近年,随着我国对深海资源的勘探与开发迅速发展,我国的7000米级载人潜水器“蛟龙号”深海作业航次不断增加,对潜航员水下潜航工作负荷评价的需求也日渐突出。潜航员在载人舱内操作潜器设备,在复杂的深海环境中作业,承受的工作负荷主要为脑力负荷。本文主要通过生理指标的测量与分析,研究潜航员深海实潜和模拟作业中的生理功能变化,并尝试利用模式识别算法实现脑力负荷的评估。本文首先对潜航员驾驶潜水器在水池作业训练中的脑电图(EEG)、心电图(ECG)和主观评价量表进行了分析,探究了潜航员的自主神经系统(ANS)、脑功能和主观感觉的变化及其关系。结果表明,潜航员在作业中会出现自主神经功能、脑觉醒水平等生理功能的改变和紧张感增加等心理变化。其次,对中国大洋35航次中,潜航员驾驶潜水器在深海实潜作业中的心率变异性(Heart Rate Varibility,HRV)进行了分析,并与同时下潜的技术人员的HRV进行了对比。结果提示,潜航员在下潜阶段和上浮阶段的交感迷走神经平衡性显著升高,而乘员并未出现这一变化,可能与这两个阶段潜航员的工作负荷较高有关;在下潜阶段所有下潜人员心率的显著升高提示可能存在一定精神紧张和应激反应。再次,为了提高潜航员的训练效率,增加其在各种特殊深海作业环境中的生理及心理耐受能力;通过充分收集人体在作业中的生理、心理变化,结合作业绩效,对潜航员在不同深海操作环境中的工作能力给以评估,我们基于3dsMax和Unity3D设计了载人潜水器模拟操作系统,为潜航员提供了逼真的潜水器模拟操控环境。本文仿照“蛟龙号”的人机系统设计,建立人机交互的潜水器模拟操作系统,并参考实际深海环境和作业任务,设计了不同类型和难度的作业任务。最后,应用潜水器模拟操作系统进行了模拟作业实验,并在实验期间对被试者进行了认知训练,探究了认知训练、任务类型和难度对模拟作业中的生理指标、任务绩效、负荷量表得分的影响,结果显示认知训练可使模拟作业中的生理指标趋于稳定,脑力负荷主观感觉减轻,多项作业绩效提高;之后,通过生理指标与支持向量机(SVM)的结合建立模型,识别了每个被试者在不同难度模拟作业任务中的脑力负荷,其两两分类的平均准确率为79.2%。