基于駕駛艙視覺(jué)告警信息的人因失誤研究

陳悅菲等

摘 要：采用目標(biāo)刺激和分心刺激兩類(lèi)視覺(jué)告警信息，利用實(shí)驗(yàn)心理學(xué)軟件E-Prime編制實(shí)驗(yàn)程序，對(duì)不同的實(shí)驗(yàn)條件和刺激組合進(jìn)行反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，記錄不同組合兩類(lèi)刺激的反應(yīng)時(shí)和正確率，基于分配模型對(duì)兩類(lèi)刺激之間的注意分配比例進(jìn)行分析，結(jié)果表明隨著分心刺激的介入以及實(shí)驗(yàn)條件的變化，目標(biāo)刺激的失誤率增加，平均反應(yīng)時(shí)也相應(yīng)增加，并且兩類(lèi)刺激間的注意分配存在明顯的關(guān)聯(lián)性，據(jù)此，飛機(jī)告警信息的設(shè)計(jì)必須要突出重點(diǎn)，抑制甚至忽略非重要告警信息，以確保緊急時(shí)刻飛行員獲取最重要的告警信息并做出正確判斷，從而提高飛行安全性。

關(guān)鍵詞：目標(biāo)刺激；分心刺激；注意分配比例；失誤率

前言

安全飛行是民航發(fā)展的基礎(chǔ)，是民航工程最重要的主題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前航空事故的致因中，人因事故超過(guò)了70%[1]，而這些事故帶來(lái)的后果一般是災(zāi)難性的。在這些事故及事故征候中飛行員的人因失誤占據(jù)了很大的一部分，在這些失誤發(fā)生的背后都有特殊的內(nèi)在心理活動(dòng)，有著導(dǎo)致其失誤的相應(yīng)的人為因素。飛行員作為特殊行業(yè)中的群體，加強(qiáng)其在不安全飛行中的人為因素研究，有助于提出有針對(duì)性的設(shè)計(jì)防范措施，最大程度的降低人因失誤，提高其可靠性，已成為當(dāng)今民航保障安全需解決的重要問(wèn)題，對(duì)保障飛行安全有著極其重要的作用。

目前對(duì)人因失誤的分析主要從人因失誤機(jī)理、分類(lèi)、產(chǎn)生原因以及產(chǎn)生失誤的特點(diǎn)等方面進(jìn)行了建模與分析，這些都是從比較寬泛的方面進(jìn)行分析的，沒(méi)有具體的針對(duì)由一個(gè)因素對(duì)人因失誤的影響程度進(jìn)行詳細(xì)分析的研究。文章從認(rèn)知差錯(cuò)中的注意分配不當(dāng)造成的人因失誤的機(jī)理進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)研究。

在任何一種人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)中，作為工作主體的人總是通過(guò)感官（視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)）從周?chē)澜绔@取信息，并根據(jù)這些信息來(lái)指導(dǎo)自己的行動(dòng)。其中視覺(jué)感官最為重要，因?yàn)榇蠹s80%的信息是用視覺(jué)獲得，并且視覺(jué)思維的本質(zhì)是注意力分配的過(guò)程[2]，因此，視覺(jué)信息獲取過(guò)程中，注意力分配規(guī)律和分配模型的研究是掌握視覺(jué)信息獲取機(jī)理的重要手段。

1 注意分配模型

Kleinman[4]在最佳控制理論中提出了注意分配的定義，人在知覺(jué)n個(gè)信息y=（y1，y2，...yn）（n？芏2）時(shí)，根據(jù)每個(gè)信息的注意密度不同引入了模糊變量？字來(lái)反應(yīng)每個(gè)信息對(duì)象的重要度[3][6]。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于各個(gè)刺激呈現(xiàn)的方式不同，對(duì)各個(gè)刺激的檢測(cè)率的表達(dá)方式也不同。

文章的實(shí)驗(yàn)為對(duì)兩類(lèi)刺激（目標(biāo)刺激和分心刺激）的按鍵反應(yīng)，通過(guò)可測(cè)量數(shù)據(jù)及實(shí)際情況的分析，文章將平均反應(yīng)時(shí)作為對(duì)刺激的檢測(cè)率，并且將對(duì)刺激的正確反應(yīng)次數(shù)也同時(shí)考慮進(jìn)去，提出如下的注意分配量的改進(jìn)公式：

ki表示對(duì)其中對(duì)某一個(gè)刺激反應(yīng)的正確次數(shù)；ti表示此刺激的平均反應(yīng)時(shí)。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)1

2.1.1 被試

本科生12名，男10人，女2人。視力（或矯正視力）正常，無(wú)色弱色盲，沒(méi)有參加過(guò)類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)為單變量實(shí)驗(yàn)，變量為刺激的類(lèi)型，每個(gè)變量水平要求被試實(shí)驗(yàn)120次。實(shí)驗(yàn)時(shí)，屏幕上會(huì)出現(xiàn)飛機(jī)不同系統(tǒng)的告警燈，被試需根據(jù)出現(xiàn)不同的告警燈點(diǎn)擊不同的按鍵，若反應(yīng)錯(cuò)誤或沒(méi)有反應(yīng)，計(jì)算機(jī)會(huì)給警告音，記錄被試的反應(yīng)時(shí)和正確率。要求被試在對(duì)實(shí)驗(yàn)達(dá)到熟練的程度之后再進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)1得出目標(biāo)刺激的平均反應(yīng)時(shí)為555.96ms和正確率96.12%。

2.2 實(shí)驗(yàn)2

2.2.1 被試

同實(shí)驗(yàn)1。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)為單變量實(shí)驗(yàn)，變量為刺激類(lèi)型，將刺激分為兩類(lèi)：目標(biāo)刺激和分心刺激，每個(gè)變量水平要求被試實(shí)驗(yàn)120次。實(shí)驗(yàn)時(shí)，屏幕上同時(shí)出現(xiàn)目標(biāo)刺激和分心刺激，被試只需要對(duì)目標(biāo)刺激的不同系統(tǒng)的告警燈點(diǎn)擊不同的按鍵，若反應(yīng)錯(cuò)誤或沒(méi)有反應(yīng)，計(jì)算機(jī)會(huì)給警告音，記錄被試的反應(yīng)時(shí)和正確率。要求被試在對(duì)實(shí)驗(yàn)達(dá)到熟練的程度之后再進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)2得出目標(biāo)刺激的平均反應(yīng)時(shí)為561.49ms和正確率為93.75%。

2.3 實(shí)驗(yàn)3

2.3.1 被試

同實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)同實(shí)驗(yàn)2，只是被試需要對(duì)目標(biāo)刺激和分心刺激的不同系統(tǒng)的告警燈點(diǎn)擊不同的按鍵，兩類(lèi)告警信息的重要度？字分別為：目標(biāo)刺激（？字1）為0.8，分心刺激為（？字2）0.2。

2.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)3得出目標(biāo)刺激和分心刺激的平均反應(yīng)時(shí)和正確率，以及兩類(lèi)刺激的反應(yīng)正確次數(shù)。

3 數(shù)據(jù)處理

三個(gè)實(shí)驗(yàn)中由于分心刺激的介入以及實(shí)驗(yàn)條件的增加，被試對(duì)目標(biāo)刺激的反應(yīng)失誤率如圖1所示。

如圖1所示，對(duì)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2進(jìn)行對(duì)比分析，目標(biāo)刺激的反應(yīng)失誤率顯著增加，說(shuō)明分心刺激對(duì)目標(biāo)刺激存在干擾；實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)2對(duì)比，對(duì)目標(biāo)刺激的反應(yīng)失誤率差別較小，主要是由于在對(duì)實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2操作的過(guò)程中，被試已經(jīng)對(duì)目標(biāo)刺激達(dá)到了很熟練的程度，所以失誤率差別相對(duì)比較小。

三個(gè)實(shí)驗(yàn)中隨著分心刺激的介入以及實(shí)驗(yàn)條件的增加，目標(biāo)刺激的平均反應(yīng)時(shí)如圖2所示。

圖2將三個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)2與實(shí)驗(yàn)1相比平均反應(yīng)時(shí)增加，說(shuō)明分心刺激的出現(xiàn)分散了被試的注意力，實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)2對(duì)比，平均反應(yīng)時(shí)顯著延長(zhǎng)，說(shuō)明在目標(biāo)刺激和分心刺激之間存在注意分配。

根據(jù)文章提出的注意分配模型，可得出實(shí)驗(yàn)3中的理論注意分配值和實(shí)際的注意分配值，如圖3所示，在目標(biāo)刺激和分心刺激之間存在注意分配，而且實(shí)驗(yàn)3對(duì)實(shí)驗(yàn)2的結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證，并且得出了目標(biāo)刺激和分心刺激之間的注意分配比例，所得出的實(shí)際注意分配比例與文章提出的理論注意比例分配相吻合。表明文章提出的注意分配模型是正確的，并且具有工程實(shí)用價(jià)值。endprint

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)文章的三個(gè)實(shí)驗(yàn)研究，獲得了分心刺激對(duì)目標(biāo)刺激存在干擾，并且在目標(biāo)刺激和分心刺激之間存在注意分配，分心刺激的介入增加了被試在處理目標(biāo)刺激時(shí)的失誤率。因此飛機(jī)告警信息的設(shè)計(jì)必須要突出重點(diǎn)，抑制甚至忽略非重要告警信息，以確保緊急時(shí)刻飛行員獲取最重要的告警信息并做出正確判斷，從而提高飛行安全性。對(duì)于無(wú)法回避的分心刺激，通過(guò)本文的理論模型和實(shí)驗(yàn)方法，將給出量化的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，以最大限度的降低人因失誤，提高飛行安全。

參考文獻(xiàn)

[1]Huan-Jyh Shyur.A quantitative model for aviation safety risk assessment[J]. Computers & Industrial Engineering，2008：34-44.

[2]Colin Ware.Visual Thinking for Design[M].CHINA MACHINE PRESS，2009.9.

[3]Wanyan Xiaoru， Zhuang Damin，Wei Hengyang.Pilot Attention Allocation Model In Complicated Human-machine Interface[C].2009 International Conference on Biomedical Engineering and Informatic，2009.

[4]David.L.Kleinman，"Solving the optimal attention allocation problem in manual control，"[M].IEEE Transactions on Automatic Control，vol.AC-21，pp.813-822， December 1976.

[5]Shen Shiyi and Wu Zhonghua， The foundation and Application of Information Theory[C]. 1st ed.Beijing：Higher Education Press，2004.

[6]Wanyan Xiaoru，Hengyang Wei， Damin Zhuang. Study on Pilot Attention Allocation Model Based on Fuzzy Theory[C].2010 Sixth International Conference on Natural Computation，2010.

[7]曾炎祥，陳軍.E-Prime試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].廣州：暨南大學(xué)出版社，2010.endprint

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)文章的三個(gè)實(shí)驗(yàn)研究，獲得了分心刺激對(duì)目標(biāo)刺激存在干擾，并且在目標(biāo)刺激和分心刺激之間存在注意分配，分心刺激的介入增加了被試在處理目標(biāo)刺激時(shí)的失誤率。因此飛機(jī)告警信息的設(shè)計(jì)必須要突出重點(diǎn)，抑制甚至忽略非重要告警信息，以確保緊急時(shí)刻飛行員獲取最重要的告警信息并做出正確判斷，從而提高飛行安全性。對(duì)于無(wú)法回避的分心刺激，通過(guò)本文的理論模型和實(shí)驗(yàn)方法，將給出量化的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，以最大限度的降低人因失誤，提高飛行安全。

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[6]Wanyan Xiaoru，Hengyang Wei， Damin Zhuang. Study on Pilot Attention Allocation Model Based on Fuzzy Theory[C].2010 Sixth International Conference on Natural Computation，2010.

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4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)文章的三個(gè)實(shí)驗(yàn)研究，獲得了分心刺激對(duì)目標(biāo)刺激存在干擾，并且在目標(biāo)刺激和分心刺激之間存在注意分配，分心刺激的介入增加了被試在處理目標(biāo)刺激時(shí)的失誤率。因此飛機(jī)告警信息的設(shè)計(jì)必須要突出重點(diǎn)，抑制甚至忽略非重要告警信息，以確保緊急時(shí)刻飛行員獲取最重要的告警信息并做出正確判斷，從而提高飛行安全性。對(duì)于無(wú)法回避的分心刺激，通過(guò)本文的理論模型和實(shí)驗(yàn)方法，將給出量化的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，以最大限度的降低人因失誤，提高飛行安全。

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[6]Wanyan Xiaoru，Hengyang Wei， Damin Zhuang. Study on Pilot Attention Allocation Model Based on Fuzzy Theory[C].2010 Sixth International Conference on Natural Computation，2010.

[7]曾炎祥，陳軍.E-Prime試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].廣州：暨南大學(xué)出版社，2010.endprint