基于駕駛艙視覺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視覺告警信息，利用實驗心理學(xué)軟件E-Prime編制實驗程序，對不同的實驗條件和刺激組合進(jìn)行反應(yīng)實驗，記錄不同組合兩類刺激的反應(yīng)時和正確率，基于分配模型對兩類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驗條件的變化，目標(biāo)刺激的失誤率增加，平均反應(yīng)時也相應(yīng)增加，并且兩類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)計必須要突出重點，抑制甚至忽略非重要告警信息，以確保緊急時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，當(dāng)前航空事故的致因中，人因事故超過了70%[1]，而這些事故帶來的后果一般是災(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，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，有助于提出有針對性的設(shè)計防范措施，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題，對保障飛行安全有著極其重要的作用。

目前對人因失誤的分析主要從人因失誤機(jī)理、分類、產(chǎn)生原因以及產(chǎn)生失誤的特點等方面進(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，沒有具體的針對由一個因素對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)行分析和實驗研究。

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感官（視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺）從周圍世界獲取信息，并根據(jù)這些信息來指導(dǎo)自己的行動。其中視覺感官最為重要，因為大約80%的信息是用視覺獲得，并且視覺思維的本質(zhì)是注意力分配的過程[2]，因此，視覺信息獲取過程中，注意力分配規(guī)律和分配模型的研究是掌握視覺信息獲取機(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n個信息y=（y1，y2，...yn）（n？芏2）時，根據(jù)每個信息的注意密度不同引入了模糊變量？字來反應(yīng)每個信息對象的重要度[3][6]。

在實際應(yīng)用中，由于各個刺激呈現(xiàn)的方式不同，對各個刺激的檢測率的表達(dá)方式也不同。

文章的實驗為對兩類刺激（目標(biāo)刺激和分心刺激）的按鍵反應(yīng)，通過可測量數(shù)據(jù)及實際情況的分析，文章將平均反應(yīng)時作為對刺激的檢測率，并且將對刺激的正確反應(yīng)次數(shù)也同時考慮進(jìn)去，提出如下的注意分配量的改進(jìn)公式：

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

2 實驗

2.1 實驗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，無色弱色盲，沒有參加過類似的實驗。

2.1.2 實驗設(shè)計

本實驗為單變量實驗，變量為刺激的類型，每個變量水平要求被試實驗120次。實驗時，屏幕上會出現(xiàn)飛機(jī)不同系統(tǒng)的告警燈，被試需根據(jù)出現(xiàn)不同的告警燈點擊不同的按鍵，若反應(yīng)錯誤或沒有反應(yīng)，計算機(jī)會給警告音，記錄被試的反應(yīng)時和正確率。要求被試在對實驗達(dá)到熟練的程度之后再進(jìn)行正式實驗。

2.1.3 實驗結(jié)果

根據(jù)實驗1得出目標(biāo)刺激的平均反應(yīng)時為555.96ms和正確率96.12%。

2.2 實驗2

2.2.1 被試

同實驗1。

2.2.2 實驗設(shè)計

本實驗為單變量實驗，變量為刺激類型，將刺激分為兩類：目標(biāo)刺激和分心刺激，每個變量水平要求被試實驗120次。實驗時，屏幕上同時出現(xiàn)目標(biāo)刺激和分心刺激，被試只需要對目標(biāo)刺激的不同系統(tǒng)的告警燈點擊不同的按鍵，若反應(yīng)錯誤或沒有反應(yīng)，計算機(jī)會給警告音，記錄被試的反應(yīng)時和正確率。要求被試在對實驗達(dá)到熟練的程度之后再進(jìn)行正式實驗。

2.2.3 實驗結(jié)果

根據(jù)實驗2得出目標(biāo)刺激的平均反應(yīng)時為561.49ms和正確率為93.75%。

2.3 實驗3

2.3.1 被試

同實驗1和實驗2。

2.3.2 實驗設(shè)計

本實驗設(shè)計同實驗2，只是被試需要對目標(biāo)刺激和分心刺激的不同系統(tǒng)的告警燈點擊不同的按鍵，兩類告警信息的重要度？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 實驗結(jié)果

實驗3得出目標(biāo)刺激和分心刺激的平均反應(yīng)時和正確率，以及兩類刺激的反應(yīng)正確次數(shù)。

3 數(shù)據(jù)處理

三個實驗中由于分心刺激的介入以及實驗條件的增加，被試對目標(biāo)刺激的反應(yīng)失誤率如圖1所示。

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

三個實驗中隨著分心刺激的介入以及實驗條件的增加，目標(biāo)刺激的平均反應(yīng)時如圖2所示。

圖2將三個實驗進(jìn)行對比分析，實驗2與實驗1相比平均反應(yīng)時增加，說明分心刺激的出現(xiàn)分散了被試的注意力，實驗3和實驗2對比，平均反應(yīng)時顯著延長，說明在目標(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，可得出實驗3中的理論注意分配值和實際的注意分配值，如圖3所示，在目標(biāo)刺激和分心刺激之間存在注意分配，而且實驗3對實驗2的結(jié)論進(jìn)行了驗證，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，并且具有工程實用價值。endprint

4 結(jié)束語

通過文章的三個實驗研究，獲得了分心刺激對目標(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)刺激時的失誤率。因此飛機(jī)告警信息的設(shè)計必須要突出重點，抑制甚至忽略非重要告警信息，以確保緊急時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。對于無法回避的分心刺激，通過本文的理論模型和實驗方法，將給出量化的設(shè)計指導(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試驗設(shè)計技術(shù)[M].廣州：暨南大學(xué)出版社，2010.endprint

4 結(jié)束語

通過文章的三個實驗研究，獲得了分心刺激對目標(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)刺激時的失誤率。因此飛機(jī)告警信息的設(shè)計必須要突出重點，抑制甚至忽略非重要告警信息，以確保緊急時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。對于無法回避的分心刺激，通過本文的理論模型和實驗方法，將給出量化的設(shè)計指導(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.

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[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試驗設(shè)計技術(shù)[M].廣州：暨南大學(xué)出版社，2010.endprint

4 結(jié)束語

通過文章的三個實驗研究，獲得了分心刺激對目標(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)刺激時的失誤率。因此飛機(jī)告警信息的設(shè)計必須要突出重點，抑制甚至忽略非重要告警信息，以確保緊急時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。對于無法回避的分心刺激，通過本文的理論模型和實驗方法，將給出量化的設(shè)計指導(dǎo)，以最大限度的降低人因失誤，提高飛行安全。

參考文獻(xiàn)

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