李 成，李永剛，戰(zhàn)春霞

（海軍航空大學(xué) 航空基礎(chǔ)學(xué)院，山東 煙臺(tái)264001）

習(xí)近平總書(shū)記在十九屆中共中央政治局第二次集體學(xué)習(xí)時(shí)的重要講話中指出“大數(shù)據(jù)是信息化發(fā)展的新階段”，并作出了“推動(dòng)大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、構(gòu)建以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵要素的數(shù)字經(jīng)濟(jì)、運(yùn)用大數(shù)據(jù)提升國(guó)家治理現(xiàn)代化水平、運(yùn)用大數(shù)據(jù)促進(jìn)保障和改善民生、切實(shí)保障國(guó)家數(shù)據(jù)安全”的戰(zhàn)略部署。[1]飛行員生理心理個(gè)性化訓(xùn)練管理系統(tǒng)是利用現(xiàn)代大數(shù)據(jù)信息技術(shù)并結(jié)合智能訓(xùn)練設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行員身心狀況的全方位評(píng)估與管理，實(shí)現(xiàn)飛行員的體質(zhì)體能、心理生理、飛行任務(wù)等數(shù)據(jù)的全面采集及存儲(chǔ)管理。建立完整標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)的飛行員體質(zhì)體能、生理心理、健康狀態(tài)、任務(wù)績(jī)效數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，根據(jù)個(gè)人素質(zhì)差異、任務(wù)能力要求、飛行條件環(huán)境，利用大數(shù)據(jù)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行模式識(shí)別、迭代優(yōu)化各數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)飛行員個(gè)性化生理心理訓(xùn)練方案。同時(shí)，通過(guò)自體、個(gè)體之間、個(gè)體與群體，在訓(xùn)練科目、能力差異、任務(wù)表現(xiàn)、時(shí)間等不同維度的數(shù)據(jù)分析為管理部門(mén)提供強(qiáng)力的輔助決策支撐；建立狀態(tài)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的量化、日常化和可視化管理，保證訓(xùn)練安全，為降低運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)、預(yù)防訓(xùn)練傷病的發(fā)生提供保障。

1 飛行員生理心理個(gè)性化訓(xùn)練管理系統(tǒng)基本建設(shè)原則

1.1 先進(jìn)性和開(kāi)放性

在建設(shè)設(shè)計(jì)開(kāi)始要充分考慮到將來(lái)的技術(shù)發(fā)展需要，選擇較先進(jìn)、開(kāi)放、成熟的技術(shù)與產(chǎn)品，建設(shè)具有一定先進(jìn)性的軟硬件設(shè)備。應(yīng)用平臺(tái)軟件需考慮今后硬件的擴(kuò)展、軟件系統(tǒng)的對(duì)接、綜合管控及應(yīng)急指揮等功能深化需要，開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件時(shí)應(yīng)預(yù)留一定的接口和模塊，確保今后可支持更多硬件產(chǎn)品的接入以及軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的對(duì)接及功能擴(kuò)展。

1.2 經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性

堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的統(tǒng)一，充分考慮指揮中心的整體布局、軟硬件運(yùn)行環(huán)境、日常運(yùn)行維護(hù)成本等因素，并考慮后期與其他系統(tǒng)的對(duì)接及自身的系統(tǒng)擴(kuò)展要求，繼承性和針對(duì)性建設(shè)相應(yīng)的軟硬件設(shè)備。因此，在構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的信息管理系統(tǒng)時(shí)，一定要以功能的實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ)，將硬件、軟件和人的管理有機(jī)結(jié)合在一起[2]。

1.3 安全性和保密性

本項(xiàng)目涉及應(yīng)用平臺(tái)軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮信息安全問(wèn)題，采取一定的安全防范措施，避免系統(tǒng)軟硬件及數(shù)據(jù)遭到攻擊和破壞，做好數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)安全管控和用戶權(quán)限管控設(shè)計(jì)。

1.4 穩(wěn)定性和可靠性

項(xiàng)目應(yīng)充分考慮軟硬件的集成對(duì)接、相關(guān)設(shè)備安裝條件、物理環(huán)境及后期維護(hù)的難度等因素，建設(shè)可靠、穩(wěn)定、易于養(yǎng)護(hù)的軟硬件設(shè)備，并突出和強(qiáng)化售后服務(wù)保障體系建設(shè)，以確保項(xiàng)目建成后可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

2 飛行員生理心理個(gè)性化訓(xùn)練管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分類(lèi)體系

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是指時(shí)間特征不明顯的基礎(chǔ)性、客觀性數(shù)據(jù)，主要包括單位代碼數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)應(yīng)用字典和訓(xùn)練指標(biāo)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)一般由各級(jí)指定的職能部門(mén)進(jìn)行統(tǒng)一發(fā)布，以確保人員訓(xùn)練管理數(shù)據(jù)的完整性和一致性，便于數(shù)據(jù)跨層級(jí)、跨部門(mén)、跨領(lǐng)域的交換與共享?；A(chǔ)數(shù)據(jù)具有相對(duì)穩(wěn)定的特性，任何版本的修訂必須在本工程相應(yīng)范圍內(nèi)進(jìn)行同步更新。

2.2 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)是指與訓(xùn)練管理業(yè)務(wù)相關(guān)、時(shí)空敏感的客觀性數(shù)據(jù)，主要包括訓(xùn)練管理動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、訓(xùn)練設(shè)備動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、訓(xùn)練人員動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和訓(xùn)練結(jié)果動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要通過(guò)歷史數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)入庫(kù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在線生成和常態(tài)化采集，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)積累。

2.3 決策數(shù)據(jù)

決策數(shù)據(jù)是指通過(guò)實(shí)訓(xùn)實(shí)測(cè)、態(tài)勢(shì)分析、指標(biāo)模型計(jì)算、關(guān)聯(lián)分析挖掘等綜合處理及主觀分析所得到的輔助決策數(shù)據(jù)，主要包括態(tài)勢(shì)分析數(shù)據(jù)、智能決策結(jié)果、大數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。智能決策與大數(shù)據(jù)展示主要是根據(jù)一體化訓(xùn)練管理工作對(duì)大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用需求，結(jié)合飛行員訓(xùn)練體系建設(shè)實(shí)際，集中開(kāi)展基礎(chǔ)體能、抗載荷能力、空間定向能力、抗疲勞能力和康復(fù)與恢復(fù)能力等方面的智能評(píng)估決策和效果可視化展示。

數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理是應(yīng)用大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之一。[3]基于大數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)能力的一站式集成數(shù)據(jù)中臺(tái)，覆蓋飛行員體質(zhì)、體能和心理完整的大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流程，滿足海量數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、檢索、分析和可視化等一系列的需求，最后形成個(gè)性化的生理心理訓(xùn)練方案。

3 飛行員生理心理個(gè)性化訓(xùn)練管理系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

3.1 海量數(shù)據(jù)快速計(jì)算與存儲(chǔ)訪問(wèn)的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)交換的中心節(jié)點(diǎn)，其計(jì)算存儲(chǔ)效率的高低決定了數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的質(zhì)量。針對(duì)訓(xùn)練管理領(lǐng)域數(shù)據(jù)容量大、動(dòng)態(tài)更新快、保鮮要求高的特點(diǎn)，需要提供面向海量數(shù)據(jù)的快速計(jì)算與存儲(chǔ)訪問(wèn)技術(shù)，在有限存儲(chǔ)空間和計(jì)算資源的條件下，顯著提升數(shù)據(jù)中心的計(jì)算與存儲(chǔ)訪問(wèn)效率。

主要采用的解決方法：一是分布式并行計(jì)算實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、應(yīng)用和交換。基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)流處理等技術(shù)，提升數(shù)據(jù)中心處理效率。二是采用分布式并行數(shù)據(jù)庫(kù)和分布式文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，解決計(jì)算與存儲(chǔ)吞吐能力不足的問(wèn)題。三是“引擎+流程”框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)高性能的數(shù)據(jù)處理引擎，結(jié)合動(dòng)態(tài)可配置的處理流程，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)與計(jì)算資源的柔性擴(kuò)展。

3.2 多中心數(shù)據(jù)匯集與分發(fā)

針對(duì)訓(xùn)練管理領(lǐng)域數(shù)據(jù)多源異構(gòu)、涉及多個(gè)數(shù)據(jù)處理中心以及數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)狀，需要提供各單位數(shù)據(jù)中心的分級(jí)信息匯集模式，支持虛擬集成和復(fù)制匯集，有效降低數(shù)據(jù)融合處理復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)帶寬占用。

按照訓(xùn)練管理領(lǐng)域元數(shù)據(jù)通用要求，通過(guò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)的注冊(cè)和共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)對(duì)象可發(fā)現(xiàn)和可管理；按照訓(xùn)練管理領(lǐng)域數(shù)據(jù)元素通用要求，通過(guò)數(shù)據(jù)元素字典表和數(shù)據(jù)元素交換表，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)數(shù)據(jù)對(duì)象動(dòng)態(tài)交換和按需集成；采用數(shù)據(jù)按權(quán)訂閱分發(fā)的方式，提供全網(wǎng)分布式數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)服務(wù)，用戶按照權(quán)限共享數(shù)據(jù)檢索和下載服務(wù)；利用數(shù)據(jù)分發(fā)通道動(dòng)態(tài)管理技術(shù)手段，達(dá)到節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源、避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的目的。

3.3 智能查詢(xún)與大數(shù)據(jù)可視化

飛行員生理心理個(gè)性化訓(xùn)練管理系統(tǒng)采用的技術(shù)主要是利用視覺(jué)效果，通過(guò)時(shí)間序列、邏輯關(guān)系等不同維度，把訓(xùn)練數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)，重點(diǎn)對(duì)進(jìn)行核心模塊訓(xùn)練的人員，進(jìn)行訓(xùn)練數(shù)據(jù)的快速精準(zhǔn)展現(xiàn)，使受訓(xùn)及指導(dǎo)實(shí)時(shí)理解數(shù)據(jù)評(píng)估訓(xùn)練，智能調(diào)整訓(xùn)練，從而提升飛行員訓(xùn)練決策能力和訓(xùn)練實(shí)效。

智能即時(shí)查詢(xún)技術(shù)通過(guò)圖形化的界面輕松搭建專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)的可視化應(yīng)用和智能化數(shù)據(jù)挖掘分析，滿足訓(xùn)練監(jiān)控、運(yùn)動(dòng)傷病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、訓(xùn)練成效分析等需求；大數(shù)據(jù)可視化技術(shù)主要將數(shù)據(jù)展示和互動(dòng)體驗(yàn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與訓(xùn)練的完美融合，適用于訓(xùn)練決策、訓(xùn)練情況匯總、訓(xùn)練評(píng)估等需求。

3.4 智能數(shù)據(jù)建模生成個(gè)性化訓(xùn)練方案及計(jì)劃

飛行員生理心理個(gè)性化訓(xùn)練管理系統(tǒng)可通過(guò)智能數(shù)據(jù)建模技術(shù)自動(dòng)生成個(gè)性化訓(xùn)練方案及計(jì)劃，為飛行員提供運(yùn)動(dòng)處方應(yīng)用服務(wù)，平臺(tái)可提供多種預(yù)設(shè)的運(yùn)動(dòng)處方供訓(xùn)練人員進(jìn)行選擇，同時(shí)訓(xùn)練指導(dǎo)人員也可根據(jù)飛行員的訓(xùn)練情況進(jìn)行定制化調(diào)整，以保證飛行員的訓(xùn)練質(zhì)量提升以及中心平臺(tái)的數(shù)據(jù)更新。

智慧強(qiáng)健中心有別于傳統(tǒng)訓(xùn)練，其核心要素在于建模，通過(guò)數(shù)據(jù)模型來(lái)驅(qū)動(dòng)訓(xùn)練環(huán)節(jié)五要素“DEASM”，即需求（Demand）→檢測(cè)（Examine）→分析（Analysis）→專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練（Specialied training）→保持（Maintaining）。同時(shí)，智慧強(qiáng)健中心需要具備以下兩個(gè)特征：（1）是否能夠?qū)W習(xí)人的經(jīng)驗(yàn)，從而替代人來(lái)分析問(wèn)題和形成決策；（2）是否能從新的訓(xùn)練問(wèn)題中找出規(guī)律并提出解決方案，從而避免問(wèn)題的再次發(fā)生。

4 飛行員生理心理個(gè)性化訓(xùn)練管理系統(tǒng)功能模塊的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

4.1 基本體能訓(xùn)練管理

根據(jù)每名飛行員的初始健康狀況、體能水平、心理狀態(tài)的數(shù)據(jù)與評(píng)估結(jié)果，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)形成高度個(gè)性化的循證訓(xùn)練方案和訓(xùn)練計(jì)劃，指導(dǎo)飛行員進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練，并提供自助式訓(xùn)練輔助增益手段和訓(xùn)練安全監(jiān)控手段，實(shí)現(xiàn)飛行員訓(xùn)練信息的綜合展示與狀態(tài)預(yù)警。建立個(gè)體人因數(shù)據(jù)檔案，并能夠進(jìn)行個(gè)體、個(gè)體與個(gè)體、個(gè)體與群體在訓(xùn)練科目、能力差異、任務(wù)表現(xiàn)、時(shí)限等不同維度的數(shù)據(jù)分析。

主要由多種智能體能訓(xùn)練器材、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和數(shù)據(jù)集市構(gòu)成，包含力量訓(xùn)練管理模塊、速度訓(xùn)練管理模塊、耐力訓(xùn)練管理模塊、靈敏訓(xùn)練管理模塊、協(xié)調(diào)訓(xùn)練管理模塊、柔韌訓(xùn)練管理模塊、平衡訓(xùn)練管理模塊、體型管理模塊以及數(shù)據(jù)集成管理模塊。

4.2 專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練管理

根據(jù)每名飛行員的初始健康狀況、體能水平、心理狀態(tài)的數(shù)據(jù)與評(píng)估結(jié)果，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)形成高度個(gè)性化的飛行員專(zhuān)項(xiàng)循證訓(xùn)練方案和訓(xùn)練計(jì)劃，指導(dǎo)飛行員進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練，并提供自助式訓(xùn)練輔助增益手段和訓(xùn)練安全監(jiān)控手段，實(shí)現(xiàn)飛行員訓(xùn)練信息的綜合展示與狀態(tài)預(yù)警。建立個(gè)體人因數(shù)據(jù)檔案。

主要由多種訓(xùn)練設(shè)備和數(shù)據(jù)集市構(gòu)成，主要聚焦于航空生理層面訓(xùn)練管理，在平臺(tái)集成管理功能模塊上進(jìn)行統(tǒng)一配置。包括空間定向能力訓(xùn)練、抗疲勞及恢復(fù)訓(xùn)練、心理應(yīng)激訓(xùn)練、心理認(rèn)知能力評(píng)估、心理放松訓(xùn)練、數(shù)據(jù)集市組成等。

4.3 心理訓(xùn)練管理

心理訓(xùn)練任務(wù)管理在平臺(tái)集成管理功能模塊上進(jìn)行統(tǒng)一配置；測(cè)試任務(wù)所得到的生理數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)、量表數(shù)據(jù)、測(cè)試任務(wù)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)分析與特性評(píng)價(jià)系統(tǒng)模塊進(jìn)行計(jì)算得到心理評(píng)估結(jié)果。通過(guò)生理心理干預(yù)方法。采用專(zhuān)門(mén)儀器和手段，具體改變?nèi)说哪撤N生理心理狀態(tài)，以達(dá)到最適宜強(qiáng)度、最佳的狀態(tài)。即通過(guò)言語(yǔ)暗示、肢體松弛方法等對(duì)自身本體狀態(tài)進(jìn)行自我約束的調(diào)整練習(xí)，改變本體生理、心理狀態(tài)，達(dá)到自我控制、自我調(diào)節(jié)。

主要由心理應(yīng)激訓(xùn)練、心理認(rèn)知能力評(píng)估、心理放松訓(xùn)練、數(shù)據(jù)集市組成。通過(guò)心理應(yīng)激訓(xùn)練過(guò)程中收集到的生理相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)心理應(yīng)激能力進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)PC搭載認(rèn)知能力測(cè)評(píng)行為任務(wù)和量表對(duì)飛行員的時(shí)間知覺(jué)、空間知覺(jué)、速度知覺(jué)、注意能力、工作記憶、記憶廣度、基本反應(yīng)等認(rèn)知能力進(jìn)行多維度評(píng)估。通過(guò)心理狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，評(píng)估應(yīng)激狀態(tài)心理效能的影響情況，建立飛行員心理效能評(píng)估訓(xùn)練檔案。

4.4 綜合評(píng)估

綜合評(píng)估是對(duì)訓(xùn)練過(guò)程中數(shù)據(jù)采集的多模態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗、特征提取、特征融合、評(píng)估指標(biāo)運(yùn)算、數(shù)據(jù)評(píng)估、量化跟蹤、數(shù)據(jù)評(píng)估結(jié)果展示、模型優(yōu)化，進(jìn)行數(shù)據(jù)批量計(jì)算和流式計(jì)算，分別計(jì)算構(gòu)成訓(xùn)練飛行員職業(yè)效能的體質(zhì)體能、飛行任務(wù)專(zhuān)項(xiàng)、航空心理、飛行任務(wù)和績(jī)效五要素，按國(guó)際先進(jìn)的過(guò)程管理理論對(duì)訓(xùn)練進(jìn)行階段性評(píng)價(jià)，給出階段性提示和建議，結(jié)合飛行員過(guò)往訓(xùn)練記錄自動(dòng)生成近期個(gè)性化訓(xùn)練方案，為飛行員科學(xué)化訓(xùn)練與作戰(zhàn)效能的評(píng)估提供決策依據(jù)。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外飛行員體能體訓(xùn)的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)手段，形成一個(gè)全面、針對(duì)性強(qiáng)的訓(xùn)練科目庫(kù)，規(guī)定訓(xùn)練內(nèi)容、訓(xùn)練方法、訓(xùn)練器材、訓(xùn)練強(qiáng)度和頻度。從體質(zhì)體能、飛行任務(wù)專(zhuān)項(xiàng)、航空心理、飛行任務(wù)和績(jī)效五大要素中，提取飛行員相關(guān)的訓(xùn)練基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)。分布式網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)采用可擴(kuò)展的系統(tǒng)結(jié)飛行構(gòu)，使用多個(gè)存儲(chǔ)服務(wù)器共享存儲(chǔ)負(fù)載，利用位置服務(wù)器定位存儲(chǔ)信息，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，可用性和訪問(wèn)效率，而且易于擴(kuò)展。根據(jù)飛行員訓(xùn)練的時(shí)間、頻度、強(qiáng)度和動(dòng)作合理性對(duì)訓(xùn)練的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估打分，運(yùn)用科學(xué)的方法、標(biāo)準(zhǔn)和程序，對(duì)行為訓(xùn)練評(píng)定任務(wù)有關(guān)的績(jī)效信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗、特征提取、特征融合、評(píng)估指標(biāo)運(yùn)算，處理飛行員在操作過(guò)程中的行為數(shù)據(jù)，針對(duì)飛行員個(gè)體建立生理-心理-行為數(shù)據(jù)庫(kù)，分析不同數(shù)據(jù)對(duì)飛行員的影響，并盡可能做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，計(jì)入訓(xùn)練績(jī)效考核。通過(guò)數(shù)據(jù)評(píng)估、量化跟蹤、模型優(yōu)化對(duì)飛行員的體質(zhì)體能、飛行任務(wù)專(zhuān)項(xiàng)、航空心理、健康狀況和績(jī)效進(jìn)行綜合評(píng)估、可視化展示。同時(shí)對(duì)各種異常問(wèn)題因素進(jìn)行預(yù)警與展示，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、不確定因素進(jìn)行飛行員訓(xùn)練方案優(yōu)化迭代。