本文關(guān)鍵詞：復(fù)雜信息任務(wù)界面的出錯(cuò)—認(rèn)知機(jī)理研究

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【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息化技術(shù)的快速發(fā)展,航空航天戰(zhàn)機(jī)、船舶駕駛操控、核電廠控制、戰(zhàn)場(chǎng)指揮等復(fù)雜信息系統(tǒng)(Complex Information System)的人機(jī)交互界面已經(jīng)從傳統(tǒng)的模式控制發(fā)展到數(shù)字化控制的視覺(jué)信息界面。數(shù)字化呈現(xiàn)的監(jiān)控任務(wù)由于信息量大,信息關(guān)系復(fù)雜,使操作者進(jìn)入復(fù)雜性認(rèn)知,可能會(huì)由于操作失誤、誤讀誤判、反饋不及時(shí)等認(rèn)知困難導(dǎo)致任務(wù)失敗,嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)故障,甚至重大事故。因此,如何系統(tǒng)地進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)中人機(jī)交互信息界面設(shè)計(jì)是當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工程設(shè)計(jì)界研究的關(guān)鍵問(wèn)題,亦是設(shè)計(jì)領(lǐng)域與工程領(lǐng)域交叉研究的空白點(diǎn)。特別是從導(dǎo)致任務(wù)失敗的源頭——出錯(cuò)因子角度,研究“出錯(cuò)與認(rèn)知”之間的相互作用機(jī)理還鮮有人深入,亟待加強(qiáng)�；谠搯�(wèn)題的重要性以及相關(guān)研究匱乏的考慮,本論文以出錯(cuò)因子(Error factors)為研究對(duì)象,提出了由出錯(cuò)-認(rèn)知(Error-cognition)導(dǎo)入的復(fù)雜信息界面設(shè)計(jì)新思路,重點(diǎn)開(kāi)展以下研究工作：(1)提出了由出錯(cuò)因子導(dǎo)入界面設(shè)計(jì)的新方式。界定了復(fù)雜信息任務(wù)界面的出錯(cuò)因子,從分析復(fù)雜監(jiān)控任務(wù)與操作員視覺(jué)行為,提取所有可能發(fā)生的出錯(cuò)因子；根據(jù)Rasmussen、Norman、Reason等的出錯(cuò)類型及HERA和CREAM的失誤辨識(shí)模型,按照信息搜索、信息認(rèn)讀、信息辨識(shí)、信息判斷選擇以及信息決策過(guò)程對(duì)出錯(cuò)因子分類與認(rèn)知表征,獲得了復(fù)雜信息界面全面的出錯(cuò)-認(rèn)知模式。為后期的界面設(shè)計(jì)提供了任務(wù)失敗的源頭。(2)構(gòu)建了復(fù)雜信息任務(wù)界面的出錯(cuò)-認(rèn)知分層模型。按照出錯(cuò)因子分類與認(rèn)知表征,建立了對(duì)應(yīng)的出錯(cuò)-認(rèn)知集；結(jié)合認(rèn)知心理學(xué)中知覺(jué)、注意、記憶、思維等相關(guān)的研究方法與實(shí)驗(yàn)范式,從每一種出錯(cuò)類型尋找對(duì)應(yīng)的認(rèn)知加工理論,逐步拓展出錯(cuò)-認(rèn)知關(guān)聯(lián)的知識(shí)脈絡(luò)。解析出錯(cuò)因子的視覺(jué)認(rèn)知機(jī)理,從而建立錯(cuò)誤感知(MP)、注意失效(AF)、知覺(jué)混淆(PC)、記憶失誤(ML)以及疏忽(AI)的認(rèn)知分層模型。(3)建立了基于視覺(jué)行為和生理反應(yīng)的出錯(cuò)因子實(shí)驗(yàn)分析方法。按照視覺(jué)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的相關(guān)技術(shù)與分析方法,根據(jù)Wickens視覺(jué)搜索模型,展開(kāi)了反應(yīng)時(shí)和眼動(dòng)跟蹤的嵌套認(rèn)知實(shí)驗(yàn),從監(jiān)控任務(wù)界面的視覺(jué)搜索實(shí)驗(yàn)到視覺(jué)局限、視覺(jué)干擾和注意轉(zhuǎn)移分散的出錯(cuò)因子實(shí)驗(yàn),行為數(shù)據(jù)和眼動(dòng)跟蹤生理數(shù)據(jù)結(jié)果均表明了出錯(cuò)-認(rèn)知集合與界面信息的相關(guān)性,在視覺(jué)搜索過(guò)程中產(chǎn)生的出錯(cuò)因子和任務(wù)-界面布局、信息間距-位置、信息特征-容量等因素有直接聯(lián)系。(4)提出了由出錯(cuò)-認(rèn)知機(jī)理到設(shè)計(jì)信息的映射方法。根據(jù)出錯(cuò)-認(rèn)知與界面信息的反應(yīng)鏈,采用矩陣描述的映射方法,分別對(duì)出錯(cuò)-認(rèn)知集合、設(shè)計(jì)信息集進(jìn)行關(guān)聯(lián)屬性分析；根據(jù)出錯(cuò)-認(rèn)知域與設(shè)計(jì)信息域存在的映射關(guān)系,展開(kāi)出錯(cuò)-認(rèn)知與設(shè)計(jì)信息間的互相關(guān)關(guān)系分析,得到設(shè)計(jì)信息間相關(guān)性的出錯(cuò)-認(rèn)知與設(shè)計(jì)信息間重要度的關(guān)系矩陣；并考慮到各種不同的約束條件,通過(guò)界面布局的目標(biāo)約束使其映射關(guān)系更具合理性。(5)基于本論文所提出的由出錯(cuò)-認(rèn)知到信息特征映射的復(fù)雜信息界面設(shè)計(jì)方法,以典型航戰(zhàn)顯示系統(tǒng)任務(wù)界面為例,按照設(shè)計(jì)優(yōu)化方法提取遺漏、誤讀/誤判、忽略等出錯(cuò)因子,根據(jù)出錯(cuò)因子-信息特征反應(yīng)鏈,確定了信息特征方位、可視范圍、間距、符號(hào)的視覺(jué)注意強(qiáng)弱等設(shè)計(jì)信息特征,并通過(guò)出錯(cuò)-認(rèn)知到信息特征的映射進(jìn)行求解,按照求解結(jié)果提出了監(jiān)控任務(wù)界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)雜信息任務(wù)界面 出錯(cuò)因子 出錯(cuò)-認(rèn)知機(jī)理 認(rèn)知分層模型 生理反應(yīng)實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 選題的背景11-13
• 1.1.1 導(dǎo)致任務(wù)失敗的源頭——出錯(cuò)因子11-12
• 1.1.2 視覺(jué)信息的認(rèn)知困難問(wèn)題12
• 1.1.3 由出錯(cuò)因子導(dǎo)入界面設(shè)計(jì)的新方式12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 人因出錯(cuò)分析方法綜述13-15
• 1.2.2 復(fù)雜人機(jī)交互界面分析方法綜述15-16
• 1.2.3 視覺(jué)認(rèn)知與生理指標(biāo)實(shí)驗(yàn)方法綜述16-17
• 1.3 研究的目的和意義17-18
• 1.3.1 研究的目的17
• 1.3.2 研究的意義17-18
• 1.4 研究的主要內(nèi)容18-19
• 1.5 論文撰寫(xiě)安排19-21
• 第二章 復(fù)雜信息系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)界面基礎(chǔ)理論概述21-29
• 2.1 引言21
• 2.2 復(fù)雜信息系統(tǒng)概述21-22
• 2.2.1 系統(tǒng)的復(fù)雜性21-22
• 2.2.2 復(fù)雜信息系統(tǒng)22
• 2.3 復(fù)雜信息系統(tǒng)的監(jiān)控任務(wù)界面22-24
• 2.3.1 復(fù)雜信息系統(tǒng)的人機(jī)交互22-23
• 2.3.2 數(shù)字化、智能化的監(jiān)控任務(wù)界面23-24
• 2.4 復(fù)雜性分析24-26
• 2.4.1 信息復(fù)雜性24-25
• 2.4.2 任務(wù)復(fù)雜性25-26
• 2.5 令人困惑的復(fù)雜26-27
• 2.6 本章小結(jié)27-29
• 第三章 復(fù)雜信息界面任務(wù)分析及出錯(cuò)因子表征29-63
• 3.1 引言29
• 3.2 人因出錯(cuò)的特性分析29-40
• 3.2.1 人因出錯(cuò)概念29-30
• 3.2.2 人因可靠性分析30
• 3.2.3 人因出錯(cuò)的分類方法30-34
• 3.2.4 人因出錯(cuò)的分析模型與技術(shù)34-39
• 3.2.5 出錯(cuò)因子的界定39-40
• 3.3 典型復(fù)雜監(jiān)控任務(wù)界面分析40-44
• 3.3.1 航戰(zhàn)顯示系統(tǒng)的監(jiān)控任務(wù)界面40-41
• 3.3.2 監(jiān)控任務(wù)的界面顯示信息41-43
• 3.3.3 監(jiān)控界面的任務(wù)分析43-44
• 3.4 監(jiān)控任務(wù)界面的信息處理過(guò)程44-49
• 3.4.1 人的信息處理過(guò)程44-45
• 3.4.2 信息的定量化45-48
• 3.4.3 中樞處理——信息的認(rèn)知加工48-49
• 3.5 操作員認(rèn)知行為分析與CREAM擴(kuò)展模型49-53
• 3.5.1 操作員的認(rèn)知行為模型49-51
• 3.5.2 CREAM擴(kuò)展的操作員認(rèn)知行為模型51-53
• 3.6 HEPA的認(rèn)知失誤辨識(shí)分析53-55
• 3.7 復(fù)雜監(jiān)控任務(wù)界面出錯(cuò)因子提取55-60
• 3.7.1 采用模擬實(shí)驗(yàn)法提取出錯(cuò)因子55-57
• 3.7.2 監(jiān)視/發(fā)覺(jué)出錯(cuò)因子提取57-58
• 3.7.3 狀態(tài)查詢出錯(cuò)因子提取58-59
• 3.7.4 響應(yīng)計(jì)劃出錯(cuò)因子提取59-60
• 3.7.5 響應(yīng)執(zhí)行出錯(cuò)因子提取60
• 3.8 復(fù)雜監(jiān)控任務(wù)界面出錯(cuò)因子的認(rèn)知表征60-62
• 3.9 本章小結(jié)62-63
• 第四章 出錯(cuò)因子的認(rèn)知分層模型構(gòu)建63-89
• 4.1 引言63
• 4.2 視覺(jué)認(rèn)知63-68
• 4.2.1 視覺(jué)感知63-64
• 4.2.2 選擇性注意64-66
• 4.2.3 信息存儲(chǔ)與提取——記憶加工66-67
• 4.2.4 信息處理——思維過(guò)程67-68
• 4.3 基于認(rèn)知表征分類的出錯(cuò)-認(rèn)知集68-75
• 4.3.1 出錯(cuò)因子的認(rèn)知表征分類68-70
• 4.3.2 出錯(cuò)因子到認(rèn)知的映射70-71
• 4.3.3 建立出錯(cuò)-認(rèn)知集71-75
• 4.4 出錯(cuò)-認(rèn)知分層模型構(gòu)建75-88
• 4.4.1 出錯(cuò)-認(rèn)知分層模式75
• 4.4.2 錯(cuò)誤感知的認(rèn)知分層模型75-78
• 4.4.3 注意失效的認(rèn)知分層模型78-80
• 4.4.4 知覺(jué)混淆的認(rèn)知分層模型80-83
• 4.4.5 記憶失誤的認(rèn)知分層模型83-86
• 4.4.6 疏忽的認(rèn)知分層模型86-88
• 4.5 本章小結(jié)88-89
• 第五章 基于視覺(jué)行為和生理反應(yīng)的出錯(cuò)因子實(shí)驗(yàn)分析方法89-137
• 5.1 引言89
• 5.2 視覺(jué)反應(yīng)機(jī)理89-93
• 5.2.1 視覺(jué)的行為與生理特性89-91
• 5.2.2 凝視與掃視91-93
• 5.3 視覺(jué)搜索模型93-95
• 5.4 出錯(cuò)因子的實(shí)驗(yàn)分析方法95-98
• 5.4.1 出錯(cuò)因子——實(shí)驗(yàn)變量的設(shè)定方法95-96
• 5.4.2 視覺(jué)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)的總體設(shè)計(jì)96-98
• 5.5 視覺(jué)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)相關(guān)技術(shù)與分析方法98-102
• 5.5.1 E-Prime視覺(jué)行為實(shí)驗(yàn)生成系統(tǒng)98-99
• 5.5.2 眼動(dòng)跟蹤技術(shù)99
• 5.5.3 實(shí)驗(yàn)相關(guān)的眼動(dòng)參數(shù)與設(shè)備99-101
• 5.5.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法101
• 5.5.5 實(shí)驗(yàn)的分析方法101-102
• 5.6 實(shí)驗(yàn)一：監(jiān)控任務(wù)界面中信息特征的視覺(jué)搜索研究102-115
• 5.6.1 研究思路102-103
• 5.6.2 實(shí)驗(yàn)材料103-104
• 5.6.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與程序104-105
• 5.6.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析105-111
• 5.6.5 討論一：認(rèn)知信息處理與任務(wù)的關(guān)系111-112
• 5.6.6 討論二：信息搜索與監(jiān)控區(qū)域的關(guān)系112-113
• 5.6.7 討論三：信息特征的集簇關(guān)系113-114
• 5.6.8 結(jié)論與下一步研究114-115
• 5.7 實(shí)驗(yàn)二：視覺(jué)局限引起的信息疏漏、誤讀/誤判研究(一)115-121
• 5.7.1 出錯(cuò)因子提取115
• 5.7.2 選擇實(shí)驗(yàn)范式115
• 5.7.3 研究思路115-116
• 5.7.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與程序116-117
• 5.7.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析117-120
• 5.7.6 討論與結(jié)論120-121
• 5.8 實(shí)驗(yàn)三：視覺(jué)局限引起的信息疏漏、誤讀/誤判研究(二)121-126
• 5.8.1 出錯(cuò)因子提取121
• 5.8.2 選擇實(shí)驗(yàn)范式121
• 5.8.3 研究思路121
• 5.8.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與程序121
• 5.8.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析121-125
• 5.8.6 討論與結(jié)論125-126
• 5.9 實(shí)驗(yàn)四：視覺(jué)干擾和注意轉(zhuǎn)移分散引起的信息忽略、錯(cuò)過(guò)研究126-133
• 5.9.1 出錯(cuò)因子提取126
• 5.9.2 選擇實(shí)驗(yàn)范式126
• 5.9.3 研究思路126-127
• 5.9.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與程序127
• 5.9.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析127-131
• 5.9.6 討論與結(jié)論131-133
• 5.10 視覺(jué)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)綜合討論133-135
• 5.11 本章小結(jié)135-137
• 第六章 由出錯(cuò)-認(rèn)知到設(shè)計(jì)信息的映射關(guān)系研究137-157
• 6.1 引言137
• 6.2 監(jiān)控任務(wù)界面的設(shè)計(jì)信息表征137-149
• 6.2.1 監(jiān)控任務(wù)界面的設(shè)計(jì)因素——信息特征137-139
• 6.2.2 信息呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)信息表征139-146
• 6.2.3 界面布局的設(shè)計(jì)信息表征146-149
• 6.3 由出錯(cuò)-認(rèn)知機(jī)理到設(shè)計(jì)信息的映射關(guān)系149-150
• 6.3.1 出錯(cuò)-認(rèn)知機(jī)理與設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性149
• 6.3.2 由出錯(cuò)-認(rèn)知到設(shè)計(jì)的映射149-150
• 6.4 出錯(cuò)-認(rèn)知域與設(shè)計(jì)信息域的相關(guān)性150-155
• 6.4.1 出錯(cuò)-認(rèn)知的關(guān)聯(lián)屬性分析150-152
• 6.4.2 設(shè)計(jì)信息特征的關(guān)聯(lián)屬性分析152-153
• 6.4.3 出錯(cuò)-認(rèn)知到設(shè)計(jì)信息的映射153-154
• 6.4.4 界面布局的目標(biāo)約束154-155
• 6.5 本章小結(jié)155-157
• 第七章 基于出錯(cuò)-認(rèn)知機(jī)理的復(fù)雜信息任務(wù)界面設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用157-173
• 7.1 引言157
• 7.2 由出錯(cuò)-認(rèn)知到信息特征映射的設(shè)計(jì)方法157-159
• 7.3 典型航電顯示系統(tǒng)任務(wù)界面設(shè)計(jì)案例159-172
• 7.3.1 典型航電顯示界面的出錯(cuò)因子提取159-161
• 7.3.2 典型航電顯示界面的出錯(cuò)因子-信息特征鏈161-162
• 7.3.3 出錯(cuò)-認(rèn)知到設(shè)計(jì)信息的映射162-168
• 7.3.4 典型航戰(zhàn)顯示界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程168-172
• 7.4 本章小結(jié)172-173
• 結(jié)論與展望173-177
• 致謝177-179
• 攻讀博士學(xué)位期間完成的科研項(xiàng)目和論文179-181
• 附錄181-188
• 附錄A 實(shí)驗(yàn)一：信息特征的視覺(jué)搜索實(shí)驗(yàn)任務(wù)及眼動(dòng)數(shù)據(jù)181-185
• 附錄B 實(shí)驗(yàn)二：信息疏漏、誤讀/誤判實(shí)驗(yàn)行為數(shù)據(jù)185-186
• 附錄C 實(shí)驗(yàn)三：信息疏漏、誤讀/誤判實(shí)驗(yàn)眼動(dòng)數(shù)據(jù)186-187
• 附錄D 實(shí)驗(yàn)四：信息忽略、錯(cuò)過(guò)實(shí)驗(yàn)行為數(shù)據(jù)187-188
• 參考文獻(xiàn)188-195

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本文編號(hào)：596449