- •Раздел I
- •Предмет и задачи инженерной психологии
- •1.1. Предмет инженерной псннологни
- •1 .2. История развития инженерной и психологии
- •1.3. Задачи инженерной психологии
- •1.4. Методологические принципы и системный подход в инженерной психологии
- •1.5. Связь инженерной психологии с другими науками
- •Глава II инфо0рмационное взаимодействие между человеком и мишиной
- •1 2.1. Общие понятия об информации
- •2.2. Основные свойства и характеристики информации
- •2.3. Система переработки информации человеком
- •2.4. Обеспечение информационный процессов
- •2.5. Воспроизведение информации в системе «чешек-машина»
- •Система «человек - машина»
- •1 3.1. Особенности n классификация счм
- •Содержание инженерно-психологического обеспечения счм
- •3.2. Показатели качества систем «человек-машина»
- •3.3. Основные концепции анализа и проектирования систем «человек-машина»
- •3.4. Конфликты в системе «человек-машина» и способы их решения
- •Деятельность оператора в системе «человек - машина»
- •4.1. Понятие о профессии оператора
- •4.2.Оператор в системе «человек-машина»
- •Этапы деятельности человека-оператора
- •4.3. Психические явления в деятельности оператора
- •4.4. Психологическая характеристика деятельности оператора
- •4.5. Физиологическая характеристикадеятельности оператора
- •4.6. Деятельность оператора в особых условиях
- •4.7. Деятельность оператора в условиях потока сигналов
- •Общая характеристики методов
- •5.1. Классификация методов
- •5.2. Методы описания и анализа деятельности оператора
- •Многоуровневое описание операторской деятельности
- •1 5.3. Моделирование в инженерной психологии
- •Психологические методы
- •6.1. Опрос, наблюдение, эксперимент
- •6.2. Физическое моделирование деятельности оператора
- •6.3. Психологическое тестирование
- •6.4. Личностные методы
- •Объективные методы оценки свойств темперамента
- •6.5. Самонаблюдение, самооценка, самоотчет
- •Физиологические методы
- •7.1. Основные физиологические показатели оператора
- •7.2. Методы получения и обработки физиологической информации
- •Математические методы
- •8.1. Математическая обработка экспериментальных данных
- •8.2. Возможности формализации деятельности оператора
- •8.3. Математическое моделирование деятельности оператора: модели задачи
- •8.4. Математическое моделирование деятельности оператора: модели оператора
- •Имитационные методы
- •9.1. Физическая (психологическая) имитация деятельности оператора
- •9.2. Цифровая (статистическая) имитация деятельности оператора
- •Техническое обеспечение инженерно-психологических исследований
- •10.1. Приборы и аппаратура для инженерно психологических исследований
- •10.2. Применение эвм и автоматизация инженерно психологическим исследований
- •10.3. Теоретические основы психологических измерений
- •10.4. Методы регистрации и измерения показателей деятельности оператора
- •Прием информации оператором
- •11.1. Психофиологическая характеристика процесса приема информации
- •11.2. Энергетические и информационные карактеристики зрительного анализатора
- •Значения коэффициента отражения
- •Значения слепящей яркости для различных уровней адаптации
- •11.3. Пространственные и временные характеристики зрительного анализатора
- •11.4. Характеристики слухового анализатора
- •Нормы разборчивости речи
- •11.5. Характеристики кожного и других анализаторов
- •11.6. Взаимодействие анализаторов при приеме информации
- •Объем кратковременной памяти (количество запоминаемых символов) при мономодальном и полимодальном предъявлениях информации
- •Хранение и переработка информации оператором
- •12.1. Процессы памяти
- •Характеристика блоков хранения информации в трехкомпонентной модели памяти
- •12.2. Характеристики оперативной памяти
- •Зависимость продуктивности памяти от вероятности появления символов
- •12.3. Оперативное мышление
- •12.4. Моделирование мыслительных процессов
- •Принятие решения в деятельности оператора
- •13.1. Психологические аспекты проблемы принятия решения
- •13.2. Информационная подготовка решения
- •Характеристика процессов принятия решения
- •13.3. Принятие решения на перцептивно-опознавательном уровне
- •Вероятность опознавания фотоизображения объектов
- •13.4. Особенности принятия решения на речемыслительном уровне
- •13.5. Групповое принятие решений
- •Управляющие действия оператора
- •14.1. Рабочие движения человека-оператора
- •Скоростные характеристики движений рук
- •Размеры зон досягаемости человека, мм
- •Усилиякоторые могут развить руки человека, н
- •Рекомендуемые усилия на органы управления
- •14.2. Психомоторика оператора
- •Зависимость ошибочных реакций от вида движения
- •14.3 Антропометрические характеристики
- •Амплитуда движений различных частей тела
- •Антропометрические характеристики взрослого населения России, см
- •Исходные данные для выбора диапазона изменения антропометрических характеристик
- •Поправки на одежду и обувь для некоторых размеров тела
- •14.4. Физические качества, энерготраты и тяжесть труда оператора
- •14.5. Речевой ответ оператора
- •Функциональные состояния оператора
- •15.1. Общая характеристика функциональных состояний
- •Признаки функциональных состояний оператора
- •15.2. Эмоциональные состояния оператора
- •15.3. Утомление оператора
- •15.4. Контроль функционального состояния оператора
- •Возможности различных методов контроля
- •Требования к различным видам контроля
Значения слепящей яркости для различных уровней адаптации
Яркость поля адаптации, кд/м2 |
Яркость, дающая ощущение ослепления, кд/м |
Яркость поля адаптации, кд/м2 |
Яркость, дающая ощущение ослепления, кд/м2 |
3,2·10-6 |
6,4·10 |
3,2·10 |
11,1·104 |
3,2·10-3 |
5,9·102 |
3,2·103 |
4,62·104 |
3,210-1 |
2,18·103 |
15,9·104 |
15,9·104 |
Основной информационной характеристикой зрительного анализатора является пропускная способность, т. е. то количество информации, которое анализатор способен принять в единицу времени. Зрительный анализатор можно представить в виде канала связи, состоящего из нескольких участков передачи информации. Очевидно, пропускная способность канала в целом будет определяться пропускной способностью того участка, для которого она минимальна [1].
Рис. 11.4. Чувствительность глаза к волнам различной длины.
Наибольшая пропускная способность (≈5,6·109 дв. ед/с) имеет место на уровне фоторецепторов (сетчатки). По мере продвижения к более высоким уровням приема информации пропускная способность уменьшается, составляя на корковом уровне лишь 20 — 70 дв. ед/с. Еще меньше пропускная способность для деятельности в целом (с учетом ответных действий человека). Здесь она составляет 2 — 4 дв. ед/с.
11.3. Пространственные и временные характеристики зрительного анализатора
Пространственные характеристики зрительного анализатора определяются воспринимаемыми глазом размерами предметов и их месторасположением в пространстве. К ним относятся: острота зрения, поле зрения и объем зрительного восприятия.
Остротой зрения называется способность глаза различать мелкие детали предметов. Она определяется величиной, обратной тому минимальному размеру предмета, при котором он различим глазом. Угол зрения, равный Г, соответствует единице остроты зрения. Острота зрения зависит от уровня освещенности, расстояния до рассматриваемого предмета и его положения относительно наблюдателя, возраста. Так, например, острота зрения под углом 10° в 10 раз меньше, а под углом 30° в 23 раза меньше, чем прямо перед собой.
Размеры предметов выражаются в угловых величинах, которые связаны с линейными размерами (рис. 11.5) следующим соотношением:
(11.10)
где h и α — соответственно линейный и угловой размеры предмета; Ɩ — расстояние от глаза до предмета.
Острота зрения характеризует абсолютный пространственный порог восприятия. Минимально же допустимые размеры элементов изображения, предъявляемого оператору, должны быть на уровне оперативного порога и составлять не менее 15'.
Рис. 11.5. Зависимость между угловыми (а) и линейными (h) размерами предметов.
Важной характеристикой зрительного восприятия является его объем: число объектов, которые может охватить человек в течение одной зрительной фиксации, т. е. при симультанном восприятии. Обнаружено, что при предъявлении не связанных между собой объектов объем восприятия составляет 4 — 8 элементов. Последние исследования показывают, что объем воспроизведенного материала определяется не столько объемом восприятия, сколько объемом памяти. В зрительном образе может отражаться значительно большее число объектов, однако они не могут быть воспроизведены из-за ограниченного объема памяти [44]. Следовательно, практически важно учитывать не столько объем восприятия, сколько объем памяти.
Условно все поле зрения можно разбить на три зоны: центрального зрения (= 4°), где возможно наиболее четкое различение деталей; ясного видения (30 — 35°), где при неподвижном глазе можно опознать предмет без различных мелких деталей; периферического зрения (75 — 90°), где предметы обнаруживаются, но не опознаются. Зона периферического зрения играет большую роль при ориентации во внешней обстановке. Объекты, находящиеся в этой зоне, легко и быстро могут быть перемещены в зону ясного видения с помощью установочных движений (скачков) глаз.
Большую роль в процессе зрительного восприятия играют движения глаз. Они делятся на два больших класса: поисковые (установочные) и гностические (познавательные).
С помощью поисковых движений осуществляется поиск заданного объекта, установка глаза в исходную позицию и корректировка этой позиции. Длительность поисковых движений определяется углом, на который перемещается взор [62].
(11.11)
где— угол перемещения взора, град; tn — время перемещения взора, с.
К гностическим относятся движения, участвующие в обследовании объекта, в его опознании и различении его деталей. Основную информацию глаз получает во время фиксации, т. е. во время относительно неподвижного положения глаза, когда взор пристально устремлен на объект. Во время скачка глаз почти не получает никакой информации. Если продолжительность скачка в среднем составляет 0,025 с, то продолжительность фиксации в зависимости от условий восприятия — 0,25 — 0,65 с и более. Результаты исследований показывают, что общее время фиксаций составляет 90 — 95 % от времени зрительного восприятия [62].
Фиксации неотделимы от микродвижений глаз. В ряде опытов при помощи специального устройства изображение объекта стабилизировалось относительно сетчатки глаза, т. е. изображение не перемещалось по сетчатке. Уже через 2 — 3 с после стабилизации человек переставал видеть объект. Следовательно, движения глаз являются необходимым условием зрительного восприятия.
Временные характеристики зрительного анализатора определяются временем, необходимым для возникновения зрительного ощущения при тех или иных условиях работы оператора. К ним относятся: латентный (скрытый) период зрительной реакции, длительность инерции ощущения, критическая частота мельканий, время адаптации, длительность информационного поиска.
Латентным периодом называется промежуток времени от момента подачи сигнала до момента возникновения ощущения. Это время зависит от интенсивности сигнала (так называемый закон силы: чем сильнее раздражитель, тем реакция на него короче), его значимости (реакция на значимый для оператора сигнал короче, чем на сигналы, не имеющие значения для оператора), сложности работы оператора (чем сложнее выбор нужного сигнала среди остальных, тем реакция на него будет больше), возраста и других индивидуальных особенностей человека. Подробнее эти вопросы рассматриваются в главе XIV при изучении сенсомоторных реакций человека. В среднем же для большинства людей латентный период зрительной реакции лежит в пределах 160 — 240 млс.
Если же возникает необходимость в последовательном реагировании оператора на дискретно появляющиеся сигналы, то период их следования должен быть не меньше времени сохранения ощущения, равного 0,2 — 0,5 с. В противном случае будут замедляться точность и скорость реагирования, поскольку во время прихода нового сигнала в зрительной системе оператора еще будет оставаться образ предыдущего сигнала.
Критической частотой мельканий (КЧМ) называется та минимальная частота проблесков, при которой возникает их слитное восприятие. Эта частота зависит от яркости, размеров и конфигурации знаков (рис. 11.6). Зависимость КЧМ от яркости подчинена основному психофизическому закону
(11.12)
где а и С — константы, зависящие от размеров и конфигурации знаков, а также от спектрального состава мелькающего изображения.
Из формулы (11.12) и рис. 11.6 видно, что снижение величины fкр, если это необходимо по каким-либо техническим причинам, может быть достигнуто путем уменьшения яркости знака, сокращения его размеров или упрощения конфигурации. При обычных условиях наблюдения величина КЧМ лежит в пределах 15 — 25 Гц. При зрительном утомлении она несколько понижается.
К временным характеристикам зрительного анализатора относится и время адаптации. В процессе адаптации в значительной степени (до 108 раз) меняется чувствительность зрительного анализатора. Различают две формы адаптации: темновую (при переходе от света к темноте) и светловую (при обратном переходе).
Время адаптации зависит от ее вида и составляет десятки минут при темновой адаптации и единицы и даже доли минут — при Светловой.
Рис. 11.6. Зависимость критической частоты мельканий
а — от яркости; б — от размеров и конфигурации знаков
(1,2,3 — соответственно знаки сложной, средней и
простой конфигурации).
Весьма тесно связано с временными характеристиками зрительного анализатора и восприятие движущихся объектов. Минимальная скорость движения, которая может быть замечена глазом, зависит от наличия в поле зрения фиксированной точки отсчета. При наличии такой точки абсолютный порог восприятия скорости равен 1—2 угл. мин/с, без нее — 15 — 30 угл. мин/с. Эти данные получены в условиях, когда время предъявления не ограничено и составляет не менее 10-15 с.
Для некоторых видов операторской деятельности процесс восприятия сводится к информационному поиску — нахождению на устройстве отображения объекта с заданными признаками. Такими признаками может быть проблесковое свечение, особая форма или цвет объекта, отклонение стрелки прибора за допустимое значение и т. д. Задача оператора заключается в нахождении такого объекта и характеризуется временем, затраченным на поиск [62].
Общее время информационного поиска равно
(11.13)
где tп , tф, — соответственно время i-гo перемещения взора и i-й фиксации; n — число шагов поиска (число фиксаций), затраченных для нахождения нужного объекта.
Время перемещения определяется утлом скачка взора, время фиксации зависит от целого ряда факторов: свойств информационного поля, способа деятельности наблюдателя, степени сложности искомых элементов. Однако в условиях конкретного информационного поля (особенно при однородности его элементов) и конкретной задачи величина относительно постоянна и является характеристикой данных условий работы (табл. 11.4).
Таблица 11.4
Средняя длительность зрительной фиксации в различных задачах
Задача |
tф, млс |
Задача |
1ф , МЛС |
Поиск отметки на |
|
Поиск простых |
|
экране РЛС |
370 |
геометрических фигур |
200 |
Чтение буквы или |
|
Фиксация загорания |
|
цифры |
310 |
(погасания) индикатора |
280 |
Поиск условных |
|
Ознакомление с |
|
знаков |
300 |
ситуацией, обозначенной условными знаками |
640 |
Учитывая, что в условиях конкретной задачи, при которых tф, постоянно ивыражение (11.13) примет вид
Среднее значение времени поиска равно
(11.14)
где— математическое ожидание числа шагов поиска (числа зрительных фиксаций), необходимых для нахождения предмета с заданными признаками.
Величинанаходится при построении математической модели информационного поиска [215]. С учетом этого время равно
(11.15)
где N — общий объем (количество элементов) информационного поля; М — число элементов, обладающих заданным для поиска признаком; а — объем зрительного восприятия.
Объем зрительного восприятия ограничен, с одной стороны, объемом оперативной памяти (4 — 8 элементов), а с другой стороны, пространственными характеристиками зрения (размерами зоны ясного видения). Следует, однако, иметь в виду, что в процессе поиска размеры зоны ясного видения составляют примерно 10° [57]. В итоге под объемом восприятия в данном случае следует считать то количество предметов (но не более 4 — 8), которое одновременно попадает в зону, ограниченную углом 10° в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
На основании формулы (11.15) молено определить основные требования к организации информационного поля с точки зрения минимизации времени поиска:
элементы поля следует располагать так, чтобы в объем фиксации, ограниченный зоной 10°, попадало не более чем 4 — 8 объектов;
следует по возможности уменьшить объем поля, не допуская нахождения в нем ненужных элементов;
искомые элементы следует выделять таким образом, чтобы обеспечить наименьшее время фиксации. Наилучшим является выделение искомого элемента другим цветом или с помощью светового маркера, более плохие результаты получаются при его выделении проблесковым свечением или изменением размера и яркости (хотя эти способы более просты с точки зрения их технической реализации).
Рассмотренный подход к определению времени информационного поиска является не единственно возможным. Кроме него хорошие результаты может дать предложенный К.С. Козловым подход, базирующийся на логико-множественной модели поиска. Эта модель устанавливает зависимость между числом операций (шагов) до успеха в поиске, числом элементов информационного поля и параметрами структуры информационного поля деятельности оператора [70].