人机任务中断下信息显示特征对信息提供率的影响研究

　　摘要： 数字化控制系统在大型复杂工业系统中的逐步应用，工业系统主控室的信息显示发生了显著的变化，其中“巨量信息与有限显示”的矛盾引发新的人因问题。本文对数字化人机界面信息显示的特征进行了分析，并通过实验研究了在人机任务中断条件下，信息显示率和信息颜色编码对信息提供率的影响。实验结果表明在人机任务中断条件下：①信息显示率对信息提供率具有显著影响，随着信息显示率的增大，信息提供率会相应的降低；②在不同信息显示率水平下，信息颜色编码对信息提供率的影响不同。本文的研究对大型工业系统数字化人机界面的设计有一定的理论指导作用。
　　Abstract： With the application of digital control systems in complex industrial system gradually， the information display in main control rooms of industrial system has changed significantly， among which the contradiction between massive information and limited display capability has caused some new human errors steadily. This has brought new challenge for the operation safety of the industrial system. This paper analyzed the characteristics of information display in a main control room. In addition， this paper investigated the effects of information display ratio and the information color coding on information presentation ratio under task interruptions of human-computer interaction through experiments. The results of the experiment indicated that：① information display ratio have a marked impact on information presentation ratio， with the increase of information display ratio， the information presentation ratio decrease. ②the effects of information display ratio on information presentation ratio are different among different information display ratio levels. This paper will give some guide to the information display design of the digital main control room.
　　关键词： 人机界面；信息显示；操纵员；认知
　　Key words： human-machine interface；information presentation；operators；cognitive
　　中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）14-0292-04

0 引言

　　随着计算机技术和仪控技术的发展，数字化控制系统逐步在大型工业系统中得到广泛应用。与传统的模拟控制系统相比，数字化控制系统的人机界面由常规监视盘台发展为计算机工作站为主[1]，数字化人机界面在信息收集、信息处理方面具有优越性，其控制更集中，信息处理更精确[2]，系统的安全性和人员绩效也有了很大的提高。但也随之出现了“小孔效应”[3]、操纵员情景意识丧失[4]等新的人因问题，特别是数字化后信息数量呈几何倍数增长，而信息的显示屏幕十分有限，“巨量信息与有限显示”的矛盾突出[5]，操纵员往往需要搜索、路径选择、执行（导航、画面配置等）等来查看系统目前的状态信息，特别是在事故工况条件下，信息量突然增大、干扰增多，给操纵员带来很高的认知负荷，容易引发人因失误。操纵员在人机界面上执行任务的过程中，通常会受到各种因素的影响，而导致任务中断，心理学上认为任务中断，是日常生活中前瞻记忆活动的一个重要特征和关键的影响因素[6]，如飞行员在接受上级电话指令的时候，不得不放弃目前正在监视的任务，由于任务中断后，需要对屏幕上的信息进行恢复感知和识别等认知活动，人机任务中断后信息的延续和信息的识别效率对于正在执行的主任务的完成具有十分重要的作用，特别是对于一些大型工艺系统的人机界面、飞机的人机交互界面和汽车等设备的交互界面，如在紧急情况下，不及时恢复信息获取的渠道，可能会引发不良的后果。
　　信息提供率（单位时间内提供的可以被操纵员有效捕捉到的信息量）是反映、表征系统信息显示界面优劣的一个指标，对于这部分信息量所表征的信息是操纵员当前最需要捕获也是最关键的信息，否则信息捕捉绩效必然就会受到无关信息和信息量超负荷的严重影响[7]。信息提供率的研究可能成为解决“巨量信息与有限显示”这一矛盾的关键[8]。信息显示率（单位时间的信息显示量）、数据更新率、信息图形元素、信息字体大小、字体颜色等对信息提供率都可能造成影响。信息显示量过少，不利于操纵员及时获取有效的信息，信息显示量过多，则对操纵员信息获取造成极大的干扰。颜色编码是视觉信息显示的重要编码方式，人因工程学表明，颜色环境对人的生理和心理具有一定的影响，在紧急情况下，信息突然增多，操纵员心理负荷增大的情况下，根据数字化人机界面信息显示特征设计符合操纵员认知特性的人机界面，对于防止人因失误、减轻操纵員的认知负荷和保证工业系统的安全运行具有重要意义。

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