Исследование связи восприятия и движения человека-оператора

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА В ЗАДАЧАХ ВЫНУЖДЕННОГО ВЫБОРА.. 3

ЗАДАНИЕ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ.. 3

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ.. 3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.. 4

1.1. Исследование связи восприятия и движения человека-оператора. 4

1.2. Некоторые понятия теории информации. 5

1.3. Реакция выбора как информационный процесс. 6

1.4. Определение характеристик человека-оператора как дискретного канала передачи информации. 11

1.5. Получение вероятностей из матрицы замеров. 13

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.. 15

2.1. Цель и общая характеристика экспериментов. 15

2.2. Настройка и запуск эксперимента. 15

3. ОБРАБОТКА ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТА 1. 20

3.1. Определение достаточного количества опытов и показателя точности эксперимента. 21

3.2. Линейный регрессионный анализ экспериментальных данных. 22

4. ОБРАБОТКА ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТА 2. 25

5. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ.. 25

ЛИТЕРАТУРА.. 27

Работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА В ЗАДАЧАХ ВЫНУЖДЕННОГО ВЫБОРА

Цель работы: 1. Ознакомиться с особенностями экспериментальных методов исследования информационных систем человек-машина.
2. Исследовать зависимость времени реакции оператора от количества обработанной информации в специальных экспериментах по вынужденному выбору.

Лабораторная работа состоит из двух частей:
1. Исследование информационных характеристик человека-оператора при решении задач вынужденного выбора в отсутствии ограничений по времени. 2. Исследование информационных характеристик при решении задач вынужденного выбора в условиях дефицита времени.

ЗАДАНИЕ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1. Ознакомиться с теоретической частью данной работы и материалом, изложенным в [1].

2. Выполнить индивидуальное домашнее задание, получив у преподавателя исходное задание в виде матрицы замеров. По этой матрице необходимо рассчитать информационные характеристики канала, моделирующего работу оператора. Результаты представить в виде диаграммы информационного канала. Выполнить проверочный расчет другим методом. Результаты расчета сверить у преподавателя.

3. Провести тренировочную серию опытов для приобретения навыков работы с малой цифровой клавиатурой, находящейся в правой части клавиатуры компьютера. В результате тренировки необходимо освоить "слепой" метод нажатия на клавиши малой цифровой клавиатуры.

4. Выполнить эксперимент 1 в соответствии с описанием лабораторной работы. Проанализировать полученные данные и при наличии грубых "промахов" повторить эксперимент. При наличии большого экспериментального материала грубые промахи можно просто отбросить.

5. Провести обработку результатов эксперимента 1 на ЭВМ по собственной программе, составленной согласно методике обработки, и представить результаты в соответствии с требованиями.

6. Выполнить эксперимент 2 и провести обработку его результатов на ЭВМ по собственной программе. По согласованию с преподавателем можно упростить обработку, воспользовавшись готовой программой.

7. Отчет по работе должен быть оформлен в соответствии с требованиями, изложенными ниже.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Отчет должен содержать:
1. Результаты выполнения домашнего задания.
2. По первому эксперименту:

- распечатку данных эксперимента;

- расчет значений среднего времени реакции и их доверительных интервалов;

- расчет реального показателя точности и достаточного количества опытов;

- расчет прямых линейной регрессии, времени задержки (латентного периода), скорости передачи информации оператором и соответствующих доверительных интервалов;

- график зависимости времени реакции от количества предъявляемой информации, на котором нанесены экспериментально полученные значения и аппроксимирующие их прямые линейной регрессии.

3. По второму эксперименту:

- распечатку со своими данными;

- диаграммы информационного канала для всех режимов с рассчитанными числовыми значениями;

- график зависимости времени реакции (времени предъявления стимула) от количества обработанной информации, на котором нанесены экспериментально полученные значения и аппроксимирующие их прямые линейной регрессии.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Цель и общая характеристика экспериментов

Цель экспериментов состоит в исследовании зависимости времени реакции выбора от количества информации, перерабатываемой человеком-оператором. Причем каждый студент, выполняющий данную работу, выступает и как оператор, когда он участвует в эксперименте, и как экспериментатор, когда он подготавливает эксперимент, а затем обрабатывает полученные данные и строит по ним модель информационного канала, которая описывает его работу как оператора.

Для проведения экспериментов разработан специализированный программный комплекс Human Factors[1].

Во время эксперимента испытуемому на экране демонстрируется изображение правой части клавиатуры (так называемой малой цифровой клавиатуры и нескольких служебных клавиш). Стимулом (входным сигналом) служит "загорание" одной из предъявляемых клавиш. Правильная ответная реакция оператора (выходной сигнал) заключается в максимально быстром нажатии той же клавиши на клавиатуре, т. е. в правильном выборе клавиши. Время между появлением стимула и нажатием кнопки оператором регистрируется. Также регистрируется номер нажатой клавиши. Работа состоит из двух экспериментов.

Во время первого эксперимента стимул исчезает (т. е. клавиша "гаснет") только после ответной реакции оператора (даже неверной), т. е. время предъявления стимула зависит от работы оператора и, вообще говоря, является неограниченным. Эксперимент проводится в виде серий возрастающих по сложности опытов, когда алфавит входных сигналов от серии к серии увеличивается. Это соответствует росту предъявляемой оператору информации. Благодаря отсутствию ограничений на время предъявления стимула оператор в каждой серии опытов выбирает такое время реагирования, которое позволяет ему полностью воспринять всю информацию.

Во втором эксперименте, в отличие от первого, время предъявления стимула жестко ограничено и уменьшается от одной серии опытов к другой. При этом алфавит входных сигналов и вероятность их предъявления остаются постоянными. Следовательно, количество предъявляемой информации постоянно во всех сериях опытов для заданных начальных условий. Однако из-за дефицита времени оператор не успевает обработать всю информацию и допускает ошибочные реакции или вообще не успевает реагировать (пропуск сигнала).

Предметом исследования в обоих экспериментах является зависимость времени реагирования от количества обработанной оператором информации. Напомним, что для задач выбора эта зависимость описывается законом Хика.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Дано: матрица замеров размером 4х4, описывающая работу оператора при решении задачи вынужденного выбора.

Требуется: 1) Рассчитать вероятности событий по формулам (1.27)-(1.32) и построить матрицу вероятностей событий.

2) Рассчитать все параметры информационного канала, моделирующего работу человека-оператора: информацию на входе и выходе, переданную информацию, шум и потерянную информацию. Нанести полученные значения на диаграмму информационного канала. Для расчетов рекомендуется использовать формулы (1.18)-(1.21), (1.22) и (1.25).

3) Провести проверку расчетов другим способом, используя формулы (1.23)-(1.24) или (1.25)-(1.26).

 

Ниже приведены варианты матриц замеров размером 4х4.

Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3

10 0 15 0 0 25 12 0 10 10 10 0

0 0 20 0 0 16 0 14 20 0 0 0

25 0 5 0 0 15 0 5 16 0 0 0

0 15 10 0 0 13 0 0 20 0 14 0

Вариант 4 Вариант 5 Вариант 6

12 0 12 0 0 0 0 25 0 0 0 0

0 0 0 0 0 26 20 0 12 12 12 12

0 25 0 12 0 0 0 0 10 10 0 10

15 5 11 0 12 10 7 0 0 14 4 4

Вариант 7 Вариант 8 Вариант 9

0 0 15 14 16 0 23 0 11 11 0 13

15 0 15 0 0 22 11 0 0 0 15 0

10 10 0 5 0 0 18 10 9 0 9 9

4 4 4 4 0 0 0 0 0 0 0 13

Вариант 10 Вариант 11 Вариант 12

0 15 12 0 0 0 0 17 14 14 0 0

20 0 0 5 12 15 0 0 12 12 0 0

15 0 15 10 12 15 0 0 0 0 18 18

0 0 8 0 10 10 9 0 0 0 6 6

Вариант 13 Вариант 14 Вариант 15

8 8 8 8 13 0 0 13 15 0 0 0

10 10 10 10 0 24 0 5 15 0 0 0

0 0 0 15 0 0 15 13 20 10 5 5

5 5 3 0 5 5 7 0 0 0 15 15

Вариант 16 Вариант 17 Вариант 18

12 12 10 10 8 0 0 12 0 0 0 6

8 8 10 10 8 8 8 0 6 6 6 0

0 0 0 15 5 5 5 5 26 26 0 0

0 0 0 5 10 10 10 10 16 0 0 0

Вариант 19 Вариант 20 Вариант 21

15 0 0 0 0 0 0 0 16 0 0 5

15 0 10 0 12 12 12 12 0 0 0 20

15 20 0 0 6 6 6 6 12 16 0 5

15 0 5 5 10 10 5 5 10 10 0 0

Вариант 22 Вариант 23 Вариант 24

14 0 0 14 13 13 0 13 14 0 0 10

5 5 5 5 0 13 0 0 14 0 0 10

5 5 5 10 0 0 15 5 8 8 8 8

0 0 14 5 10 15 0 10 5 5 5 5

Вариант 25 Вариант 26 Вариант 27

30 0 0 0 23 23 0 15 0 0 32 12

0 0 0 18 0 0 0 0 0 0 25 20

35 26 0 0 15 20 20 0 0 0 0 0

0 26 0 20 0 0 15 35 12 20 10 30

Вариант 28 Вариант 29 Вариант 30

23 12 18 0 0 0 0 34 20 12 12 10

12 35 12 0 0 0 34 20 0 20 10 10

0 0 0 0 0 34 12 12 0 0 25 12

10 30 18 0 10 10 5 5 15 0 0 0

Вариант 31 Вариант 32 Вариант 33

35 21 0 0 12 12 15 15 20 0 25 0

0 0 21 35 0 0 0 20 0 25 0 30

0 0 21 15 0 0 0 35 15 0 35 0

15 10 0 0 0 0 0 30 0 0 0 0

Вариант 34 Вариант 35 Вариант 36

0 15 15 20 20 0 0 15 0 15 15 20

15 0 15 20 0 25 0 15 0 0 0 0

15 15 0 10 0 0 30 10 0 10 20 25

10 10 10 0 10 0 0 35 0 10 18 35

Вариант 37 Вариант 38 Вариант 39

20 10 10 10 10 10 10 10 25 0 0 20

0 0 0 25 20 0 0 0 0 20 25 0

0 0 0 18 15 0 0 0 15 0 0 35

10 15 15 25 10 15 20 25 0 0 0 18

Вариант 40 Вариант 41 Вариант 42

30 0 0 23 0 0 15 0 22 0 0 0

0 30 0 0 0 15 20 0 22 35 0 0

10 0 0 17 0 32 26 20 20 0 30 0

0 24 24 0 10 10 10 10 10 0 0 25

Вариант 43 Вариант 44 Вариант 45

12 15 18 21 0 23 20 0 22 15 14 10

10 15 20 0 0 20 10 0 0 0 0 0

0 15 20 0 0 15 27 0 11 22 22 11

5 5 5 5 0 11 20 0 0 0 0 0

Вариант 46 Вариант 47 Вариант 48

27 20 13 0 15 10 15 10 0 15 26 0

13 20 27 0 10 15 10 15 15 0 0 26

0 13 20 27 0 0 15 20 0 30 12 0

0 0 0 0 15 20 0 0 10 0 0 10

Вариант 49 Вариант 50 Вариант 51

40 30 0 0 23 23 12 12 38 12 0 5

0 0 0 0 32 32 0 0 12 38 0 0

25 16 0 20 0 10 0 10 10 40 0 0

10 30 0 20 15 0 0 40 5 35 0 0

Вариант 52 Вариант 53 Вариант 54

29 0 0 20 0 0 0 35 0 23 15 0

0 29 20 0 0 0 52 0 0 0 0 0

34 20 10 10 12 25 25 12 0 15 50 20

0 0 0 0 12 25 0 0 0 26 31 36

Вариант 55 Вариант 56 Вариант 57

0 13 35 40 24 0 24 0 12 26 0 0

13 0 25 25 35 24 0 0 0 0 35 20

10 35 0 0 42 0 0 0 25 30 0 0

25 0 0 0 0 0 15 30 0 0 18 50

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Белобжеский Л.А. Инженерная психология в информационных системах ЛА / Под редакцией В.В.Петрова. - М.: МАИ, 1988. - 55 с.

2. Белобжеский Л.А. Инженерная психология и искусственный интеллект / Под редакцией В.В.Петрова. - М.: МАИ, 1991. - 68 с.

3. Шеридан Т.Б. и Феррелл У.Р. Системы человек-машина. - М.: Машиностроение, 1980. - 400 с.

4. Основы инженерной психологии / Под редакцией Б.Ф.Ломова. - М.: Высшая школа, 1986. - 448 с.

5. Яглом А.М., Яглом И.М. Вероятность и информация. - М.: Наука, 1973. - 512 с.

6. Справочник по инженерной психологии. - М.: Машиностроение, 1982. - 368 с.

 

[1]Программный комплекс Human Factors разработан студентами кафедры 303 МАИ Гуреевым В.О., Половинкиным В.А. и Филенковым А.Ю. Его доработка проведена Турчинским Р.В. Работа выполнена под научным руководством доцента кафедры 303 Белобжеского Л.А.

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА В ЗАДАЧАХ ВЫНУЖДЕННОГО ВЫБОРА.. 3

ЗАДАНИЕ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ.. 3

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ.. 3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.. 4

1.1. Исследование связи восприятия и движения человека-оператора. 4

1.2. Некоторые понятия теории информации. 5

1.3. Реакция выбора как информационный процесс. 6

1.4. Определение характеристик человека-оператора как дискретного канала передачи информации. 11

1.5. Получение вероятностей из матрицы замеров. 13

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.. 15

2.1. Цель и общая характеристика экспериментов. 15

2.2. Настройка и запуск эксперимента. 15

3. ОБРАБОТКА ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТА 1. 20

3.1. Определение достаточного количества опытов и показателя точности эксперимента. 21

3.2. Линейный регрессионный анализ экспериментальных данных. 22

4. ОБРАБОТКА ДАННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТА 2. 25

5. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ.. 25

ЛИТЕРАТУРА.. 27

Работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА В ЗАДАЧАХ ВЫНУЖДЕННОГО ВЫБОРА

Цель работы: 1. Ознакомиться с особенностями экспериментальных методов исследования информационных систем человек-машина.
2. Исследовать зависимость времени реакции оператора от количества обработанной информации в специальных экспериментах по вынужденному выбору.

Лабораторная работа состоит из двух частей:
1. Исследование информационных характеристик человека-оператора при решении задач вынужденного выбора в отсутствии ограничений по времени. 2. Исследование информационных характеристик при решении задач вынужденного выбора в условиях дефицита времени.

ЗАДАНИЕ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1. Ознакомиться с теоретической частью данной работы и материалом, изложенным в [1].

2. Выполнить индивидуальное домашнее задание, получив у преподавателя исходное задание в виде матрицы замеров. По этой матрице необходимо рассчитать информационные характеристики канала, моделирующего работу оператора. Результаты представить в виде диаграммы информационного канала. Выполнить проверочный расчет другим методом. Результаты расчета сверить у преподавателя.

3. Провести тренировочную серию опытов для приобретения навыков работы с малой цифровой клавиатурой, находящейся в правой части клавиатуры компьютера. В результате тренировки необходимо освоить "слепой" метод нажатия на клавиши малой цифровой клавиатуры.

4. Выполнить эксперимент 1 в соответствии с описанием лабораторной работы. Проанализировать полученные данные и при наличии грубых "промахов" повторить эксперимент. При наличии большого экспериментального материала грубые промахи можно просто отбросить.

5. Провести обработку результатов эксперимента 1 на ЭВМ по собственной программе, составленной согласно методике обработки, и представить результаты в соответствии с требованиями.

6. Выполнить эксперимент 2 и провести обработку его результатов на ЭВМ по собственной программе. По согласованию с преподавателем можно упростить обработку, воспользовавшись готовой программой.

7. Отчет по работе должен быть оформлен в соответствии с требованиями, изложенными ниже.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Отчет должен содержать:
1. Результаты выполнения домашнего задания.
2. По первому эксперименту:

- распечатку данных эксперимента;

- расчет значений среднего времени реакции и их доверительных интервалов;

- расчет реального показателя точности и достаточного количества опытов;

- расчет прямых линейной регрессии, времени задержки (латентного периода), скорости передачи информации оператором и соответствующих доверительных интервалов;

- график зависимости времени реакции от количества предъявляемой информации, на котором нанесены экспериментально полученные значения и аппроксимирующие их прямые линейной регрессии.

3. По второму эксперименту:

- распечатку со своими данными;

- диаграммы информационного канала для всех режимов с рассчитанными числовыми значениями;

- график зависимости времени реакции (времени предъявления стимула) от количества обработанной информации, на котором нанесены экспериментально полученные значения и аппроксимирующие их прямые линейной регрессии.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Исследование связи восприятия и движения человека-оператора

Во многих задачах переработки информации человек-оператор выступает в качестве информационного канала. Его целью является выполнение постоянных реакций на стимулы из заданного множества в предположении, что соответствие между стимулами и реакциями выучено заранее. Переписывание, передача сообщений, работа диспетчера могут служить примерами деятельности, когда важно передать к выходу максимально возможное количество входной информации и в то же время жестко придерживаться правил или соглашений, определяющих правильные реакции.

Любому управляющему действию оператора предшествует восприятие информации. Связь восприятия (сенсорного компонента) и движения (моторного компонента) осуществляется в виде сенсомоторной реакции. Сенсомоторной реакцией называется одиночное (дискретное) движение оператора на появление (прекращение действия) того или иного раздражителя [4]. Временем реакции называют интервал времени между предъявлением сигнала (стимула) и обнаружением реакции на него. Изучение сенсомоторных реакций имеет большое значение для инженерной психологии. Это обусловлено следующими причинами: 1. Многие виды операторской деятельности в той или иной степени представляют собой совокупность различных видов сенсомоторных реакций. 2. Время реакции может использоваться как один из показателей психофизиологического состояния оператора или готовности его к выполнению определенного вида деятельности.
3. Время реакции очень часто используется как индикатор при инженерно-психологических измерениях и исследованиях.

Различают следующие типы сенсомоторных реакций:

1. Простая сенсомоторная реакция (тип А) заключается в максимально быстром ответе заранее известным простым одиночным движением на внезапно появляющийся (исчезающий), но заранее известный сигнал. Основной показатель такой реакции - время, которое складывается из двух составляющих: латентного (скрытого) периода и времени моторного акта. На рис. 1 представлено соотношение между различными компонентами сенсомоторной реакции. В реальных процессах работы оператора простая сенсомоторная реакция встречается сравнительно редко.

2. Сложная сенсомоторная реакция подразделяется на два типа. Тип В - предельно быстрое различение поступившего сигнала среди ряда возможных и выбор соответствующего ответного действия, т. е. реакции. Тип С - способность реагировать на один из нескольких предъявленных сигналов, оставляя без внимания остальные. Реакции типа В и С называются реакциями выбора. Они являются наиболее характерными для многих видов деятельности человека-оператора. Например, каждому из отличающихся сигналов соответствует включение своего тумблера или кнопки.

3. Реакция на движущийся объект - способность реагировать на достижение движущимся (например, на экране) объектом заданной точки.

В данной работе исследуется реакция выбора типа В.

При анализе сложных реакций необходимо иметь ввиду, что движение в той или иной степени осуществляется под контролем зрительной системы. Многие элементы программы двигательного акта формируются еще до начала движения, по отношению к которому зрительная система выступает в роли задающего устройства. Таким образом, сенсорная и моторная компоненты времени реакции (ВР) имеют во времени общий участок (заштрихован на рис. 1).

Для деятельности оператора характерно два режима осуществления сложных сенсомоторных реакций. В первом случае перед началом движения глаза неподвижны (режим зрительной фиксации), а рука находится в покое. Например, оператор должен вести наблюдение за некоторым узким участком индикатора и в то же время реагировать на появление сигналов вне этого участка.

Во втором случае глаза наблюдателя свободно рассматривают некоторое информационное поле, а рука или неподвижна, или занята каким-то побочным движением. Это возникает тогда, когда оператор должен вести наблюдение за несколькими индикаторами одновременно и реагировать только в том случае, если на одном из них произошло критическое изменение некоторого параметра. Такой режим работы оператора называется свободным.

Проведенные исследования показали, что латентный период ВР в свободном режиме при прочих равных условиях значительно меньше, чем в режиме фиксации. Кроме того, величина латентного периода зависит от эксцентриситета (смещения от центра) стимула на сетчатке. Это увеличение более заметно в режиме фиксации, особенно за пределами зоны ясного видения (т. е. при угловом эксцентриситете больше 45 градусов).

Время движения (ВД) при прочих равных условиях также существенно меньше в свободном режиме по сравнению с режимом фиксации. Его величина зависит от направления движения: движение вправо и вниз протекает быстрее, чем влево и вверх. Кроме того, ВД линейно возрастает при увеличении амплитуды движения.

Рассмотренные выше результаты, свидетельствующие об уменьшении обеих составляющих в свободном режиме по сравнению с режимом фиксации, представляют интерес для инженерной психологии. В этом проявляется единство сенсорных и моторных процессов: в ответ на изменение режима наблюдения появляются качественные и количественные изменения в моторной деятельности. Это как раз и свидетельствует об участии параллельно действующих каналов, имеющих общие временные участки.

Значительный интерес представляет исследование зависимости времени реакции оператора от сложности выбора нужного сигнала на информационном поле. Именно этот вопрос будет рассмотрен в данной лабораторной работе. Экспериментально подтверждено, что в качестве меры сложности правильно использовать количество поступающей к оператору информации. Прежде чем рассмотреть соответствующие результаты, вкратце остановимся на некоторых понятиях теории информации, которые нам понадобятся для анализа экспериментальных данных.