CC BY
0психология
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
УДК 159.9
ВЛИЯНИЕ ПСИХОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАЛОСТИ, СВЯЗАННОЕ С ВЫПОЛНЕНИЕМ ЗАДАЧ ПО ПРЕДНАЗНАЧЕНИЮ, У ОПЕРАТОРОВ БпЛА РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ НА СИСТЕМУ РАСПОЗНАВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ГЛАЗ
THE EFFECT OF PSYCHOLOGICAL FATIGUE ASSOCIATED WITH THE PERFORMANCE OF TASKS FOR THE INTENDED PURPOSE OF UAV OPERATORS OF VARIOUS TYPES ON THE EYE MOVEMENT RECOGNITION SYSTEM
АННОТАЦИЯ
Развитие технологий автоматизации и искусственного интеллекта приводит к изменению характера работы операторов технически сложных систем, таких как беспилотные летательные аппараты (БпЛА). Снижение нагрузки на сенсомоторные функции сопровождается увеличением когнитивной нагрузки, что выдвигает на первый план проблему когнитивной усталости. Неучет данного фактора при разработке систем контроля состояния операторов БпЛА, основанных на анализе движений глаз, может привести к снижению безопасности и эффективности выполнения задач. В настоящем исследовании проводится сравнительный анализ особенностей работы операторов БпЛА самолетного и мультиротор-ного типа. Детально рассматриваются различия в когнитивной нагрузке, связанной с особенностями управления, продолжительностью рабочих сессий и спецификой решаемых задач. Представлен обзор современных исследований, посвященных изучению феномена усталости операторов транспортных систем. Проведен анализ различий между активной и пассивной усталостью, а также их связи с когнитивной перегрузкой и недогрузкой. Подчеркнута важность учета многомерного характера усталости и ее влияния на психофизиологические показатели, включая движения глаз.
Матвей Сергеевич ПУТИЛИН,
младший научный сотрудник научно-исследовательского отдела качества военного образования Военного университета имени князя Александра Невского Министерства обороны Российской Федерации, shumovaputilin@mail.ru
Matvey Sergeevich PUTILIN,
Junior Researcher of the Research Department of Quality of Military Education, Military University named after Prince Alexander Nevsky Ministry of Defense of the Russian Federation, shumovaputilin@mail.ru
SCIENTIFIC AND PRACTICAL JOURNAL
Отмечено, что существующие системы контроля состояния операторов, основанные на анализе движений глаз, фокусируются преимущественно на выявлении сонливости, игнорируя признаки когнитивного утомления.
Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты, когнитивная усталость, пассивная усталость, активная усталость, когнитивная перегрузка, когнитивная недозагрузка.
ABSTRACT
The development of automation and artificial intelligence technologies leads to a change in the nature of the work of operators of technically complex systems, such as unmanned aerial vehicles (UAVs). A decrease in the load on sensorimotor functions is accompanied by an increase in cognitive load, which highlights the problem of cognitive fatigue. Failure to take this factor into account when developing systems for monitoring the condition of UAV operators based on the analysis of eye movements can lead to a decrease in the safety and efficiency of tasks. In this study, a comparative analysis of the features of the work of UAV operators of the airplane and multirotor type is carried out. The differences in cognitive load related to management features, the duration of work sessions and the specifics of the tasks being solved are considered in detail. The review of modern research devoted to the study of the phenomenon of fatigue of operators of transport systems is presented. The analysis of the differences between active and passive fatigue, as well as their relationship with cognitive overload and underloading, is carried out. The importance of taking into account the multidimensional nature of fatigue and its effect on psychophysiological parameters, including eye movements, is emphasized. It is noted that the existing systems for monitoring the condition of operators, based on the analysis of eye movements, focus mainly on detecting drowsiness, ignoring signs of cognitive fatigue.
Keywords: unmanned aerial vehicles, cognitive fatigue, passive fatigue, active fatigue, cognitive overload, cognitive underloading.
Введение
Беспилотные летательные аппараты приобретают все большую популярность в различных областях, от военных до гражданских, предоставляя новые возможности для наблюдения, мониторинга, доставки и даже выполнения задач в труднодоступных местах. Тем не менее, несмотря на очевидные преимущества, использование БпЛА сопряжено с рядом проблем, в том числе с проблемой усталости операторов.
Современные технологии позволяют пилотам летать дольше и чаще, чем раньше, автоматизация автомобилей позволяет водителям ездить дольше с меньшими усилиями, а операторы БпЛА могут выполнять задачи самостоятельно и совместно с другими подразделениями более эффективно и безопасно [1]. В насто-
ящее время актуальной является проблема усталости водителей, пилотов и операторов БпЛА, обусловленная такими факторами, как длительное выполнение задания и высокая рабочая нагрузка, сопровождающаяся быстрым техническим прогрессом.
В связи с развитием технологий операторы освобождаются от необходимости ручного управления в некоторых аспектах, однако когнитивная нагрузка, связанная с принятием решений, анализом информации и мониторингом многочисленных систем, может быть чрезвычайно высокой. Это особенно актуально для операторов, работающих с БпЛА в условиях длительных полетов, неблагоприятной погоды или в ситуациях, требующих быстрого реагирования на изменяющиеся условия. Именно поэто-
психология
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
му изучение влияния психологической усталости на эффективность работы операторов БпЛА является ключевым фактором для обеспечения безопасности и эффективности их применения.
При разработке и анализе эффективности систем обнаружения усталости с помощью отслеживания движений глаз водителей, пилотов и операторов БпЛА недостаточно внимания уделяется состоянию «когнитивной усталости» [2]. Тем не менее, оно оказывает существенное влияние на движение глаз и достоверность результатов систем, отслеживающих исключительно показатели, связанные со сном.
Основная часть
Операторы во многих отраслях испытывают усталость различного типа. Несмотря на то, что развитие психологии труда в последние годы позволило повысить производительность и эффективность рабочих мест, проблема усталости по-прежнему играет важную роль в обеспечении безопасности и успешности выполнения рабочих задач [3]. На текущем этапе развития технологий автоматизации и искусственного интеллекта несмотря на то, что водители, пилоты и операторы БпЛА освобождаются от необходимости ручной настройки, проблема усталости не решается быстрым техническим прогрессом. Например, стремление компаний к увеличению прибыли зачастую вступает в противоречие с адекватными возможностями водителей, пилотов и операторов БпЛА, что приводит к недостаточному отдыху, переутомлению и, как следствие, возникновению ошибок в принятии решений в условиях неопределенности.
Оператору БпЛА в своей деятельности необходимо сохранять высокую концентрацию внимания и быструю реакцию. Важно разделять такие понятия, как усталость, утомление и мо-нотония. Каждое из этих состояний влияет на эффективность оператора при выполнении задач по предназначению.
Усталость является наиболее широким понятием, которое включает в себя утомление и монотонию. В данной статье мы рассмотрим только один из ее компонентов.
Когнитивная усталость - это состояние, характеризующееся снижением когнитивных процессов в результате продолжительной умственной активности. У операторов БпЛА в зависимости от типа борта и выполняемой задачи данное состояние проявляется по-разному [4].
В нашей работе мы классифицируем беспилотные летательные аппараты (БпЛА) по типу конструкции:
- БпЛА самолётного типа - в основном используется для разведки и дешифрирования. Характеризуется дальними и продолжительными сессиями, которые в среднем длятся 3-4 часа и требуют от оператора знаний в области аэродинамики, необходимых для планирования маршрута с учетом особенностей местности;
- БпЛА мультироторного типа используется как для разведки, так и для нанесения ударов. Он отличается высокой маневренностью по сравнению с самолетным типом и возможностью зависать в одном месте для детального изучения цели.
В зависимости от типа беспилотного летательного аппарата различаются особенности управления, продолжительность сеанса и выполняемые задачи [4]. Оператор самолетного типа управляет бортом с помощью автоматизированного рабочего места (АРМ), взаимодействуя с клавиатурой и мышью. Также он взаимодействует со штабом, другими расчетами, оператором полезной нагрузки и техником. Для данных операторов характерны такие психологические процессы, как монотонность и когнитивная усталость, которая формируется из-за длительности полетов в однообразной местности и выражается в снижении основных свойств внимания посредством сенсорной депривации.
Оператор мультироторного типа осуществляет взаимодействие с бортом посредством пульта управления, а в некоторых случаях и с помощью очков виртуальной реальности [2]. Кроме того, он взаимодействует с другими расчетами, и благодаря техническим особенностям ему не требуется оператор полезной нагрузки, поскольку все его задачи берет на себя сам оператор.
Данная специфика демонстрирует нам, что степень когнитивной усталости у операторов в зависимости от типа борта будет различаться.
Когнитивная усталость и её особенности
Действительно, сонливость, безусловно, не единственная реакция на усталость в транспортном сценарии, поскольку в нескольких исследовательских работах изучались многомерные особенности усталости, вызванной выполнением задач, у водителей с психологической точки зрения. В транспортной отрасли предложили теорию, которая разделяет концепции
SCIENTIFIC AND PRACTICAL JOURNAL
усталости на активную и пассивную, поскольку реакции и восприятие усталости особенно изменяются в условиях перегрузки и недогрузки водителей, пилотов и операторов в условиях вождения, полета и управления [2]. Активное утомление является следствием продолжительной и постоянной перцептивно-моторной адаптации, связанной с выполнением поставленной задачи. Пассивное утомление, в свою очередь, возникает в ситуациях, когда оператору необходимо отслеживать информацию на дисплее, но при этом редко предпринимать усилия для реагирования. Утомление носит многомерный характер, и различные задачи вызывают разные реакции утомления. Установлено, что дистресс выше при активной усталости, тогда как более низкая вовлеченность в выполнение задач и меньшая мотивация чаще встречаются при пассивной усталости [3].
Следует отметить, что с развитием технологических инноваций в транспортной отрасли за последние два десятилетия концепция активной усталости также требует обновления. Активная усталость не должна ограничиваться перцептивно-моторной регуляцией, связанной с выполнением задачи, но также должна включать в себя высокие умственные и концентрационные усилия при выполнении транспортных задач в качестве случайного фактора. Например, под активной усталостью часто понимается усталость в ситуации вождения с перегрузкой, а соответствующими ситуациями могут быть частая регулировка рулевого колеса в условиях суровой погоды или вождение в условиях интенсивного движения. Однако это также должно включать ситуацию длительного умственного мониторинга и высокой рабочей нагрузки, вызванной многочисленными и сложными задачами, такими как управление и мониторинг БпЛА.
В ряде случаев пассивную усталость и активную усталость можно условно считать связанными соответственно с состоянием когнитивной недонагрузки или состоянием когнитивной перегрузки при управлении транспортными средствами. В сценарии высокой рабочей нагрузки водители и пилоты склонны часто моби-лизовывать свои умственные ресурсы для выполнения сложных задач в условиях управления транспортными средствами, что с большей вероятностью вызывает активную усталость. Данная атмосфера соответствует теории ресурсов, согласно которой ресурсы можно оп-
ределить, как резервуары «топлива» или «энергии» для переработки. Более сложные задачи, как правило, требуют больше ресурсов. Активная мобилизация ресурсов для поддержания внимания приводит к снижению бдительности из-за истощения ресурсов. Нарушение внимания может представлять опасность для безопасности на дороге и в воздухе.
С другой стороны, пассивная усталость возникает, когда кажется, что водители/пилоты бездействуют, например, едут с круиз-контролем или летают в режиме автопилота. В соответствии с теорией регулирования усилий, операторы, как правило, прилагают минимальные усилия и ресурсы для поддержания своей ситуационной осведомленности и снижают свои стандарты производительности в состоянии пассивной усталости. Это может легко привести к тому, что человек не сможет эффективно и точно реагировать на неожиданные события, из-за недостатка у них мобилизации достаточного компенсаторного усилия при пассивном утомлении. Кроме того, монотонность, характерная для ситуации пассивной усталости, может указывать на чувство сонливости и усталости как реакцию усталости, что повышает абсолютный уровень сонливости водителя и в худшем случае приводит к микросну. Несмотря на то, что в большинстве случаев явные физические симптомы сонливости (например, усталость глаз) в данных обстоятельствах могут отсутствовать, снижение бдительности по-прежнему будет представлять опасность для безопасности водителя/пилота, поскольку оно было идентифицировано как одна из основных причин дорожно-транспортных происшествий. Помимо этого, еще один более опасный аспект сценария пассивного вождения заключается в том, что он может привести к очевидному снижению производительности, например, к ухудшению удержания полосы движения, когда сонливость достигает опасного уровня. Многочисленные лабораторные и эмпирические эксперименты подтвердили это, а некоторые исследования были применены в дорожных сценариях в отрасли. Таким образом, как активная, так и пассивная усталость негативно сказываются на бдительности и в определенных обстоятельствах могут привести к снижению производительности труда, что представляет собой существенный риск возникновения аварий, травм и несчастных случаев со смертельным исходом.
ПСИХОЛОГИЯ
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
В последние два десятилетия разница между умственным утомлением и сонливостью также была подчеркнута в исследованиях усталости пилотов и водителей. Краткое различие между умственным утомлением и сонливостью заключается в том, что первое не колеблется быстро в течение нескольких секунд, а второе - колеблется. Отдых и бездействие уменьшают умственную усталость, но ухудшают сонливость.
Поскольку многомерная особенность усталости вызывает различные психологические реакции, она также может вызывать различные физические реакции, которые могут влиять на показатели психофизиологической усталости в соответствии с различными сценариями утомления, такими как сценарий перегрузки (сценарий активной усталости) и сценарий недогрузки (сценарий пассивной усталости). В связи с этим, при изучении эффективных показателей психофизиологического утомления водителей и пилотов, необходимо учитывать влияние утомления, связанного с выполнением задания, на особенности движения глаз.
Заключение
Статья поднимает важный вопрос о «скрытой» угрозе - когнитивной усталости операторов БпЛА. Для нас привычно думать, что автоматизация процессов облегчает труд человека, и в случае с БпЛА это действительно помогает оператору более длительное время управлять бортом, оператору больше не нужно напрямую управлять каждым движением летательного аппарата, за него это делает автопи-
лот. Тем не менее, это не означает, что работа оператора становится проще. Напротив, ему приходится выполнять еще более сложные задачи, требующие высокой концентрации внимания, аналитических способностей и быстроты реакции. Длительные рабочие сессии, огромный объем информации, поступающей с датчиков, необходимость быстро принимать решения в условиях неопределенности - все это приводит к накоплению когнитивной усталости.
Важно отметить, что когнитивная усталость - это не просто потребность в отдыхе, а состояние, которое оказывает влияние на работу мозга и может привести к критическим ошибкам, угрожающим жизни людей и выполнению поставленных задач.
Системы мониторинга состояния операторов, основанные на анализе движения глаз, в настоящее время в основном сосредоточены на выявлении сонливости. Однако наше исследование показывает, что когнитивная усталость может проявляться и при отсутствии данного признака. Это позволяет нам предположить, что существующие системы могут не обнаружить состояния когнитивной усталости у оператора и не предупредить о необходимости отдыха.
В целях обеспечения максимальной безопасности и эффективности применения БпЛА необходимо разрабатывать новые подходы к контролю состояния операторов, учитывающие специфику когнитивной нагрузки и способные выявлять признаки когнитивной усталости на ранних стадиях. Это позволит своевременно предотвращать ошибки, связанные с человеческим фактором.
Литература
1. Андреенко С.В. Вопросы применения кибернетических систем при управлении беспилотными летательными аппаратами и их целевой нагрузкой в авиации Росгвардии / С. В. Андреенко, А.М. Сапунов // Взаимодействие вузов, научных организаций и учреждений культуры в сфере защиты информации и технологий безопасности: Сборник статей по материалам Международной конференции, посвященной памяти профессора А.А. Тарасова и О.В. Казарина, Москва, 21-22 апреля 2021 года / под редакцией Д.А. Митюшина. Москва: Российский государственный гуманитарный университет, 2021. С. 132-140. БОЫ ТОиУОЯ.
2. Калекулин В.Б. Профессиональное выгорание работника в условиях монотонной работы на производстве / В.Б. Калекулин, Н.А. Красноперова // Психология и педагогика XXI века: актуальные вопросы, достижения и инновации: Сборник статей III Всероссийской студенческой научно-практической конференции с международным участием, Орехово-Зуево, 19 мая 2022 года. Орехово-Зуево: Государственный гуманитарно-технологический университет, 2022. С. 302-306. БОЫ
3. Кириллова Е.С. Интеллектуальная система безопасности водителя, использующая обнаружение усталости / Е.С. Кириллова, С.А. Сериков // Международный журнал гуманитарных и
SCIENTIFIC AND PRACTICAL JOURNAL
естественных наук. 2024. № 4-3(91). С. 7-10. DOI 10.24412/25001000-2024-4-3-7-10. EDN QZGZHD.
4. Ковалев М.А. Беспилотные летательные аппараты вертикального взлета: сборка, настройка и программирование: учебное пособие / М.А. Ковалёв, Д.Н. Овакимян. Самара: Издательство Самарского университета, 2023. 96 с.
References
1. Andreenko S.V. Voprosy primeneniya kiberneticheskih sistem pri up-ravlenii bespilotnymi letatel'nymi apparatami i ih celevoj nagruzkoj v aviacii Rosgvardii. S.V. Andreenko, A.M. Sapunov. Vzaimodejstvie vuzov, nauchnyh organizacij i uchrezhdenij kul'tury v sfere zashchity informacii i tekhnologij bezopasnosti: Sbornik statej po materialam Mezhdunarodnoj konferencii, posvyashchennoj pamyati professora A.A. Tarasova i O.V. Kazarina, Moskva, 21-22 aprelya 2021 goda. Pod redakciej D.A. Mityushina. Moskva: Rossijskij gosudarstvennyj gumanitarnyj universitet, 2021. Pp. 132-140. EDN TQUYQR.
2. Kalekulin V.B. Professional'noe vygoranie rabotnika v usloviyah monotonnoj raboty na proizvodstve. V.B. Kalekulin, N.A. Krasnopero-va. Psihologiya i pedagogika XXI veka: aktual'nye voprosy, dostizheniya i innovacii: Sbornik statej III Vserossijskoj studencheskoj nauchno-prak-ticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem, Orekhovo-Zue-vo, 19 maya 2022 goda. Orekhovo-Zuevo: Gosudarstvennyj gumani-tarno-tekhnologicheskij universitet, 2022. Pp. 302-306. EDN FJOQQZ.
3. Kirillova E.S. Intellektual'naya sistema bezopasnosti voditelya, ispol'zuyushchaya obnaruzhenie ustalosti. E.S. Kirillova, S.A. Serikov. Mezhdunarodnyjzhurnal gumanitarnyh i estestvennyh nauk, 2024, no 4-3(91), рp. 7-10. DOI 10.24412/2500-1000-2024-4-3-7-10. EDN QZGZHD.
4. Kovalev M.A. Bespilotnye letatel'nye apparaty vertikal'nogo vzleta: sborka, nastrojka i programmirovanie: uchebnoe posobie. M.A. Kovalyov, D.N. Ovakimyan. Samara: Izdatel'stvo Samarskogo universite-ta, 2023. 96 p.
Статья поступила в редакцию 02.08.2024; принята к публикации 30.08.2024.
The article was submitted 02.08.2024;
accepted for publication 30.08.2024.
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
The author read
and approved the final version
of the manuscript.
