基于驾驶舱视觉告警信息的人因失误研究

陈悦菲等

摘 要：采用目标刺激和分心刺激两类视觉告警信息，利用实验心理学软件E-Prime编制实验程序，对不同的实验条件和刺激组合进行反应实验，记录不同组合两类刺激的反应时和正确率，基于分配模型对两类刺激之间的注意分配比例进行分析，结果表明随着分心刺激的介入以及实验条件的变化，目标刺激的失误率增加，平均反应时也相应增加，并且两类刺激间的注意分配存在明显的关联性，据此，飞机告警信息的设计必须要突出重点，抑制甚至忽略非重要告警信息，以确保紧急时刻飞行员获取最重要的告警信息并做出正确判断，从而提高飞行安全性。

关键词：目标刺激；分心刺激；注意分配比例；失误率

前言

安全飞行是民航发展的基础，是民航工程最重要的主题之一。据统计，当前航空事故的致因中，人因事故超过了70%[1]，而这些事故带来的后果一般是灾难性的。在这些事故及事故征候中飞行员的人因失误占据了很大的一部分，在这些失误发生的背后都有特殊的内在心理活动，有着导致其失误的相应的人为因素。飞行员作为特殊行业中的群体，加强其在不安全飞行中的人为因素研究，有助于提出有针对性的设计防范措施，最大程度的降低人因失误，提高其可靠性，已成为当今民航保障安全需解决的重要问题，对保障飞行安全有着极其重要的作用。

目前对人因失误的分析主要从人因失误机理、分类、产生原因以及产生失误的特点等方面进行了建模与分析，这些都是从比较宽泛的方面进行分析的，没有具体的针对由一个因素对人因失误的影响程度进行详细分析的研究。文章从认知差错中的注意分配不当造成的人因失误的机理进行分析和实验研究。

在任何一种人-机-环境系统中，作为工作主体的人总是通过感官（视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉）从周围世界获取信息，并根据这些信息来指导自己的行动。其中视觉感官最为重要，因为大约80%的信息是用视觉获得，并且视觉思维的本质是注意力分配的过程[2]，因此，视觉信息获取过程中，注意力分配规律和分配模型的研究是掌握视觉信息获取机理的重要手段。

1 注意分配模型

Kleinman[4]在最佳控制理论中提出了注意分配的定义，人在知觉n个信息y=（y1，y2，...yn）（n？芏2）时，根据每个信息的注意密度不同引入了模糊变量？字来反应每个信息对象的重要度[3][6]。

在实际应用中，由于各个刺激呈现的方式不同，对各个刺激的检测率的表达方式也不同。

文章的实验为对两类刺激（目标刺激和分心刺激）的按键反应，通过可测量数据及实际情况的分析，文章将平均反应时作为对刺激的检测率，并且将对刺激的正确反应次数也同时考虑进去，提出如下的注意分配量的改进公式：

ki表示对其中对某一个刺激反应的正确次数；ti表示此刺激的平均反应时。

2 实验

2.1 实验1

2.1.1 被试

本科生12名，男10人，女2人。视力（或矫正视力）正常，无色弱色盲，没有参加过类似的实验。

2.1.2 实验设计

本实验为单变量实验，变量为刺激的类型，每个变量水平要求被试实验120次。实验时，屏幕上会出现飞机不同系统的告警灯，被试需根据出现不同的告警灯点击不同的按键，若反应错误或没有反应，计算机会给警告音，记录被试的反应时和正确率。要求被试在对实验达到熟练的程度之后再进行正式实验。

2.1.3 实验结果

根据实验1得出目标刺激的平均反应时为555.96ms和正确率96.12%。

2.2 实验2

2.2.1 被试

同实验1。

2.2.2 实验设计

本实验为单变量实验，变量为刺激类型，将刺激分为两类：目标刺激和分心刺激，每个变量水平要求被试实验120次。实验时，屏幕上同时出现目标刺激和分心刺激，被试只需要对目标刺激的不同系统的告警灯点击不同的按键，若反应错误或没有反应，计算机会给警告音，记录被试的反应时和正确率。要求被试在对实验达到熟练的程度之后再进行正式实验。

2.2.3 实验结果

根据实验2得出目标刺激的平均反应时为561.49ms和正确率为93.75%。

2.3 实验3

2.3.1 被试

同实验1和实验2。

2.3.2 实验设计

本实验设计同实验2，只是被试需要对目标刺激和分心刺激的不同系统的告警灯点击不同的按键，两类告警信息的重要度？字分别为：目标刺激（？字1）为0.8，分心刺激为（？字2）0.2。

2.3.3 实验结果

实验3得出目标刺激和分心刺激的平均反应时和正确率，以及两类刺激的反应正确次数。

3 数据处理

三个实验中由于分心刺激的介入以及实验条件的增加，被试对目标刺激的反应失误率如图1所示。

如图1所示，对实验1和实验2进行对比分析，目标刺激的反应失误率显著增加，说明分心刺激对目标刺激存在干扰；实验3和实验2对比，对目标刺激的反应失误率差别较小，主要是由于在对实验1和实验2操作的过程中，被试已经对目标刺激达到了很熟练的程度，所以失误率差别相对比较小。

三个实验中随着分心刺激的介入以及实验条件的增加，目标刺激的平均反应时如图2所示。

图2将三个实验进行对比分析，实验2与实验1相比平均反应时增加，说明分心刺激的出现分散了被试的注意力，实验3和实验2对比，平均反应时显著延长，说明在目标刺激和分心刺激之间存在注意分配。

根据文章提出的注意分配模型，可得出实验3中的理论注意分配值和实际的注意分配值，如图3所示，在目标刺激和分心刺激之间存在注意分配，而且实验3对实验2的结论进行了验证，并且得出了目标刺激和分心刺激之间的注意分配比例，所得出的实际注意分配比例与文章提出的理论注意比例分配相吻合。表明文章提出的注意分配模型是正确的，并且具有工程实用价值。endprint

4 结束语

通过文章的三个实验研究，获得了分心刺激对目标刺激存在干扰，并且在目标刺激和分心刺激之间存在注意分配，分心刺激的介入增加了被试在处理目标刺激时的失误率。因此飞机告警信息的设计必须要突出重点，抑制甚至忽略非重要告警信息，以确保紧急时刻飞行员获取最重要的告警信息并做出正确判断，从而提高飞行安全性。对于无法回避的分心刺激，通过本文的理论模型和实验方法，将给出量化的设计指导，以最大限度的降低人因失误，提高飞行安全。

参考文献

[1]Huan-Jyh Shyur.A quantitative model for aviation safety risk assessment[J]. Computers & Industrial Engineering，2008：34-44.

[2]Colin Ware.Visual Thinking for Design[M].CHINA MACHINE PRESS，2009.9.

[3]Wanyan Xiaoru， Zhuang Damin，Wei Hengyang.Pilot Attention Allocation Model In Complicated Human-machine Interface[C].2009 International Conference on Biomedical Engineering and Informatic，2009.

[4]David.L.Kleinman，"Solving the optimal attention allocation problem in manual control，"[M].IEEE Transactions on Automatic Control，vol.AC-21，pp.813-822， December 1976.

[5]Shen Shiyi and Wu Zhonghua， The foundation and Application of Information Theory[C]. 1st ed.Beijing：Higher Education Press，2004.

[6]Wanyan Xiaoru，Hengyang Wei， Damin Zhuang. Study on Pilot Attention Allocation Model Based on Fuzzy Theory[C].2010 Sixth International Conference on Natural Computation，2010.

[7]曾炎祥，陈军.E-Prime试验设计技术[M].广州：暨南大学出版社，2010.endprint

4 结束语

通过文章的三个实验研究，获得了分心刺激对目标刺激存在干扰，并且在目标刺激和分心刺激之间存在注意分配，分心刺激的介入增加了被试在处理目标刺激时的失误率。因此飞机告警信息的设计必须要突出重点，抑制甚至忽略非重要告警信息，以确保紧急时刻飞行员获取最重要的告警信息并做出正确判断，从而提高飞行安全性。对于无法回避的分心刺激，通过本文的理论模型和实验方法，将给出量化的设计指导，以最大限度的降低人因失误，提高飞行安全。

参考文献

[1]Huan-Jyh Shyur.A quantitative model for aviation safety risk assessment[J]. Computers & Industrial Engineering，2008：34-44.

[2]Colin Ware.Visual Thinking for Design[M].CHINA MACHINE PRESS，2009.9.

[3]Wanyan Xiaoru， Zhuang Damin，Wei Hengyang.Pilot Attention Allocation Model In Complicated Human-machine Interface[C].2009 International Conference on Biomedical Engineering and Informatic，2009.

[4]David.L.Kleinman，"Solving the optimal attention allocation problem in manual control，"[M].IEEE Transactions on Automatic Control，vol.AC-21，pp.813-822， December 1976.

[5]Shen Shiyi and Wu Zhonghua， The foundation and Application of Information Theory[C]. 1st ed.Beijing：Higher Education Press，2004.

[6]Wanyan Xiaoru，Hengyang Wei， Damin Zhuang. Study on Pilot Attention Allocation Model Based on Fuzzy Theory[C].2010 Sixth International Conference on Natural Computation，2010.

[7]曾炎祥，陈军.E-Prime试验设计技术[M].广州：暨南大学出版社，2010.endprint

4 结束语

通过文章的三个实验研究，获得了分心刺激对目标刺激存在干扰，并且在目标刺激和分心刺激之间存在注意分配，分心刺激的介入增加了被试在处理目标刺激时的失误率。因此飞机告警信息的设计必须要突出重点，抑制甚至忽略非重要告警信息，以确保紧急时刻飞行员获取最重要的告警信息并做出正确判断，从而提高飞行安全性。对于无法回避的分心刺激，通过本文的理论模型和实验方法，将给出量化的设计指导，以最大限度的降低人因失误，提高飞行安全。

参考文献

[1]Huan-Jyh Shyur.A quantitative model for aviation safety risk assessment[J]. Computers & Industrial Engineering，2008：34-44.

[2]Colin Ware.Visual Thinking for Design[M].CHINA MACHINE PRESS，2009.9.

[3]Wanyan Xiaoru， Zhuang Damin，Wei Hengyang.Pilot Attention Allocation Model In Complicated Human-machine Interface[C].2009 International Conference on Biomedical Engineering and Informatic，2009.

[4]David.L.Kleinman，"Solving the optimal attention allocation problem in manual control，"[M].IEEE Transactions on Automatic Control，vol.AC-21，pp.813-822， December 1976.

[5]Shen Shiyi and Wu Zhonghua， The foundation and Application of Information Theory[C]. 1st ed.Beijing：Higher Education Press，2004.

[6]Wanyan Xiaoru，Hengyang Wei， Damin Zhuang. Study on Pilot Attention Allocation Model Based on Fuzzy Theory[C].2010 Sixth International Conference on Natural Computation，2010.

[7]曾炎祥，陈军.E-Prime试验设计技术[M].广州：暨南大学出版社，2010.endprint