基于认知负荷(CL)和态势感知(SA)均衡的人机交互数字界面设计研究

伴随计算机技术的发展，人机交互数字界面(Digitalized Human-Computer Interface，DHCI)愈来愈多地取代了传统的交互模式，对复杂系统DHCI设计提出更高的要求，其中界面交互信息构成中合理的认知负荷（Cognitive Load，CL）和支持高效决策的态势感知（Situation Awareness，SA）间的均衡问题是其研究的核心。本项目通过探讨人机数字界面SA过程中信息的认知机理，研究DHCI中融合CL与SA的信息编码设计方法；构建DHCI中CL与SA均衡认知模型和定量分析模型；寻求基于CL和SA均衡的DHCI优化设计策略；研究基于CL和SA均衡DHCI脑力负荷评价方法；并结合战机航电系统DHCI设计进行研究。项目研究成果具有重要的理论和学术价值，对提高我国航空航天、战机船舶驾驶、核电厂控制、战场指挥等重大系统人机交互效能有着重要的战略意义和现实意义。

项目主要完成了下述工作，并取得了相应研究成果：.分析了国内外人机交互数字界面的认知模型，通过研究图形符号、文字符号、色彩符号、界面布局和信息结构等编码方式，首次提出了人机交互数字界面融合CL与 SA的信息编码方法；提出了认知资源在人机交互数字界面态势感知过程中的信息处理机制和消耗机制；研究面向环境与操作的态势感知模型和面向多信息的认知理论模型，建立了融合CL与SA的人机交互数字界面认知模型；首次提出运用“生态界面设计理论”研究支持高效决策SA的多信息层次结构模型和导航技术。.运用时间压力理论、主观测评、生理测评、绩效测评和模糊算法等理论和方法，建立了视觉信息的态势感知定量评价模型、用户感性预测模型和CL与SA关联的人机交互数字界面模糊综合测评模型；从人机交互数字界面的功能布局设计和均衡认知负荷的人交互数字界面信息编码研究出发，提出了CL与SA均衡的人机交互数字界面优化设计策略。.首次将ERP脑电技术和眼动追踪技术同时应用于人机交互数字界面的设计评价，提出了基于ERP的人机交互数字界面中认知负荷和态势感知脑电测评模型，以及基于眼动和脑电生理指标的人机交互数字界面的评价方法。.运用眼动追踪技术对战机航电系统数字界面进行评价，同时运用ERP脑电技术对数字界面图标记忆、导航栏可选择性注意、界面感知性和视听双通道条件下战斗机报警等界面要素进行了实验研究，取得了大量有价值的实验数据。.项目实施以来共发表21篇论文，其中EI收录5篇，EI录用6篇，ISTP收录1篇，CSSCI收录1篇，CSSCI录用1篇。发明专利受理2项。专著待出版1项。人才培养博士6人(毕业1人，在读5人)，硕士10人（毕业5人，在读5人）。参加国内、国际会议报告共12次，其中特邀报告6次。.此外，项目组与中国电子科技集团公司、中国船舶重工集团、中国航空无线电电子研究所等研究所积极开展科研合作，直接把项目研究成果推广到复杂系统数字界面的实际应用中，显示了研究的理论现实意义和社会经济价值。.