数字化信息交互界面的出错-认知机理与其设计因素之关联效应研究

With the rapid development of computer technology and information control theory, information systems become more complex and intelligent. Transportation hub monitoring system, nuclear power control system, environmental monitoring system, and other large systems have evolved from the traditional control mode to digital control mode. Because digital information interaction interfaces are characterized by the large quantity of information and complicated information relationships, operators may enter the complex cognition and lead to task failures and even serious system failures or major accidents due to operators’ slipping, misreading, misjudgment, late feedback, and other cognitive difficulties. It is urgent to obtain the rational design way of dynamic and complex information in the interaction interface, which is also a blank in the crossover study of design and engineering fields. The project aims to analyze interaction mechanism between error and cognition and explore the physiological reaction mechanism for error factors of information interaction interface during the eye-brain cognition from the perspective of the cause of task failures, error factors. Moreover, the project will interpret the correlations between error cognition and design factors and establish the scientific optimization method for the design of digital information interaction interface. The project results can provide theoretical supports for the rational design of digital information interface and guarantee the full performance and accurate implementation of large systems. The project is of great strategic importance and practical significance to national competitiveness and the solutions of major livelihood issues.

随着计算机技术和信息控制理论的快速发展，交通枢纽监控、核电控制、环境监测、航空驾驶操纵等大型系统变得更加复杂和智能化。作为系统的运行终端—信息交互界面，信息承载量大，信息结构关系错综复杂，由于设计不合理使操作者进入复杂性认知；操作员略微的疏漏、反馈不及时等行为极易导致任务失败，很可能酿成重大事故，造成系统故障、人员伤亡等严重后果。如何系统地对界面中动态、庞杂的信息合理化呈现是亟待解决的问题，亦是设计与工程领域交叉研究的空白点。项目拟从导致任务失败的源头—出错因子角度出发，解析出错-认知机理，探索眼-脑认知的信息交互界面的出错因子生理反应机理，揭示出错因子-视觉认知-设计因素间的关联效应，建立一套科学的数字化信息交互界面设计优化方法。项目成果能够为数字化信息交互界面的合理化设计提供理论支持，保证大型系统的性能全面发挥和精准实施，对于提升国家竞争力和解决重大民生问题具有重要战略意义和现实意义。

随着计算机技术和信息控制理论的快速发展，交通枢纽监控、核电控制、环境监测、航空驾驶操纵等大型系统变得更加复杂和智能化。作为系统的运行终端—信息交互界面，信息承载量大，信息结构关系错综复杂，由于设计不合理使操作者进入复杂性认知；操作员略微的疏漏、反馈不及时等行为极易导致任务失败，很可能酿成重大事故，造成系统故障、人员伤亡等严重后果。本项目着眼于数字化信息交互界面的设计方法研究，从导致操作员视觉认知行为失误的源头——出错因子角度出发，解析出错因子与视觉认知行为的相互作用机理，探索眼-脑认知的数字化信息交互界面的出错因子生理反应机理；建立一套科学的数字化复杂信息系统人机交互分析方法，构建信息交互界面的出错因子-视觉认知-设计因素三者的关联效应模型，并应用于航战指挥、核电监控、智能制造装备等复杂新系统的人机界面优化设计中，得到了良好的应用前景。.本项目的主要研究内容包括数字化信息交互界面的出错因子与视觉认知行为反应机理、基于眼-脑认知的数字化信息交互界面的出错因子生理反应机理、出错因子-视觉认知-设计因素间关联效应模型、建立基于关联效应模型的数字化信息交互界面设计方法四个方面。项目研究成果主要为出版学术专著1部，发表学术论文20篇；受理/授权发明专利8项；获得省部级/市级科技奖励及优秀科研论文10项；与澳大利亚国立大学计算机研究院HCC (Human Centred Computing)研究中心展开国际研究合作；获批江苏省境外研修项目（人才计划）1项；培养硕士研究生8名。.项目成果为我国航战控制系统、核电监控系统、智能制造系统等复杂信息系统提供从认知失误导入的设计优化策略，提高了安全系统监测、远程系统操纵、生产实时监控等大型数字化信息交互界面的认知绩效和操作效率，降低了操作员任务执行的认知复杂度，保证了复杂信息系统性能的全面发挥和精准实施。项目研究工作促进了设计科学、思维科学、信息科学、人机工效学、认知神经科学等多学科间的交叉融合。