Modern approaches to modeling the activities of civil aircraft pilots

The paper presents an overview of modern mathematical approaches to modeling pilot activity in civil aircraft, aimed at improving flight safety, crew training efficiency, and the design of cockpit human–machine interfaces. Three complementary models are considered: a goal-oriented activity model describing continuous control inputs of the pilot; a supporting activity model representing the structure of actions as Markov processes with the use of quantum spectral analysis; and a pilot activity model based on Flight Manual procedures, focused on procedural scenarios and error analysis. It is shown that the combined use of these models enables formalization of pilot behavior at different flight phases, diagnosis of training level and psychophysiological state, and the development of virtual pilots and intelligent crew-support systems.

1. Адаменко, А.Н., Ашеров, А.Т., Бердников, И.Л., и др.; Губинский, А.И., Евграфов, В.Г. (общ. ред.). (1993). Информационно-управляющие человеко-машинные системы: Исследование, проектирование, испытания: справочник. Москва: Машиностроение. (527 с.). ISBN 5-217-02011-3.
   Adamenko, A. N., Asherov, A. T., Berdnikov, I. L., et al. (1993). Information-controlling human-machine systems: research, design, testing (handbook). Moscow: Mashinostroenie. (In Russian).
2. Грешников, И.И., Куравский, Л.С., Логачев, С.Д., Махортов, И.А. (2024). Модель пилота как средство валидации перспективной кабины и бортового оборудования воздушного судна. International Journal of Open Information Technologies, 12(4), 100–107.
   Greshnikov, I. I., Kuravsky, L. S., Logachev, S. D., & Makhortov, I. A. (2024). Pilot model as a means of validation of advanced crew cockpit and on-board equipment set. International Journal of Open Information Technologies, 12(4), 100–107.
3. Зараковский, Г.М. (1966). Психофизиологический анализ трудовой деятельности. Москва: Наука. (114 с.).
   Zarakovsky, G. M. (1966). Psychophysiological analysis of work activity. Moscow: Nauka. (In Russian).
4. Зинченко, В.П., Мунипов, В.М. (1979). Основы эргономики. Москва: Изд-во МГУ. (344 с.).
   Zinchenko, V. P., & Munipov, V. M. (1979). Fundamentals of ergonomics. Moscow: Moscow State University Press. (In Russian).
5. Козырев, А.Д., Грешников, И.И. (2024). Концепция удалённого пилота в контексте обеспечения посадки пассажирского самолёта. В: XIV Всероссийское совещание по проблемам управления (Москва, 17–20 июня 2024 г.): сборник научных трудов (с. 1273–1277). Москва: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН.
   Kozyrev, A. D., & Greshnikov, I. I. (2024). The concept of a remote pilot in the context of ensuring the landing of a passenger aircraft. In Proceedings of the 14th All-Russian Meeting on Control Problems (Moscow, Russia, June 17–20, 2024) (pp. 1273–1277). Moscow: V. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences.
6. Куравский, Л.С. Квантовые представления и их применение в диагностике. — М.: Де Либри, 2024. — 128 с.
   Kuravsky, L.S. Quantum Representations and Their Applications in Diagnostics. — М.: De Libri, 2024. — 128 p.
7. Куравский, Л.С., Баранов, С.Н., Юрьев, Г.А. (2010). Синтез и идентификация скрытых марковских моделей для диагностики усталостного разрушения. Нейрокомпьютеры: разработка, применение, (12), 20–36.
   Kuravsky, L. S., Baranov, S. N., & Yuryev, G. A. (2010). Synthesis and identification of hidden Markov models for fatigue damage diagnosis. Neurocomputers: Design and Applications, (12), 20–36. (In Russian).
8. Куравский, Л.С., Грешников, И.И., Глухова, Э.Д., Юрьев, Г.А., Юрьева, Н.Е., Поляков, Б.Ю., Соколов, А.В., Махортов, И.А., Кислицын, Е.Д. (2025). Комплексная оценка информационно-управляющего поля кабины экипажа гражданского воздушного судна: исследуемые показатели и методы их анализа. Экспериментальная психология, 18(2), 236–260. (https://doi.org/10.17759/exppsy.2025180214).
   Kuravsky, L. S., Greshnikov, I. I., Glukhova, E. D., et al. (2025). Comprehensive assessment of the information and control field of the cockpit of a civil aircraft: indicators and methods of their analysis. Experimental Psychology, 18(2), 236–260. (https://doi.org/10.17759/exppsy.2025180214)
9. Куравский, Л.С., Грешников, И.И., Махортов, И.А., Бондаренко, Н.В. (2024). Интеллектуальная поддержка экипажа при выводе гражданского воздушного судна из сложного пространственного положения. Моделирование и анализ данных, 14(2), 124–139. (https://doi.org/10.17759/mda.2024140208).
   Kuravsky, L. S., Greshnikov, I. I., Makhortov, I. A., & Bondarenko, N. V. (2024). Intelligent Crew Support when Recovering a Civil Aircraft from a Difficult Spatial Position. Modelling and Data Analysis, 14(2), 124–139. (https://doi.org/10.17759/mda.2024140208)
10. Куравский, Л.С., Козырев, А.Д., Грешников, И.И. (2024). Математическая модель сопутствующей деятельности пилота и ее применение для объективной оценки его состояния и профессиональной подготовки. Экспериментальная психология, 17(1), 161–180. (https://doi.org/10.17759/exppsy.2024170111).
    Kuravsky, L. S., Kozyrev, A. D., & Greshnikov, I. I. (2024). Mathematical Model of the Pilot Associated Activities and Its Application for Objective Professional Training and Condition Assessment. Experimental Psychology, 17(1), 161–180. (https://doi.org/10.17759/exppsy.2024170111)
11. Ломов, Б.Ф. (1966). Человек и техника: Очерки инженерной психологии. Москва: Советское радио. (464 с.).
    Lomov, B. F. (1966). Man and Technology: Essays in Engineering Psychology. Moscow: Sovetskoye Radio. (In Russian). (https://books.google.com/books/about/Man_and_Technology.html?id=QtoEYVAx6FoC)
12. Медведев, В.И. (1982). Устойчивость физиологических и психологических функций человека при действии экстремальных факторов. Ленинград: Наука. (104 с.).
    Medvedev, V. I. (1982). Stability of physiological and psychological functions under the influence of extreme factors. Leningrad: Nauka. (In Russian).
13. Механтьева, Л.Е., Масалытин, А.В., Лизнев, А.Н. (2017). Анализ крупнейших авиакатастроф пассажирских самолётов начала XXI века. Прикладные информационные аспекты медицины, 20(3), 183–186.
    Mekhantyeva, L. E., Masalytin, A. V., & Liznev, A. N. (2017). Analysis of the largest passenger aircraft accidents of the early 21st century. Applied Information Aspects of Medicine, 20(3), 183–186. (In Russian).
14. Натальин, В.М. (2009). Моделирование управляющих действий пилота в условиях особых ситуаций. Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации, (138), 205–209.
    Natalyin, V. M. (2009). Modeling of pilot control actions in abnormal situations. Scientific Bulletin of the Moscow State Technical University of Civil Aviation, (138), 205–209. (In Russian).
15. Орищенко, В.А., Грешников, И.И. (2024). Моделирование деятельности экипажей при пилотировании воздушных судов. Моделирование и анализ данных, 14(1), 89–102. (https://doi.org/10.17759/mda.2024140106).
    Orishchenko, V. A., & Greshnikov, I. I. (2024). Modelling of Pilot Activities when Piloting Aircraft. Modelling and Data Analysis, 14(1), 89–102. (https://doi.org/10.17759/mda.2024140106)
16. Kuravsky, L.S., Greshnikov, I.I., Yuryev, G.A., Zlatomrezhev, V.I. (2023). Synthesis of Civil Aircraft Control Using Empirical Data and Quantum Filtering. Lobachevskii Journal of Mathematics, 44(6), 2079–2100. (https://doi.org/10.1134/S1995080223060276).