负荷条件下注意-情境意识模型及其在界面评价中的应用研究

Taking the human-machine interface design of the developing new generation aircraft cockpit as the application background, this project is found around the key issues of qualitative analysis and quantitative prediction modeling of pilot situation awareness, comprehensive evaluation method of situational awareness and situation awareness model’s ergonomics application in the interface evaluation. The research characteristics and innovation points of this subject focuses on three aspects. In the perspective of pilot situation awareness modeling, considering the mutual influence and restriction mechanism, a new qualitative and its corresponding quantitative prediction models covering three levels of situation awareness are proposed according to hierarchical analysis of cognitive mechanism and forming process of situation awareness. In the perspective of measurement and comprehensive evaluation of situational awareness, based on the display interface simulation model and ergonomic evaluation experimental platform system with different evaluation functions, situation awareness evaluation system combined with multi methods and indices is constructed, as well as the comprehensive discrimination and evaluation model of pilot situation awareness is built. In the respect of ergonomics application of situation awareness, the ‘ergonomics evaluation prototype system for aircraft cockpit display interface’ is designed and developed, so that the situation awareness level supported by display interface under a certain task load condition can be evaluated from two dimensions of forecast and real-time/post assessment. The research results can offer theoretical basis and technical analysis method for the ergonomic assessment and optimization design of human-machine interface of aircraft cockpit as well as enhance aviation safety.

以新一代飞机驾驶舱人机界面设计为应用背景，围绕飞行员情境意识定性分析与定量预测模型、情境意识综合测评方法及情境意识模型在界面评价中的应用问题开展研究。在情境意识理论建模方面，通过综合考虑情境意识、注意资源分配与脑力负荷之间的相互影响和制约机制，分层次解析情境意识的认知机理和形成过程，提出一种新的涵盖飞行员三层次情境意识的定量预测模型；在情境意识测量与综合评价方面，以开发的具有不同测评功能的飞行仿真模型与工效评价实验平台系统为支撑，构建情境意识多方法多指标联合测评体系，并在此基础上建立飞行员情境意识综合判别评估模型；在工效学应用方面，设计开发“基于飞机驾驶舱显示界面的情境意识工效测评原型系统”，从事前预测与实时/事后评估两个维度对选定任务负荷条件下显示界面所支持的情境意识水平进行定量化的工效评价。本研究可为改善飞机驾驶舱人机界面工效评价与优化设计方法，提高航空安全提供理论依据和技术方法。

本项目以新一代飞机驾驶舱人机界面设计为应用背景，围绕飞行员情境意识（Situation Awareness,SA）定性分析与定量预测模型、情境意识综合测评方法及情境意识模型在界面评价中的应用问题开展研究。在情境意识理论建模方面，通过综合考虑情境意识、注意资源分配与脑力负荷之间的相互影响和制约机制，分层次解析情境意识的认知机理和形成过程，提出新的涵盖飞行员三层次情境意识的定量预测模型。首先，结合多资源负荷理论及信息认知加工理论，提出了基于多资源负荷理论的情境意识模型；为进一步描述飞行环境中情境意识的动态生成和更新过程，在上述模型基础上构建了情境意识动态循环模型。该模型基于自适应控制的思想理性排队网络（Adaptive Control of Thought Rational-Queuing Network，ACTR-QN）理论框架，提出了构成闭环网络动态循环的情境意识的5种认知状态。在情境意识测量与综合评价方面，以开发的具有不同测评功能的飞行仿真模型与工效评价实验平台系统为支撑，构建情境意识多方法多指标联合测评体系。通过构建基于不同飞行界面和飞行任务的典型飞行情境，结合采用多种情境意识测量方法，对所构建的情境意识模型进行了实验验证。并且为了进一步支撑并完善情境意识建模，开展了脑力负荷水平与注意力分配策略因素对情境意识的影响机理研究，分析研究了情境意识在不同脑力负荷水平以及不同的注意力分配策略下的变化趋势。在工效学应用方面，探讨了生理指标在情境意识评价方面的可用性，并设计开发了“基于飞机驾驶舱显示界面的情境意识工效测评原型系统”，包括“基于动态通路模型的飞行员情境意识预测系统”以及“飞行员情境意识状态判别与评定系统”，从而可对选定任务负荷条件下显示界面所支持的情境意识水平进行定量化的工效评价。本研究可为改善飞机驾驶舱人机界面工效评价与优化设计方法，提高航空安全提供理论依据和技术方法。