基于注意力的终端区操作显示器设计

基于注意力的终端区操作显示器设计

Christopher D.Wickens

我们所做研究的合同号是＃NASA NAG2-1120，名称是基于注意力的终端区操作显示器设计，内容涉及与飞行员信息处理相关的许多主题。在最大整体层面上，我们发展了飞行员注意理论和原则，3D航空器导航对于飞越危险空域的这些成果可以为显示器的设计和布局提供帮助，同时还可以帮助设计者利用适当的自动化工具来支持导航功能。

一种详细分析这项工作的方法是：拿试验研究（其数据有一部分促成了理论评述）与已经产生的理论评述文章进行对比。在理论评述和实践研究之间，有一小部分文章明确地集中于飞行员信息处理的定量模型。第2种分析这项工作的方法是设计注意从支持飞行员信息处理活动的类别入手，涉及飞行员的任务类别（比如，控制/指引VS危险意识，VS导航计划）和各种技术类别（比如，平视显示、数据链显示和驾驶舱交通信息显示）。部分或全部得到NASA支持的研究案例阐述了各种不同的观点。在本文中我们对这些研究案例进行了综述，同时突出了关键结论。

评述原文

资助支持的与该议题相关的文献综述有：（1）显示参照系及其对飞行员操作和意识的影响（Wickens，1999a，2000a，2000b，2002a）；（2）平视显示（Wickens，Ververs，＆Fadden，已付印）；（3）显示杂乱和数据库叠加问题（Wickens，2000a）；（4）多重任务表现（Wickens，2000b）；（5）自动化（Wickens，2000c）；（6）情景意识问题及其与注意力和工作负荷的关系（Wickens，1999b，2000d，2002c）；（7）航空显示器和驾驶员信息处理的综合评述（Wickens，1999c，1999d，2002d）。

试验研究

试验研究，从一系列逼真度高低不等的飞行模拟试验范例收集通用航空飞行员的数据，可以分为如下5个主题。

（1）平视显示器信息处理特性（代价和益处）（Fadden，Wickens，＆Ververs，2000；Fadden，Ververs，＆Wickens，2001）。将目视气象条件下一系列地面和空中任务（包括预料到和未预料到的交通探测）加入，最近的研究首次对平视显示构型中路径显示的后果进行了全面评估。关于何时平视显示路径比俯视路径价值更大（地面操作）或者价值更小（空中操作）的这类发现，有重要的实际应用意义。

（2）路径显示（Doherty ＆Wickens，2001；Wickens，2002d；Boeckman ＆Wickens，2001）。这些研究调查了路径显示对飞行员表现的影响（独立于显示位置），并为综合视景系统（SVS）显示路径概念以后的研究提供了一个基础。这些研究进一步验证了路径显示提供的巨大效益以及这些效益的来源（Doherty ＆Wickens，2001）。

（3）在自由飞行中交通意识的战术显示（Wickens，Gempler，＆Morphew，2000；Wickens，Helleberg，＆Xu，已付印；Alexander ＆Wickens，2001，2002；Wickens，Goh，Helleberg，＆Talleur，2002），以及常规飞行计划中交通、天气和地形表示（Podczerwinski，Wickens，＆Alexander，2002；Muthard ＆Wickens，2001，2002）。这些研究调查了这类显示的最优格式，该格式如何影响飞行员的机动飞行选择，以及在这些选择中表现出的认知过程和决策偏向。这些研究产生了一些非常可靠的数据，涉及CDTI交通描述和飞行员空中定位交通（例如形象的说法“眼中的交通”）实际能力之间的关系。

（4）数据库叠加（Kroft ＆Wickens，2001；Podczerwinski et al.，2002）和平视显示叠加（Fadden，Ververs，＆Wickens，2001）产生的地图构型和显示杂乱的注意问题。这些研究提供的数据不仅涉及有利的一面，还涉及同一地形区域多重数据库叠加（例如交通、气象等）的局限，同时对自动化“去杂乱”工具的危险给出了若干特别的告诫。

（5）信息显示模态（Helleberg ＆Wickens，已付印；Wickens，Goh，Helleberg，＆Talleur，2002；Wickens，Dixon，＆Seppelt，2002）。这些研究讨论在什么时候声音合成的信息语音显示会比信息转换成更传统的视觉显示更佳。这项工作明确地展示了一些语音显示的边界条件：语音显示有时候会利用与视觉显示相分离的资源，如果语音显示包括了多条信息或者信息不期而至，这是优势，这样就可以让更高优先级任务预先得到处理。

自动化和视觉注意

受任务和显示技术的联合影响，上面描述的试验研究范围叠加产生另外两个问题，涉及自动化和视觉扫描。从这项研究（以及从其他相关研究）产生的主题是：自动化对人的表现的许多影响，比如“满足”、过度信任和疑惑等现象，都可归因于自动化影响视觉注意分配的方式。

（1）在以上我们所描述的许多试验研究中，我们调查了不同水平和种类的自动化对飞行员表现和自动化依赖的影响，特别是当自动化不完善时。（Wickens，Gempler，＆Morphew，2000；Wickens，Helleberg，＆Xu，已付印；Wickens，Helleberg，Goh，Xu，＆Horrey，2001；Wickens，2000e；Wickens，Goh，Helleberg，＆Talleur，2002；Muthard＆Wickens，2001，2002）。根据这项研究，得到了一个重要概念——系统依赖水平和飞行员注意力分配之间的“校准”。

（2）在几个这样的研究中，我们还测量了在驾驶舱环境下信息通道之间的视觉扫描。（Helleberg ＆Wickens，已付印；Wickens，Helleberg，＆Xu，已付印；Wickens，Goh，Helleberg，＆Talleur，2002；Wickens，Xu，Helleberg，＆Marsh，2001；Wickens，Helleberg，Goh，Xu，＆Horrey，2001）。设计这类试验的部分目的是用来了解新驾驶舱技术对视觉注意分配到外界的潜在影响。另外一部分是为了更好地了解自动化是如何以一种自动化失效时（亦即：不完善）可自动调节行为的方式来驱动视觉注意力分配。对于理解不完善的CDTI交通数据库对驾驶员交通意识的影响后者尤其相关。

注意力建模

我们使用从试验研究中获得的数据来发展和验证两种注意力模型。我们认为将这两种注意力模型用在大型复杂环境下是相对独特的。首先，我们开发出了一种叫做SEEV的模型。其组成要素（突出、努力、期望和价值）可以促使飞行员分配注意力到飞行相关的信息通道（Wickens，Helleberg，Goh，Xu，＆Horrey，2001）。这个模型的独特之处在于将视觉注意力与驾驶舱任务管理相联系。也就是，以给各种视觉信息源分配注意力的方式支持不同优先级别的驾驶舱任务。其次，我们正致力于发展基于多重资源的多重任务表现模型（Wickens，2002b；Wickens，Goh，Helleberg，＆Talleur，2002；Wickens，Dixon，＆Seppelt，2002）。最终目标是将这些模型与SEEV模型连接为一个综合的驾驶员注意力模型。

参考文献

Fleiss，J.（1981）.Statistical Methods for Rates and Proportions.New York：Wiley and Sons.

Ford，C.，Jack，T.，Crisp，V.，Sandusky，R.（1999）.Aviation accident causal analysis.Advances in Aviation Safety Conference Proceedings，（P-343）.Warrendale，PA：Society of Automotive Engineers Inc.

Geller，E.（2000）.Behavioral safety analysis：A necessary precursor to corrective action.Professional Safety，29-32.

National Transportation Safety Board.Aviation accident statistics（2000）.［On-line］.Available：www.ntsb.gov/aviation/Stats.htm.

O'Hare，D.，Wiggins，M.，Batt，R.，Morrison，D.（1994）.Cognitive failure analysis for aircraft accident investigation.Ergonomics，37，1855-1869.

Reason，J.（1990）.Human error.New York：Cambridge University Press.

Shappell，S.，Wiegmann，D.（1996）.U.S.Naval Aviation mishaps 1977-1992：Differences between single-and dual-piloted aircraft.Aviation，Space and Environmental Medicine，67，65-69.

Shappell，S.，Wiegmann，D.（1997）.A reliability analysis of the Taxonomy of Unsafe Operations.Aviation，Space and Environmental Medicine，68，620.

Shappell，S.and Wiegmann，D.（2001）.Applying Reason：The human factors analysis and classification system.Human Factors and Aerospace Safety，1，59-86.

Shappell，S.，Wiegmann，D.，Fraser，J.，Gregory，G.，Kinsey，P.，Squier，H.（1999）.Beyond mishap rates：A human factors analysis of U.S.Navy/Marine Corps TACAIR and rotary wing mishaps using HFACS.Aviation，Space and Environmental Medicine，70，416-417.

Wiegmann，D.，Shappell，S.（1997）.Human factors analysis of post-accident data：Applying theoretical taxonomies of human error.International Journal of Aviation Psychology，7，67-81.

Wiegmann，D.，Shappell，S.（1999）.Human error and crew resource management failures inNaval aviation mishaps：A review of U.S.Naval Safety Center data，1990-96.Aviation，Space and Environmental Medicine，70，1147-1151.

Wiegmann，D.，Shappell，S.，Cristina，F.，Pape，A.（2000）.A human factors analysis of aviation accident data：An empirical evaluation of the HFACS framework.Aviation，Space and Environmental Medicine，71，328.

Yacavone，D.（1993）.Mishap trends and cause factors inNaval aviation：A review of Naval Safety Center data，1986-90.Aviation，Space and Environmental Medicine，64，392-5.