基于人体视觉与认知特性的仪表信息显示系统设计方法研究

仪表信息显示系统是复杂机电装备中担负人机交互功能的重要系统，随着自动化水平的提高，显示系统单位时间内提供给操作人员的信息量大幅增加，如何设计与人体视觉与认知特性相匹配的信息显示系统将是一个新的发展方向。本申请依据仪表显示信息刺激条件下人体生物特征响应信号（EEG/EOG），采用小世界神经网络模式分类算法，映射仪表显示信息属性参数与人眼视觉特性、认知特性，即人体客观舒适性与脑力负荷等指标体系的本构关系；并基于认知心理学理论，开展人体视觉系统对仪表信息显示方式的响应机理研究，进而通过排队网络的认知模型，研究多任务、多信息动态仪表显示条件下的人体认知特性生物学机理；建立面向静态、动态信息显示的仪表系统设计准则，最终通过多色集合理论，构建仪表信息显示系统信息模型，全面描述系统设计所需信息，为复杂机电装备仪表显示系统的设计提供理论指导。

仪表信息显示系统是复杂机电装备中担负人机交互功能的重要系统，随着自动化水平的提高，显示系统单位时间内提供给操作人员的信息量大幅增加，如何设计与人体视觉与认知特性相匹配的信息显示系统将是一个新的发展方向。本项目依据人体视觉系统生理反应指标体系(眼动/EEG)搭建了多任务视觉信息认知测试与控制实验台；并基于此实验平台先后进行了仪表系统刺激信息视觉特性的影响机理研究，得到了仪表物理特性（仪表形状、色彩、空间位置等）对人体视觉认知的影响规律，并由仪表物理特性的相互组合实验得到了静、动仪表信息显示频率和显示方式与认知效率和准确率之间有着密切的关系；再通过飞行任务下的眼动实验研究了在复杂环境下（如飞机座舱）操控者的眼动规律，得到了多任务状态下仪表布局的基本原则；最后通过多任务多信息动态仪表显示条件下的认知特性实验进一步揭示了仪表布局对与脑负荷间的关系，并通过线性二元回归拟合方法推导出适合工程实际的经验公式，由此经验公式可依据反应时、错误率等直接推导操控者的脑负荷状况。依据以上研究结果，通过多色集合理论，构建了仪表信息显示系统模型，全面描述了系统设计所需信息，为复杂机电装备仪表显示系统的设计提供了理论指导；同时，得出了一套面向静态、动态信息显示的人机工程设计评价准则，并应用于某部队操控台的优化设计，对该操控台的人机界面和显示界面提出了一套可供操作的界面优化方法和方案。本项目三年中先后在国内外期刊及会议上发表论文7篇，其中英文的有6篇，EI收录的有4篇，项目的研究人员参加国内外学术会议3次，参与分组讨论若干。本项目设计的多任务视觉信息认知测试与控制平台申报国家发明专利3项，其中1项已授权。项目开展期间共培养研究生4名，研究成果获得第七届潍柴动力汽车创新设计大赛三等奖。