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基于多资源负荷理论的情境意识模型与应用

冯传宴 完颜笑如 陈浩 庄达民

冯传宴, 完颜笑如, 陈浩, 等 . 基于多资源负荷理论的情境意识模型与应用[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(7): 1438-1446. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0532
引用本文: 冯传宴, 完颜笑如, 陈浩, 等 . 基于多资源负荷理论的情境意识模型与应用[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(7): 1438-1446. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0532
FENG Chuanyan, WANYAN Xiaoru, CHEN Hao, et al. Situation awareness model based on multi-resource load theory and its application[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(7): 1438-1446. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0532(in Chinese)
Citation: FENG Chuanyan, WANYAN Xiaoru, CHEN Hao, et al. Situation awareness model based on multi-resource load theory and its application[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(7): 1438-1446. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0532(in Chinese)

基于多资源负荷理论的情境意识模型与应用

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0532
基金项目: 

国家自然科学基金委员会与中国民用航空局联合资助项目 U1733118

国家自然科学基金 71301005

详细信息
    作者简介:

    冯传宴  男, 博士研究生。主要研究方向:情境意识、脑力负荷、驾驶舱人机工效

    完颜笑如  女, 博士, 讲师, 硕士生导师。主要研究方向:航空人机工效与认知工程、人机工效

    陈浩  男, 硕士研究生。主要研究方向:驾驶舱人机工效

    庄达民  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:航空人机工效与认知工程、人机工效

    通讯作者:

    完颜笑如.E-mail:wanyanxiaoru@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: R857.1

Situation awareness model based on multi-resource load theory and its application

Funds: 

National Natural Science Foundation of China and Civil Aviation Administration of China Jointly Funded Project U1733118

National Natural Science Foundation of China 71301005

More Information
  • 摘要:

    结合多资源负荷理论及信息认知加工理论,在注意-情境意识(A-SA)模型和注意资源分配SA模型基础上,提出了一种新的SA量化模型。该模型中,多资源负荷作用于低层次的注意感知,初期认知资源衰减结合情境激活后内在的高层次规则可用性匹配,最终输出为个体的SA水平。为验证模型可用性,采用15名被试在不同情境下开展飞行任务模拟,并结合主观的十维度情境意识测评技术(10-D SART)和客观的飞行绩效、情境意识全面测量技术(SAGAT)以及生理测量(心电、皮电及呼吸)进行实验测评。实验分析表明,模型计算的理论值变化趋势与实验结果显著相关,提出的SA量化模型对于指导驾驶舱人机界面设计和优化飞行任务分配具有一定的参考价值。

     

  • 图 1  基于多资源负荷的SA模型

    Figure 1.  SA model based on multi-resource load

    图 2  HUD显示AOI划分及实验场景

    Figure 2.  Divisions of AOI on HUD display and experimental scenario

    图 3  3种情境下SA预测值和实验测量指标变化趋势

    Figure 3.  Predicted SA values and change tendency of experimental measurement indices in 3 situations

    表  1  不同飞行情境仪表重要度和信息期望

    Table  1.   Importance and information expectancy of instrument in various flight situations

    重要度和信息期望 情境 俯仰 速度 高度 滚转 航向
    重要度 情境1 0.87 0.07 0.47 0.13 0.27
    情境2 0.47 0.07 0.87 0.13 0.27
    情境3 0.20 0.07 0.20 0.80 0.53
    信息期望 情境1 0.38 0.13 0.25 0.13 0.13
    情境2 0.20 0.10 0.40 0.10 0.20
    情境3 0.10 0.10 0.10 0.40 0.30
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    表  2  不同情境下飞行操作

    Table  2.   Flight operation in various situations

    情境 操作要求
    情境1 爬升至15 000 ft; 保持15°俯仰角, 保持航向298°, 滚转0°
    情境2 巡航高度为15 000 ft; 保持航向298°, 滚转0°
    情境3 航向由298°转为118°; 保持滚转左20°, 保持高度15 000 ft
    注:1 ft=304.8 mm。
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    表  3  界面编码显示属性

    Table  3.   Display attributes of interface coding

    显示属性 俯仰 空速 高度 滚转 航向 权重
    字符大小 60.65 60.65 60.65 60.65 60.65 0.22
    颜色匹配 29.15 29.15 29.15 29.15 29.15 0.23
    布局位置 82.81 57.29 60.42 46.88 14.58 0.35
    突显性 0 0 0 0 0 0.22
    界面编码 48.41 39.57 40.66 35.97 24.78
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    表  4  高层次情境认知表征

    Table  4.   Deep-level situation cognition representation

    情境 注意资源消耗之和Ai 平均负荷水平/min 平均持续时间/s 规则可用性
    情境1 0.322 4 50.37 154 0.280 2
    情境2 0.295 0 49.59 217 0.388 8
    情境3 0.382 6 51.22 177 0.331 2
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    表  5  情境1各AOI注意资源计算

    Table  5.   Calculation of attention resource in each AOI under situation 1

    注意资源元素 俯仰 空速 高度 滚转 航向
    界面编码 0.255 6 0.209 0 0.214 7 0.189 9 0.130 9
    注意转移 0.145 4 0.219 2 0.225 6 0.195 2 0.214 5
    信息价值 0.123 9 0.005 6 0.059 2 0.012 4 0.029 0
    信息期望 0.375 0 0.125 0 0.250 0 0.125 0 0.125 0
    注意资源消耗Aj 1.250 2 0.015 2 0.305 4 0.041 9 0.129 2
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    表  6  SA预测值和主客观测量结果

    Table  6.   Predicted SA values combined with subjective and objective measurement results

    测量指标 情境1 情境2 情境3
    SA预测值 0.283 4 0.392 1 0.331 2
    飞行绩效/10-2 0.384 9±0.256 8 0.532 4±0.385 1 0.454 4±0.314 8
    SA反应时/ms 5 168.45±1 562.2 4 440.67±844.7 4 958.28±1 253.0
    SA正确率/% 66.18±19.14 77.06±12.13 70.00±11.18
    10-D SART得分 21.8±6.06 23.8±7.29 22.8±7.86
    平均心率/(次·min-1) 93.77±14.03 90.09±13.34 90.23±12.55
    SDNN/ms 47.77±28.04 50.09±22.88 48.84±29.40
    呼吸率/(次·min-1) 21.11±3.29 20.76±3.25 20.28±3.36
    EDA/μs 2.45±0.11 2.39±0.08 2.41±0.05
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    表  7  SA预测值和测量指标相关性分析

    Table  7.   Analysis of correlation between predicted SA values and measurement indices

    相关系数和显著性值 10-D SART得分 飞行绩效 SA正确率 SA反应时 平均心率 SDNN 呼吸率 EDA
    r 0.998* 0.999* 0.995 -0.986 -0.848 1.000 -0.351 -0.978
    P 0.044 0.023 0.064 0.108 0.356 0.015 0.772 0.134
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-08-21
  • 录用日期:  2017-11-19
  • 刊出日期:  2018-07-20

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