn；

2）給出專(zhuān)家k對(duì)于xi-1與xi之間的相對(duì)重要程度rki的比較判斷，如式（1）所示：

（k=m，m-1，…2；i=n，n-1，…2），其中 ωi為 xi的權(quán)重系數(shù)；

3）計(jì)算 ωi：由公式（2）、（3）計(jì)算可 以依次得到，ω1、ω2…ωn-1。

M位專(zhuān)家序關(guān)系不一樣的情況

設(shè)序關(guān)系不一致的m到m0位專(zhuān)家所給的序關(guān)系分別為xk1>xk2>…>xkn，（k=1，2，…m-m0），按照上面的做法，對(duì)于每一位專(zhuān)家 k（1≤ k2≤m-m0）所提出的判斷信息，都可以等價(jià)的求出 xki的權(quán)重系數(shù)，記為 ω**ki（i=1，2，…n）。 對(duì)于每個(gè) i（1≤i≤n），將m到m0個(gè)ω**ki的算術(shù)平均值綜合記為ω**i。如公式（4）所示，最后歸一化，可得公式（5）。

其中k1>0，k2>0且k1+k2=1。 因而在取k1=m0/m，k1=m-m0/m。

1.3 飛行訓(xùn)練評(píng)價(jià)模型

下面以爬升階段為例來(lái)建立飛行訓(xùn)練評(píng)價(jià)模型。設(shè)該階段共有N個(gè)指標(biāo)，在參數(shù)的采集過(guò)程中，一共記錄了L個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，σil為飛行指標(biāo)i在第l個(gè)記錄點(diǎn)的參數(shù)與預(yù)定航線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的參數(shù)誤差值，該指標(biāo)可忽略誤差記為σis，允許存在的最大誤差記為σib，飛行成績(jī)按百分制計(jì)算，則第i指標(biāo)在第l個(gè)記錄點(diǎn)的成績(jī)的評(píng)定公式為：

綜合記錄點(diǎn)得分值，可得出該階段第i指標(biāo)的成績(jī)Ri為：

最后再用各指標(biāo)的得分乘以其相應(yīng)的權(quán)重ωi，即可得出本階段飛行成績(jī)R為：

由于文中數(shù)學(xué)模型采用的是使用當(dāng)前飛行參數(shù)與預(yù)定航線(xiàn)飛行參數(shù)的誤差做比較的方法，所以各評(píng)價(jià)指標(biāo)模型符合偏小型函數(shù)曲線(xiàn)變化。

2 軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上建立的數(shù)學(xué)模型，以VC++6.0為平臺(tái)，建立了一個(gè)飛行成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)軟件。該軟件是飛行模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)飛行模擬訓(xùn)練的成績(jī)?cè)u(píng)估部分。軟件中可以選擇飛機(jī)的機(jī)型、預(yù)定航線(xiàn)以及評(píng)價(jià)參數(shù)。當(dāng)選擇完機(jī)型及飛行航線(xiàn)之后，各評(píng)估指標(biāo)可忽略誤差σis，以及允許存在的最大誤差σib可由訓(xùn)練軟件中獲取，模擬飛行過(guò)程中各參數(shù)的實(shí)際取值可由模擬飛行軟件直接記錄，并傳遞到本軟件接口，導(dǎo)入后即可自動(dòng)進(jìn)行飛行成績(jī)?cè)u(píng)定，并畫(huà)出個(gè)參數(shù)變化曲線(xiàn)，方便學(xué)員對(duì)比查找問(wèn)題，從而提高飛行訓(xùn)練水平。下圖1為機(jī)型選擇，參數(shù)設(shè)定界面，圖2為成績(jī)?cè)u(píng)定界面。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本軟件的可行性，選擇5名飛行學(xué)員作為被試者在模擬器中進(jìn)行一次起落航線(xiàn)飛行，飛行的條件設(shè)置為無(wú)風(fēng)晴朗的天氣，以降落階段的飛行成績(jī)?yōu)槔?，使用該軟件進(jìn)行成績(jī)測(cè)評(píng)的得到的結(jié)果，表2為成績(jī)?cè)u(píng)定軟件的結(jié)果與飛行教員打分的結(jié)果對(duì)比表，由此表可看出，該軟件所測(cè)得的飛行成績(jī)與教員打分基本一致，證明了該軟件的合理實(shí)用性。

圖1 參數(shù)選擇界面Fig.1 Parameter selection interface

圖2 成績(jī)?cè)u(píng)定界面Fig.2 Performance assessment interface

表2 軟件打分與教員打分對(duì)比表Tab.2 Scoring and instructor scoring software com parison table

4 結(jié)束語(yǔ)

飛行模擬訓(xùn)練作為一種重要的手段已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到飛行訓(xùn)練的過(guò)程之中，但目前具有成績(jī)?cè)u(píng)定功能的飛行模擬訓(xùn)練系統(tǒng)并不多見(jiàn)，本軟件作為整個(gè)飛行模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的一部分，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛行訓(xùn)練成績(jī)的自動(dòng)評(píng)估功能，方便學(xué)員自主訓(xùn)練，找出問(wèn)題，節(jié)省了大量人力。但由于影響飛行訓(xùn)練的因素很多，包括飛行員收集、預(yù)測(cè)信息的能力、注意力分配與轉(zhuǎn)移、決策、操控的熟練程度等，因而單由飛行參數(shù)來(lái)評(píng)定訓(xùn)練成績(jī)還是很片面的，下一步將盡可能的整合多方面信息，爭(zhēng)取做到對(duì)飛行成績(jī)的全面評(píng)定。

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