显示界面字符编码工效设计与分析

针对人机显示界面中字符编码的工效设计问题,以封闭模拟驾驶舱为基础,采用32名被试开展静态模拟实验,选取反应时间和反应正确率为工效评价指标,得出不同光照水平、颜色匹配和字符高度下显示界面呈现的中文、英文、数字及符号的辨识绩效.实验结果表明:中/英文、数字和普通符号的辨识绩效差异显著；0 ～ 600 lx范围内4个水平光照变化对字符编码辨识绩效影响较小；颜色匹配方式对字符编码辨识绩效影响显著,黄/白、绿/青的字符/背景色匹配方式辨识绩效较差,在字符编码设计中尽量避免使用.通过实验结论及对实验数据的深入分析,建立显示界面字符编码设计的数学模型,为飞机驾驶舱人机显示界面编码设计提供参考.     

飞机界面设计颜色匹配性

针对飞机显示界面设计中存在的问题,开发了一个用于工效学实验的飞行信息显示界面仿真模型.以该模型为背景开展实验,综合使用主观和客观测量方法对不同颜色匹配特性进行了研究.以反应时间作为绩效评价指标,并利用模糊数学的方法对主观数据进行处理.实验得到以下主要结果:确定了不同背景色和目标色匹配的辨识快慢顺序和喜好程度;不同颜色匹配的作业绩效和喜好程度不全相一致;白色/红色、棕色/黄色、暗灰/蓝色、黑色/淡绿、白色/蓝色较适宜作为背景/目标色组合,白色/黄色、黑色/蓝色则不适宜.     

人机显示界面中的文字和位置编码

飞行员在驾驶飞机的过程中需要用到大量的信息,对信息进行合理的编码可以提高驾驶安全性.根据研究的需要,开发一个用于工效实验的作业任务模型.通过测量被试完成作业任务的正确率和反应时间,结合眼动仪测得的眼动数据,分析文字和位置编码对信息辨识的影响,为显示界面适人性设计提供科学依据.实验结果表明:人对文字信息的辨识受到位置编码影响,位置编码方式与视野范围和注意力分配策略相关;中心位置的辨识效率优于边缘位置,左侧位置优于右侧位置;中文信息的辨识效果优于英文信息,实际应用时应考虑母语的影响.      

基于视觉搜索的飞机显示界面设计原则

对飞行员在飞行中通过视觉搜索监视各种仪表信息的过程进行研究,探索时间压力和搜索难度两个因素对视觉搜索绩效的影响,从而为飞机座舱显示界面的工效学设计提供科学依据.设计视觉搜索程序来模拟飞机显示界面,并通过预实验确定时间压力水平和搜索难度水平的典型分级范围,在此基础上进行正式实验并记录反应正确率和反应时间.采用SPSS 19.0对实验结果进行双因素分析、简单效应、回归分析等,得到如下结论:不同水平的时间压力和搜索难度对反应正确率的影响具有显著性差异;不同水平的搜索难度对反应时间的影响具有显著性差异,并且在一定条件下反应时间和干扰项数目成线性递增关系;在保证较高正确率的状态下,即在人的认知能力范围之内,不同的时间压力水平对反应时间的影响没有显著性差异.因此,在飞机座舱显示界面视觉搜索的工效学设计中,要将时间压力和搜索难度进行最佳匹配才能取得较好的工作绩效.      

飞机驾驶舱显示界面脑力负荷判别预测生理模型

针对飞机驾驶舱显示界面脑力负荷的客观判别预测问题,综合采用事件相关电位(ERP)、心电图(ECG)和眼电图(EOG)3类生理测量技术,结合主观测评法和绩效测评法,在同一飞行实验任务中开展脑力负荷的实验测量与数学建模研究。实验结果表明:随着脑力负荷的增加,ERP测量技术中的失匹配负波(MMN)成分的峰值幅度(在Fz电极处)显著增加,P3a成分的峰值(在Fz电极处)显著降低;ECG测量技术中的心率变异性指标全部窦性心搏RR间期(简称RR间期)的标准差(SDNN)的数值显著降低;EOG测量技术中的眨眼次数显著降低。在此基础上,基于Bayes判别方法构建了脑力负荷判别预测生理综合评估模型,并将生理综合评估模型判别结果与NASA任务负荷指数(NASA_TLX)量表判别结果进行了比较,生理综合评估模型判别结果略高于NASA_TLX判别结果。该模型为飞机驾驶舱显示界面脑力负荷状态的客观、实时判定和预测提供了一种新的方法,同时也为中国正在研发的新型战斗机和大型客机驾驶舱显示界面中的人为因素适航审定工作提供了新的符合性验证工具。      

飞行员视觉信息流强度模拟及适人性分析

为了合理地确定飞行员在执行飞行任务时的视觉信息流强度,开发了飞机座舱显示界面仿真模型,以被试的正确反应率和反应时间来评价作业绩效.通过实验和数据分析得到以下结果:所建立的视觉信息流模型中视觉信息流强度曲线符合正态分布.不同的视觉信息量完成任务差异显著,信息量增加到一定程度时辨识变慢,出现错误的几率升高;在相同视觉信息量情况下,夜晚与白天、动态与静态执行任务辨识和绩效差异显著,白天要比夜晚、静态要比动态辨识效率和绩效更好.      

飞机驾驶员视觉信息流系统工效综合评定研究

通过对驾驶员的视域、视觉信息流向、视觉信息获取工效的影响因素、视觉信息流工效的测定与评估方法的研究,建立了一套视觉信息流工效综合评估系统研究体系.研究的初步结果主要有:飞机驾驶员视域在水平面中存在最佳、较好、极限工效区,并且振动、反射眩光、噪声、显示字符的形状/颜色特征/对比度/显示方式等是影响信息获取工效的主要因素;飞机信息显示区域必须限于驾驶员视域,其显示布局及显示方式应符合视觉工效学设计原则.      

基于注意资源分配的情境意识模型

为预测飞行员情境意识的变化情况,在前期建立的注意资源分配模型及情境意识模型基础上,考虑任务环境中信息成分重要度对情境意识水平的影响,并结合人的认知特性及贝叶斯条件概率理论,提出了一种新的情境意识量化模型和求解方法.为验证模型的效度,采用20名被试在不同任务条件下开展仪表监视实验,并采用情境意识全面测量技术（SAGAT,Situation Awareness Global Assessment Technique）、三维度情境意识评定技术（3-D SART,3-Dimensional Situational Awareness Rating Technique）、操作绩效和眼动测量4种方法,对不同任务条件下的情境意识水平进行测评.综合测评结果表明,根据预测模型计算所得的情境意识水平变化趋势与被试实际操作所获得的实验结果高度相关.提出的情境意识量化模型对指导驾驶舱人机显示界面设计和减少人为失误有一定的参考价值.     

多界面多任务下不同任务权重的目标辨认

武器装备人机界面设计中目标辨认问题,必须通过目标辨认的实验和评价研究加以解决.根据飞行作业中所需完成的操作任务,提出一个多界面多任务目标辨认实验方案.通过测定被试完成实验主任务的反应时间和正确探测率,研究人在不同任务权重下对目标颜色、形状、位置的辨认情况,为人机界面设计目标编码提供科学依据.实验结果表明:在需要分配人注意力的条件下,无论任务权重如何,绿色、红色和三角形是界面设计中合适的目标编码,圆形和正方形必要时可用于目标编码;人对不同位置的目标辨认受到任务权重的影响,人机界面对目标位置的设计要充分考虑任务权重因素.      

基于脑力负荷飞机座舱视觉显示界面优化设计

在飞机座舱视觉显示界面设计阶段,利用脑力负荷的综合评价,确定最佳设计方案.综合3种脑力负荷评价方法(主任务评价法、生理测量法、主观评价法),建立了飞机座舱视觉显示界面脑力负荷综合评价模型,对设计方案进行优化选择,并进行实验例证.在某型号歼击机视觉界面的不同设计方案中,利用这套评价模型,在降落任务下,得到了不同视觉界面的脑力负荷综合评价值,其中最佳脑力负荷值的设计方案也符合国军标中关于视觉界面的设计原则.在飞机座舱视觉界面脑力负荷的设计阶段,这套评价系统在设计阶段能够给出一个满意的评价结果,对于最终设计方案的确定很有帮助.      

预见预测多功能座舱显示器的仿真设计研究

预见预测信息的加入能使飞行员提前感知飞机的未来状况,从而对飞机做出超前控制.以飞机下滑着陆为例,研究了预见预测多功能座舱显示器的设计.把最优预见控制理论应用到飞行高度误差显示中,提出了"智能误差信号显示"概念,并介绍了三维、四维显示器界面的初步设计.最后通过人机系统模拟实验,比较了预见预测多功能显示器与普通显示器对飞行员操纵飞机着陆的不同辅助效果.     

基于认知特性的目标辨认研究

为了优化飞机人机界面的设计,结合人的认知特性对目标(文字或标识)的形状、大小、辨认反应时间等进行设定,并通过二维目标的识别实验进行分析与验证.实验结果表明对目标大小和反应时间的定量处理比较合理,目标形状对目标辨认的影响与以往的研究结果相近,在偏离中心视10°范围内,目标出现的位置和颜色对目标辨认的影响不明显.      

人机界面中目标编码设计

研究虚拟战斗机驾驶员飞行过程中涉及的监视、计算记忆、攻击和探测4项任务,通过控制目标呈现时间和间隔时间改变工作的快慢节奏来影响脑力负荷,以正确反应率和反应时间来评价和分析被试在不同脑力负荷和任务权重下对目标颜色、形状及位置的辨认情况, 为人机界面中目标编码设计提供科学依据.实验结果表明:无论脑力负荷和任务权重如何,绿色、红色、正方形、圆形和三角形可作为人机界面设计中的目标编码,蓝色则不适合;人机界面设计时,必须对人的注意力分配问题进行评价,并作为确定目标位置的依据之一;对具有颜色、形状等多维目标的辨认,当目标的持续和间隔时间分别在1s以上时正确反应率都较高.      

多因素条件下注意力分配建模

为预测飞行员注意力分配情况,在混合熵最大化模型的基础上,从信息加工的两条通路入手,应用主观期望效能理论及SEEV(Salient-Expectancy-Effort-Value)模型思想,提出了一个基于信息重要度、发生概率、突显性及努力的预测模型.为验证模型的效度,采用16名被试在不同任务权重及信息呈现方式下开展仪表监视实验,记录注视点分布作为注意力分配的评价指标.被试需要对平视显示器仿真界面中的目标信息状态进行监视,并通过按指定键对异常信息进行响应.实验结果表明:根据预测模型所计算的注意力分配理论值与被试注视点分布的实验值显著相关且吻合较好,可为飞机座舱显示界面的设计提供依据.     

面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型

针对多显示界面多飞行任务状态下的脑力负荷评价问题，设计了飞行仪表监控、飞行数字计算及飞行雷达探测3种不同类型的飞行任务，综合采用多种不同测评方法在飞行试验平台上开展脑力负荷实验测量和综合评价模型研究。实验结果表明:随着飞行任务类型的增多，NASA任务负荷指数（NASA-TLX）的主观评价分值显著增高；飞行正确探测率逐渐下降，反应时间显著延长；事件相关电位（ERP）测量技术中的P3a的峰值（在Fz电极处）逐步降低，心电（ECG）测量技术中的SDNN指标的数值逐步降低，眼电（EOG）测量技术中的眨眼次数没有显著变化。在此基础上，基于贝叶斯判别分析方法，建立了面向复杂飞行任务的脑力负荷多维综合评估模型，并将该综合评估模型与基于单一指标、双指标、三指标、四指标的模型进行了比较，结果显示:所提多维综合评估模型对于多显示界面多飞行任务中的显示界面脑力任务设计的等级分类预测准确率最高，其平均分类预测准确率为82.22%。所提多维综合评估模型为大型复杂系统中显示界面脑力任务设计提供了有效的量化方法和科学依据，有助于歼击机和运输类飞机设计人员优化显示界面脑力任务设计，并为相关型号飞机显示系统的适航审定工作提供新的验证工具。