1.本发明涉及航空应急救援任务技术领域，尤其涉及一种多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法。
背景技术：
2.团队效能是指在规定的项目环境条件下和规定的时间内，对团队完成规定任务程度的度量。正确地评估和反馈团队的效能有助于提高团队的水平。
3.传统的效能评估及其指标的确定更注重从个体的水平上进行，往往忽略了团队作为整体的作用。航空应急救援任务作为一类特殊任务，极其强调团队协同作用，因此，对团队的效能评估必不可少。并且，现有研究忽略了客观指标同主观指标的区分，以及任务中不确定性造成的不同概率分布和难易程度对评估的影响。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明提供了一种多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法，用以在对救援机组人员进行航空应急救援任务训练时，更准确客观的评估受训人员的任务完成情况。
5.本发明提供的一种多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法，包括如下步骤：
6.s1：将整个航空应急救援任务拆解为至少一个“观察
‑
汇报
‑
评估
‑
决策
‑
执行”循环的集合，获得o、r、e、a、d五个评估指标；其中，o代表机组人员观察外界环境的变化和机组人员的动态；r代表机组人员将观察结果向机长或其他机组人员汇报；e代表机组人员根据观察及汇报结果对外界环境和机组人员进行评估，制定应对方案；a代表机组人员根据评估情况就制定的应对方案达成一致，机长最终做出决定并下达命令；d代表按照机长下达的命令，相应机组人员做出相应响应，完成任务；
7.s2：根据所述航空应急救援任务的训练要求，确定各所述评估指标的指标权重；
8.s3：根据所述航空应急救援任务的完成情况，获得任务耗时系数和任务成功率；
9.s4：利用虚拟仿真训练系统进行n次航空应急救援任务的仿真训练，n≥10，统计n次航空应急救援任务的中包含的循环总种类q、循环总个数m、每种循环出现的次数t以及每种循环完成的次数c，q≤m；假设n次航空应急救援任务的中第l种循环出现的次数为t
l
，1≤l≤q，则第l种循环的循环概率为假设n次航空应急救援任务的中第l种循环完成的次数为c
l
，则第l种循环的循环难度系数为
10.s5：利用虚拟仿真训练系统对机组人员进行训练，通过虚拟仿真训练系统输出以及教员评分的方式，获取各所述评估指标在所述“观察
‑
汇报
‑
评估
‑
决策
‑
执行”循环中的评估值；
11.s6：利用所述任务耗时系数、所述任务成功率、所述循环概率、所述循环难度系数以及各所述评估指标的评估值，计算单项效能评估结果；
12.s7：利用所述任务耗时系数、所述任务成功率、所述循环概率、所述循环难度系数以及各所述评估指标的指标权重和评估值，计算团队的综合效能评估结果。
13.在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法中，步骤s1中，所述外界环境包括直升机状态参数和环境参数；其中，
14.所述直升机状态参数包括直升机高度、直升机升降速度、发动机功率、发动机温度和剩余燃油量；
15.所述环境参数包括风速、风速变化率、能见度和障碍物距离。
16.在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法中，步骤s3，根据所述航空应急救援任务的完成情况，获得任务耗时系数和任务成功率，具体包括：
17.假设任务最长时间为t
max
，任务实际用时为t，则任务耗时系数表示为：
[0018][0019]
假设所述航空应急救援任务中总共需要救援的人员数量为a，实际救援的人员数量为b，则任务成功率ω表示为：
[0020][0021]
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法中，步骤s6中，单项效能评估结果的计算公式如下：
[0022][0023][0024][0025][0026][0027]
其中，n表示一次航空应急救援任务中包含的循环总个数，n≤m；o
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标o的评估值，r
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标r的评估值，e
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标e的评估值，a
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标a的评估值，d
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标d的评估值，1≤k≤n；p
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环的循环概率，若第k个循环属于第l种循环，则p
k
＝p
l
；d
k
表示第k个循环的循环难度系数，若第k个循环属于第l种循环，则d
k
＝d
l
；e
f_o
表示综合n个循环中评估指标o的评估值得到的单项效能指标评估结果，e
f_r
表示综合n个循环中评估指标r的评估值得到的单项效
能指标评估结果，e
f_e
表示综合n个循环中评估指标e的评估值得到的单项效能指标评估结果，e
f_a
表示综合n个循环中评估指标a的评估值得到的单项效能指标评估结果，e
f_d
表示综合n个循环中评估指标d的评估值得到的单项效能指标评估结果。
[0028]
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法中，步骤s7中，团队的综合效能评估结果的计算公式如下：
[0029]
e
f_k
＝(w
o
·
o
k
w
r
·
r
k
w
e
·
e
k
w
a
·
a
k
w
d
·
d
k
)
·
p
k
·
d
k
ꢀꢀꢀ
(8)
[0030][0031]
其中，w
o
表示评估指标o的指标权重，w
r
表示评估指标r的指标权重，w
e
表示评估指标e的指标权重，w
a
表示评估指标a的指标权重，w
d
表示评估指标d的指标权重；e
f_k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中综合五项评估指标得到的单次循环团队效能评估结果，e
f
表示综合n个循环的团队效能评估结果得到的团队的综合效能评估结果。
[0032]
本发明提供的上述多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法，首先，将整个航空应急救援任务拆解为至少一个oread循环的集合，获得五个评估指标，然后，根据航空应急救援任务的训练要求，确定评估指标的指标权重，接着，根据航空应急救援任务的完成情况，获得任务耗时约束和任务成功率约束，之后，根据航空应急救援任务中循环的出现概率和难度，确定循环概率和循环难度系数，最后，获取五个评估指标在循环中的评估值，计算得到单项效能评估结果和团队的综合效能评估结果。本发明将任务过程拆解为o
‑
r
‑
e
‑
a
‑
d循环的集合，实现了任务执行过程到评估指标的映射；将主观指标与客观约束分离开来，引入任务耗时系数和任务成功率系数两个约束，同时考虑到任务中不同循环间的差异对于评估结果的影响，增加了循环概率和循环难度系数两个约束，使得效能评估更加准确；将单项指标从综合评估中独立出来，实现了单项效能评估和综合效能评估双向评估，既可以得到团队的综合效能评估结果，也可以在整个任务过程中得到单项指标的评估结果，使得评估和训练更加有针对性。
附图说明
[0033]
图1为本发明提供的一种多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法的流程图；
[0034]
图2为基于oread循环的机组关系及与外界交互示意图。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。
[0036]
本发明提供的一种多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0037]
s1：将整个航空应急救援任务拆解为至少一个“观察
‑
汇报
‑
评估
‑
决策
‑
执行”循环的集合，获得o、r、e、a、d五个评估指标；
[0038]
其中，o—观察(observe)，代表机组人员观察外界环境的变化和机组人员的动态，这是机组人员作出各种决定和行动的基础；r—汇报(report)，代表机组人员将观察结果向
机长或其他机组人员汇报，以确保信息的及时、准确；e—评估(evaluate)，代表机组人员根据观察及汇报结果对外界环境和机组人员进行评估，制定应对方案；a—决策(agree)，代表机组人员根据评估情况就制定的应对方案达成一致，机长最终做出决定并下达命令；d—执行(do)，代表按照机长下达的命令，相应机组人员做出相应响应，完成任务；
[0039]
外界环境包括直升机状态参数和环境参数；其中，直升机状态参数包括直升机高度(最大值小于直升机的最大升限，最小值根据直升机与下方障碍物的距离确定，距下方障碍物的高度>100m)、直升机升降速度(<10m/s)、发动机功率(剩余功率≥最大功率的10％)、发动机温度(<警戒值)和剩余燃油量(>平均油耗
×
距起飞基地或最近起降场的距离)；环境参数包括风速(<10m/s)、风速变化率(<5m/s)、能见度(>10km)和障碍物距离(最小值大于1.5倍直升机旋翼半径)；
[0040]
s2：根据航空应急救援任务的训练要求，确定各评估指标的指标权重；
[0041]
s3：根据航空应急救援任务的完成情况，获得任务耗时系数和任务成功率；
[0042]
s4：利用虚拟仿真训练系统进行n次航空应急救援任务的仿真训练，n≥10，统计n次航空应急救援任务的中包含的循环总种类q、循环总个数m、每种循环出现的次数t以及每种循环完成的次数c，q≤m；假设n次航空应急救援任务的中第l种循环出现的次数为t
l
，1≤l≤q，则第l种循环的循环概率为假设n次航空应急救援任务的中第l种循环完成的次数为c
l
，则第l种循环的循环难度系数为
[0043]
s5：利用虚拟仿真训练系统对机组人员进行训练，通过虚拟仿真训练系统输出以及教员评分的方式，获取各评估指标在“观察
‑
汇报
‑
评估
‑
决策
‑
执行”循环中的评估值；
[0044]
s6：利用任务耗时系数、任务成功率、循环概率、循环难度系数以及各评估指标的评估值，计算单项效能评估结果；
[0045]
s7：利用任务耗时系数、任务成功率、循环概率、循环难度系数以及各评估指标的指标权重和评估值，计算团队的综合效能评估结果。
[0046]
在航空应急救援任务过程中，机组人员作为一个整体，与外界环境包括直升机进行交互，对外界环境的变化做出响应，从而完成任务。各机组人员需要对外界环境进行连续的观察，并及时汇报给其他机组人员；根据掌握的信息对形式进行评估判断，当其他机组人员没有异议时则执行相应操作。其中机长是整个团队的核心，当机组人员产生意见分歧时具有最高的决策权。
[0047]
如图2所示，基于oread循环的方法，将整个任务过程拆解为多个“观察(observe)—汇报(report)—评估(evaluation)—决策(agree)—执行(do)”循环(loop)的集合，也是团队效能评估的指标。前期“观察”是考察机组人员对于外界环境变化的敏锐程度，是否能够及时捕捉到有效信息，是后续判断和执行的基础，更关注的是机组人员自身的能力；而“汇报”是指能否将观察到的外界变化准确及时的汇报反映给其他机组人员，实现顺畅的沟通，更注重的是团队之间的协作。因此“观察”需要跟“汇报”相区分，单独列为指标。一个循环以机组人员完成某项操作为终点。任务越复杂，需要的操作越多，则包含oread循环越多。
[0048]
oread不仅是完成任务的最小循环，也是评估机组人员能力的最小循环。因此，需
要建立机组人员执行任务的过程同评估指标之间的映射关系。不管任务有多少循环，都只需要对o、r、e、a、d五个方面的能力进行评估。则，团队效能e可以表示为指标o、r、e、a、d的函数：
[0049]
e＝f(o,r,e,a,d)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0050]
在oread模型中，o和d侧重于机组人员的独立观察和作业能力，而e考验的是机组人员的综合判断能力，r和a侧重于机组人员的协作及决策能力。
[0051]
在以往的评估中，一般将任务时间和任务成功率约束融合在o、r、e、a、d五个评估指标中，o、r、e、a、d五项评估指标以主观判断为主，并且是将整个任务进行拆解剖析的评估，虽然能够很好地实现机组人员表现到任务过程的映射，对机组人员的业务能力进行有效的评估，增加评估的准确性和灵活性，但任务整体完成情况也是对机组人员训练结果的评价标准，以上评价指标和方法缺少对完整任务效果的评价。整体任务指标中最重要的两个指标是耗时约束和成功率约束，是可以通过计算得到的客观结果，并且是贯穿整个任务过程的，因此，需要将耗时约束和成功率约束这两个客观约束与其他主观性指标相分离，从而提高评估的准确性和客观性。
[0052]
假设任务最长时间为t
max
，任务实际用时为t，则任务耗时系数表示为：
[0053][0054]
其中，的值在1～2之间，任务用时越短，任务耗时系数越大。
[0055]
假设航空应急救援任务中总共需要救援的人员数量为a，实际救援的人员数量为b，则任务成功率ω表示为：
[0056][0057]
则任务效能可表示为：
[0058][0059]
任务中不同的阶段，也就是不同的循环，对应的出现概率和难度系数具有很大差别，对于机组人员的完成情况和评估结果有很大影响。为了提高评估结果的准确性，引入循环概率和循环难度系数两个新的约束。
[0060]
第k个循环的循环概率为p
k
，取值范围在0～1之间。第k个循环在任务中出现的概率越大，p
k
越接近于1。若第k个循环在任务中是必然事件，则p
k
＝1。
[0061]
第k个循环的循环难度系数为d
k
，取值范围在0～1之间。第k个循环的操作难度越大，d
k
越接近于1，反之，d
k
越接近于0。
[0062]
通过将任务分解为o
‑
r
‑
e
‑
a
‑
d循环的集合，在将指标与任务执行过程相映射的同时，将单项指标同综合效能独立出来，也就是说，单项评估可以贯穿整个任务过程，得到单项指标效能，这样，可以增加评估的针对性，机组人员可以根据单项指标的评估结果有针对性地调整训练终点。
[0063]
对航空应急救援团队进行双向效能评估：
[0064]
(1)单项效能评估
[0065]
综合任务中各个单项(o、r、e、a、d)在各个循环中的评估值，可以得到任务中，团队某一项的能力评估值。若某一任务中共包含n个oread循环，则团队的整体o、r、e、a、d值为：
[0066][0067][0068][0069][0070][0071]
其中，n表示一次航空应急救援任务中包含的循环总个数，n≤m；e
o
表示团队观察效能值，e
r
表示团队汇报效能值，e
e
表示团队评估效能值，e
a
表示团队决策效能值，e
d
表示团队执行效能值；o
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标o的评估值，r
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标r的评估值，e
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标e的评估值，a
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标a的评估值，d
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中评估指标d的评估值，1≤k≤n；p
k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环的循环概率，若第k个循环属于第l种循环，则p
k
＝p
l
；d
k
表示第k个循环的循环难度系数，若第k个循环属于第l种循环，则d
k
＝d
l
。
[0072]
结合任务耗时系数和任务成功率两个约束，得到o、r、e、a、d五个指标的单项效能评估结果为：
[0073][0074][0075][0076][0077][0078]
其中，e
f_o
表示综合n个循环中评估指标o的评估值得到的单项效能指标评估结果，e
f_r
表示综合n个循环中评估指标r的评估值得到的单项效能指标评估结果，e
f_e
表示综合n个循环中评估指标e的评估值得到的单项效能指标评估结果，e
f_a
表示综合n个循环中评估指标a的评估值得到的单项效能指标评估结果，e
f_d
表示综合n个循环中评估指标d的评估值得到的单项效能指标评估结果。
[0079]
(2)综合效能评估
[0080]
在一个oread循环中，o、r、e、a、d五个指标的权重为：
[0081]
w＝{w
o
,w
r
,w
e
,w
a
,w
d
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0082]
在第k个循环中，增加循环概率和循环难度系数两个约束，得到单次循环团队效能评估结果为：
[0083]
e
f_k
＝(w
o
·
o
k
w
r
·
r
k
w
e
·
e
k
w
a
·
a
k
w
d
·
d
k
)
·
p
k
·
d
k
ꢀꢀꢀ
(16)
[0084]
若某一任务中共包含n个oread循环，则在整个任务中团队的综合效能评估结果为：
[0085][0086]
其中，w
o
表示评估指标o的指标权重，w
r
表示评估指标r的指标权重，w
e
表示评估指标e的指标权重，w
a
表示评估指标a的指标权重，w
d
表示评估指标d的指标权重；e
f_k
表示一次航空应急救援任务中第k个循环中综合五项评估指标得到的单次循环团队效能评估结果，e
f
表示综合n个循环的团队效能评估结果得到的团队的综合效能评估结果。
[0087]
下面以高速公路发生车祸需要进行直升机医疗救援任务为例对本发明提供的上述多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法的具体实施进行详细说明。
[0088]
实施例1：
[0089]
团队组成：从某救援单位中随机选取4名经过理论培训、具备一定救援知识、但未实际参与过航空应急救援任务的初级学员，组成一个救援机组，利用虚拟仿真训练系统进行训练。
[0090]
将航空应急救援任务进行拆分，每个航空应急救援任务都可将过程分为：观察(observe)、report(汇报)、evaluation(评估)、agree(决策)和do(执行)五个阶段，五个阶段为一个循环。
[0091]
根据某直升机医疗救援的训练要求，确定本次效能评估的指标权重，如表1所示。
[0092]
表1
[0093]
评估指标权重wo(观察)0.17r(报告)0.13e(评估)0.32a(决策)0.23d(执行)0.15
[0094]
此直升机医疗救援任务最长时间为30min，任务实际用时为21min，则任务耗时系数为假设任务中总共需要救援的人员数量为1,实际救援的人数为1，则任务成功率为ω＝1。
[0095]
以下是对直升机医疗救援任务中降落过程的评估示例。该降落过程中共包含三个操作，因此，共包含三个oread循环。
[0096]
根据循环出现的概率以及难易程度得到三个oread循环(loop)的循环概率和循环难度系数，如表2所示。三个循环下，各指标的评估得分如表3所示。
[0097]
表2
[0098]
looploop1loop2loop3p
k
0.90.80.8d
k
0.50.80.9
[0099]
表3
[0100][0101][0102]
计算得到o、r、e、a、d五个指标的单项效能评估结果如下：
[0103][0104][0105][0106][0107][0108]
计算得到三个oread循环的团队效能评估结果分别为：
[0109]
e
f_1
＝(w
o
·
o1 w
r
·
r1 w
e
·
e1 w
a
·
a1 w
d
·
d1)
·
p1·
d1＝0.300
[0110]
e
f_2
＝(w
o
·
o2 w
r
·
r2 w
e
·
e2 w
a
·
a2 w
d
·
d2)
·
p2·
d2＝0.436
[0111]
e
f_3
＝(w
o
·
o3 w
r
·
r3 w
e
·
e3 w
a
·
a3 w
d
·
d3)
·
p3·
d3＝0.447
[0112]
计算得到在整个任务中团队的综合效能评估结果为：
[0113][0114]
在不考虑约束的情况下，三个oread循环的团队效能评估结果分别为：
[0115]
e
′
f_1
＝(w
o
·
o1 w
r
·
r1 w
e
·
e1 w
a
·
a1 w
d
·
d1)＝0.667
[0116]
e
′
f_2
＝(w
o
·
o2 w
r
·
r2 w
e
·
e2 w
a
·
a2 w
d
·
d2)＝0.681
[0117]
e
′
f_3
＝(w
o
·
o3 w
r
·
r3 w
e
·
e3 w
a
·
a3 w
d
·
d3)＝0.621
[0118]
计算得到不考虑约束情况下，整个任务中团队的综合效能评估结果为：
[0119][0120]
从单项效能评估结果可以看到，在考虑多项约束的条件下，团队的五个指标o、r、e、a、d的单项效能评估结果分别是0.529、0.524、0.512、0.467和0.555，这表明团队的执行能力相对较强，而其他四个方面(观察、汇报、评估和决策)相对较弱。这个结果与团队是一
个新的组合机组、彼此不熟悉的情况是一致的。因此，在训练过程中需要着重成员协作的训练。
[0121]
综合效能评估结果显示，在考虑多约束的条件下，三个循环的综合得分为0.512，相比于不加多约束条件下的计算结果0.657有所降低，这是由于第三个循环的出现概率和难度都是最大的，而机组成员的表现欠佳，得分较低，因此，使得三个循环的综合效能评估结果降低，该结果与实际情况相符；且机组人员均为初级学员，缺乏执行任务的经验，因此，综合得分不高。
[0122]
综上可见，本发明提供的上述多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法，能够更加全面和客观地评估机组人员的能力和训练效果，且具有很高的灵活性。
[0123]
本发明提供的上述多循环与多约束融合的航空应急救援效能评估方法，首先，将整个航空应急救援任务拆解为至少一个oread循环的集合，获得五个评估指标，然后，根据航空应急救援任务的训练要求，确定评估指标的指标权重，接着，根据航空应急救援任务的完成情况，获得任务耗时约束和任务成功率约束，之后，根据航空应急救援任务中循环的出现概率和难度，确定循环概率和循环难度系数，最后，获取五个评估指标在循环中的评估值，计算得到单项效能评估结果和团队的综合效能评估结果。本发明将任务过程拆解为o
‑
r
‑
e
‑
a
‑
d循环的集合，实现了任务执行过程到评估指标的映射；将主观指标(即o、r、e、a、d五个指标)与客观约束(即任务耗时系数、任务成功率、循环概率和循环难度系数四个约束)分离开来，引入任务耗时系数和任务成功率两个约束，同时考虑到任务中不同循环间的差异对于评估结果的影响，增加了循环概率和循环难度系数两个约束，使得效能评估更加准确；将单项指标从综合评估中独立出来，实现了单项效能评估和综合效能评估双向评估，既可以得到团队的综合效能评估结果，也可以在整个任务过程中得到单项指标的评估结果，使得评估和训练更加有针对性。
[0124]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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