车载显控终端输入方式对乘员信息处理能力影响试验研究

刘维平，傅斌贺，刘西侠，金毅

（装甲兵工程学院机械工程系，北京100072）

车载显控终端输入方式对乘员信息处理能力影响试验研究

刘维平，傅斌贺，刘西侠，金毅

（装甲兵工程学院机械工程系，北京100072）

基于自主开发的车载显控终端作业模拟及工效测试系统，以任务完成时间和错误率为考核指标，通过作业模拟方式，以研究触屏和鼠标两种输入方式对乘员信息处理能力的影响为试验目的进行了试验。研究结果表明：所采用的研究方法可有效区分不同输入方式对乘员信息处理能力的影响，实际作业绩效考核应以触屏操作的绩效考核指标为准；但从掌握系统操作功能来看，两种输入方式的训练效果相同。该研究结果可为车载显控终端输入方式的遴选，人员科学训练提供借鉴和参考。

兵器科学与技术；车载显控终端；输入方式；信息处理能力

0 引言

装甲车辆车载显控终端是具有综合显示与控制特征并用于人机交互的车载式计算机［1］，是装甲车辆指挥体系中的重要组成部分，其信息输入的快速性、准确性，对于装甲车辆系统效能的发挥至关重要。车载显控终端涉及功能较多，实时交互信息量大。信息处理的快速性和准确性，不但与乘员信息处理能力密切相关，同时，也与所用输入方式有密切关系。目前，车辆信息系统操作的训练和使用中，采用了键盘和鼠标两种输入方式，其中触屏键盘输入是实车使用操作的一种主要方式。鼠标输入主要在模拟训练系统中采用，用于乘员的集中培训。

鉴于信息作业培训和实车操作中，存在不同的输入方式，为检验模拟培训的效果，找出训练操作与实际操作之间的关系，有必要对两种输入方式下信息处理速度与准确性进行甄别和分析。同时，也可为其他信息显控终端输入方式的选择提供参考和借鉴。为此，本文利用车载显控终端作业模拟及工效测试系统，采取被试间与被试内设计相结合的试验方法，以任务完成时间和错误率为考核指标，选择触屏和鼠标两种输入方式进行了对比试验研究，从而判断输入方式对乘员信息处理能力的影响。

1 试验方法

1.1 被试人员

选取20名军校本科学员，年龄在20～25岁（平均年龄21岁），男性，均为右利手，身体健康，矫正视力正常。

1.2 试验仪器设备

试验仪器为自主开发的车载显控终端作业模拟及工效测试系统［2］。系统硬件由计算机和模拟显控终端组成，计算机选用普通台式计算机，模拟显控终端选用带触摸屏的液晶显示屏，外形尺寸和界面按照车载显控终端设计，配置了触屏和鼠标两种输入方式。

试验软件基于Labview编程语言自主开发，软件采用模块化设计，由系统管理、模拟试验和统计分析3个模块构成。管理模块主要完成被试人员信息管理、试验参数设置和试验项目选择等功能。模拟试验模块主要具有两个功能:一是作业模拟，随机生成任务信息，模拟典型信息操作功能；二是测试记录功能，实时记录被试人员作业的任务完成时间、操作次数与错误次数等参数。统计分析模块主要用于对试验数据进行分析处理。

1.3 试验内容

试验内容选择主要基于以下3点原则确定:

1）典型性。试验内容应是战时常用任务，对乘员信息处理速度和准确性要求高，其操作功能具有代表性，能覆盖系统的基本操作功能。

2）诊断性。试验应能反映乘员在不同输入方式下信息处理能力的变化，能够诊断乘员对随机信息的快速处理能力。

3）敏感性。任务具有随机性，信息量大，反应方式多样，对被试人员注意集中能力要求高。

基于上述原则，选用常用的信息录入任务作为本文研究的试验内容。

1.4 试验操作流程

试验开始后，屏幕右下角随机出现目标提示信息，被试人员依据所看到的信息，首先选择作业类型，进入相应的二级作业界面；其次判断目标类型，做出相应的选择；然后进入下一级操作，依据显示的作业界面，录入目标类型、数量、方位和速度等相关信息。信息录入均以菜单单选方式进行。按确定键后，即完成本次作业，转入下一次操作。

由于每次信息呈现的目标类型、数量、方位和速度等多项具体信息均是随机组合显现，信息短时提示后即消失，这对被试人员的快速反应、选择反应、短时记忆、工作记忆等综合能力要求较高，符合试验研究的要求。

1.5 试验设计

依据本文的研究目的，试验分为两部分。

试验1为训练效应测试，通过对被试人员训练过程作业绩效的对比试验，比较两种输入方式对作业绩效的影响，验证影响的显著性，以分析和检验训练效果的合理性。

试验2为不同输入方式测试，每名被试人员在熟练掌握两种输入方式后，通过测试被试人员两种输入方式下的作业绩效，进一步验证不同输入方式对作业绩效影响的显著性及与训练过程的影响是否存在不同。

1.6 试验方案

1）为消除练习效应和顺序效应，训练效应测试采用被试间设计，将20名被试人员编为两组，一组以鼠标输入方式进行训练，另一组以触屏输入方式进行训练，为减小随机误差，采取随机分配被试人员的方式进行编组。

试验前对被试人员进行专门理论培训，向被试人员说明试验基本程序和要求。

试验分为5个阶段，每阶段进行10次连续试验，两阶段间适当休息，以消除因疲劳有可能产生的影响。

2）不同输入方式测试采用被试内设计。从20名被试人员中随机抽取10人作为试验2被试人员，试验采取两种输入方式交替进行展开试验，每种输入方式连续进行5次试验，两种输入方式的试验之间适当休息。

被试人员完成试验后，填写主观调查问卷。从输入方式对掌握系统功能、信息辨识方便性、操作速度和准确性等4个方面的影响，分别对两种输入方式进行评价。

2 结果及分析

2.1 训练效应测试的结果及分析

采用估算边际均值法对两种输入方式下训练过程的各阶段任务完成时间和错误率的均值进行统计分析，图1、图2分别给出了任务完成时间和错误率随训练过程变化的统计结果。

图1 任务完成时间的估算边际均值图Fig.1 Estimated marginal means of task completion time

图2 错误率的估算边际均值图Fig.2 Estimated marginal means of error rate

为进一步分析两种输入方式对任务完成时间和错误率影响的显著性，对试验结果进行方差分析，表1、表2分别给出对任务完成时间和错误率影响的方差分析结果。

表1 任务完成时间的方差分析结果Tab.1 ANOVO of task completion time

1）由图1可看出，两种输入方式下任务完成时间随训练量的增加均呈下降趋势，表明训练可有效提高信息处理速度；这与人的一般认知过程相吻合；且鼠标输入方式下的任务完成时间大于触屏输入方式，表1的方差分析结果表明，二者存在显著差异（P=0.004）.说明输入方式对任务完成时间有显著影响。

2）由图2可看出，两种输入方式下的错误率随训练量的增加，变化趋势不明显。虽然，鼠标输入错误率略高于触屏输入，但相差很小。而表2的方差分析结果表明，输入方式对错误率影响不显著（P= 0.061）.这一方面说明输入方式对错误率的影响不够显著，另一方面说明错误率的影响因素较为复杂，它受人的能力、素质等多重因素影响，具有不确定性。

2.2 不同输入方式测试的结果及分析

表3、表4分别给出了熟练掌握两种输入操作后，被试人员两种输入方式下任务完成时间和错误率方差分析的结果。

表3、表4的结果表明，被试人员熟练掌握两种输入操作后，输入方式对任务完成时间的影响仍显著（P=0.012），而对操作错误率的影响不显著（P=0.207），与试验1的分析结论吻合，进一步验证了试验1的结论。说明输入方式对被试人员操作绩效的影响，主要体现在任务完成时间上。

表3 任务完成时间的方差分析结果Tab.3 ANOVO of task completion time

2.3 输入方式的主观评价

表5给出了被试人员对两种输入方式主观评价结果。由表5可看出，两种输入方式对于被试人员掌握系统功能没有影响，输入操作的方便性评价一致；而对于输入操作快速性和准确性的评价存在差异，其中快速性评价差异较大；而操作准确性上，评价差异较小。主观评价结果进一步验证了不同输入方式对任务完成时间影响的显著性，而对错误率影响不显著的试验分析结果，证明试验结果是合理、有效的。

表5 不同输入方式的主观评价结果Tab.5 Subjective evaluation results of different input modes

综合主、客观试验结果，还可看出输入方式对于被试人员操作的影响主要体现在作业绩效上，而不影响系统的认知和操作功能掌握。这说明训练过程中，如果不考核培训人员实际作业绩效，重点是让培训人员掌握系统操作功能，则采用鼠标输入方式是合理可行的，利于扩大培训规模，丰富培训手段，弥补训练器材有限的不足。

3 讨论

3.1 触屏输入操作分析

触屏操作时，手指直接操作触屏，对操作目标直接作用，转换操作目标时手指随着注意力的转移和视觉观察目标的转换而同步移动，能够对视觉观察目标立即操作，触屏操作是一个直接操作过程，具有较强的指向性和同步性。

3.2 鼠标输入操作分析

鼠标操作时，手指通过使用鼠标控制屏幕上的指针对目标进行间接操作，对操作目标间接作用，注意力转移和视觉观察目标转换完成后才进行鼠标指针的移动，鼠标操作是一个间接操作过程，这在一定程度上影响了操作的指向性和同步性。

鼠标指针目标较小，对小距离移动影响不大，但对长距离移动影响较为明显，移动鼠标指针后需要完成一个寻找并判断指针位置的过程，较小的指针会加大这一过程的难度，延长任务完成时间，降低了操作准确性。

因此，触屏操作的信息处理速度及主观感受优于鼠标操作。

Wauther-Franks［3］通过试验得到了触屏操作的任务完成时间小于鼠标操作的结论，与本次试验结果相符。但Wu等［4］在试验中发现，不论在3种导航方式中的哪一种，鼠标的操作速度都好于触屏，探究其原因:一方面其强调熟悉程度在操作界面用户性能中的关键作用，而被试人员更熟悉鼠标操作，因而鼠标操作速度优于触屏；另一方面，其强调在触屏操作过程中手指或手遮挡操作目标，影响被试人员的视觉观察，因而鼠标操作速度优于触屏。针对第一个问题，Holzinger［5］提出触屏操作是一种自然的输入方法，缺乏经验用户也能够轻松掌握；对于触屏操作过程中手指或手遮挡操作目标的问题，实践表明，多数情况下表现并不明显，同时，可通过显控界面的合理布局，触屏键尺寸的有效设计，有效规避其影响。如本文采用的模拟车载显控终端界面，在操作目标布局和键盘尺寸设计中，参考了ISO9241—9标准［6］的建议，并结合我国成年男子人体手部食指尺寸［7］，有效避免了遮挡操作目标问题的发生。本文的两个试验结果，以及表5主观评价中，信息辨识方便性的评价结果很好地证明了这一点。这与其他研究人员［3，5，8］的结果基本一致，表明触屏操作具有更好的用户满意度和用户体验。

4 结论

1）以作业绩效作为评判指标，基于典型作业任务操作，对显控终端的输入方式进行对比试验研究，对于甄别不同输入方式对乘员信息处理能力的影响是有效的，试验证明研究方法可行，可作为各类信息终端输入方式优选的研究手段。

2）从熟悉和掌握系统操作功能看，鼠标和触屏两种输入方式效果是一致的，在车载显控终端操作培训中，采用鼠标操作进行培训，能使乘员有效掌握显控终端的操作功能，利于扩大显控终端培训规模，丰富培训手段，弥补训练器材有限的不足。

3）鉴于两种输入方式在任务完成时间上存在的差异比较显著，乘员显控终端操作实际作业绩效考核，应基于触屏操作的绩效考核指标为准。

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［1］ 中国人民解放军总装备部.GJB6106—2007装甲车辆综合显控终端通用规范［S］.北京:中国标准出版社，2007. PLA General Armament Department.GJB6106—2007 General specification of integrated display&control terminal for armored vehicles［S］.Beijing:Standards Press of China，2007.（in Chinese）

［2］ Wang Q，Liu W P，Jin Y，et al.Design of the IDCTMV humanmachine ergonomics test system［C］∥The 4th International Conference on Frontiers of Manufacturing Science and Measuring Technology.Guilin，China:CEIS，2014:900-903.

［3］ Muller-Tomfelde C.Investigating temporal-spatial characteristics of mouse and touch input［J］.Lecture Notes in Computer Science，2009，5726（1）:645-657.

［4］ Wu F G，Lin H，You M L.Direct-touch vs.mouse input for navigation modes of the web map［J］.Displays，2011，32（5）:261-267.

［5］ Holzinger A.Finger instead of mouse:touch screens as a means of enhancing universal access［J］.Lecture Notes in Computer Science，2003，2615（1）:387-397.

［6］ European committee for standardization ISO 9241—9 Ergonomic requirements for office work with visual display terminals（VDTs）-part 9:requirements for non-keyboard input devices［S］.Geneva，Switzerland:Technical Committee ISO（TC）159，2000.

［7］ 国家技术监督局.GB10000—1988中国成年人人体尺寸［S］.北京:中国标准出版社，1989. State Bureau of Technical Supervision.GB10000—1988 Human dimensions of Chinese adults［S］.Beijing:Standards Press of China，1989.（in Chinese）

［8］ Aras H，Walther-Franks B，Herrlich M，et al.Elastic steer-navigating large 3D information spaces via touch or mouse［J］.Lecture Notes in Computer Science，2011，6815（1）:138-141.

Experimental Study of Influences of Input Modes of Vehicle-mounted Display and Control Terminal on Crew's Information Processing Capability

LIU Wei-ping，FU Bin-he，LIU Xi-xia，JIN Yi
（Department of Mechanical Engineering，Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China）

Based on self-developed operation simulation and performance test system of vehicle-mounteddisplay and control terminal，the influences of input modes，i.e.，touch and mouse，on crew's information processing capability are analyzed by taking task completion time and error rate as evaluation indicators.The results show that the influences of different input modes on crew's information processing could be effectively discriminated by using the proposed method，and the touch mode should be regarded as the test mode of real operation performance test.However，the training effects of two input modes on mastering system operation functions are the same.The results can provide reference for the input mode selection of vehicle-mounted display and control terminal and the training of armored vehicle crews.

ordnance science and technology；vehicle-mounted display and control terminal；input mode；information processing capability

TJ811

A

1000-1093（2015）11-2180-05

10.3969/j.issn.1000-1093.2015.11.024

2015-02-03

刘维平（1961—），男，教授，博士生导师。E-mail:lwpyxlzh@sohu.com