兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 972-981.doi: 10.12382/bgxb.2022.0018
孙晓东1, 金晓萍1,*(), 解芳2, 孙厚杰1, 郑思涓2
收稿日期:
2022-01-06
上线日期:
2023-04-28
通讯作者:
SUN Xiaodong1, JIN Xiaoping1,*(), XIE Fang2, SUN Houjie1, ZHENG Sijuan2
Received:
2022-01-06
Online:
2023-04-28
摘要:
为探究敌车方向的多模态告警对不同认知负荷水平下装甲车辆乘员反应的影响,招募20名成年男性开展告警类型和认知负荷水平双因素工效学实验。基于装甲车辆乘员任务虚拟仿真实验平台,面向装甲车辆乘员某一假定作业任务,针对敌车方向对不同认知负荷水平下的乘员进行告警。实验结果表明:相比视觉告警,包含触觉的多模态告警更容易使乘员理解且更符合乘员的认知状态,显著减少了乘员的反应时间、歼敌时间和反应错误率;相比低认知负荷水平,高认知负荷水平下乘员的信息理解能力显著下降,反应时间、歼敌时间和反应错误率显著增加;在视觉通道信息量过载或认知负荷增大时,可采用多模态告警来加快乘员的反应时间,提升作战绩效。该研究可为装甲车辆舱室多模态人机交互告警设计提供理论依据。
孙晓东, 金晓萍, 解芳, 孙厚杰, 郑思涓. 多模态告警和认知负荷对装甲车辆乘员反应的影响[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 972-981.
SUN Xiaodong, JIN Xiaoping, XIE Fang, SUN Houjie, ZHENG Sijuan. Effects of Multimodal Warning and Cognitive Load on the Response of Armored Vehicle Occupants[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(4): 972-981.
因素1 | 因素2 | |
---|---|---|
高认知负荷 | 低认知负荷 | |
V | 视觉告警 倒数计数次任务 | 视觉告警 无倒数计数次任务 |
V+A | 视觉告警 听觉告警 倒数计数次任务 | 视觉告警 听觉告警 无倒数计数次任务 |
V+T | 视觉告警 触觉告警 倒数计数次任务 | 视觉告警 触觉告警 无倒数计数次任务 |
V+A+T | 视觉告警 听觉告警 触觉告警 倒数计数次任务 | 视觉告警 听觉告警 触觉告警 无倒数计数次任务 |
表1 不同实验条件设定
Table 1 Various experimental settings
因素1 | 因素2 | |
---|---|---|
高认知负荷 | 低认知负荷 | |
V | 视觉告警 倒数计数次任务 | 视觉告警 无倒数计数次任务 |
V+A | 视觉告警 听觉告警 倒数计数次任务 | 视觉告警 听觉告警 无倒数计数次任务 |
V+T | 视觉告警 触觉告警 倒数计数次任务 | 视觉告警 触觉告警 无倒数计数次任务 |
V+A+T | 视觉告警 听觉告警 触觉告警 倒数计数次任务 | 视觉告警 听觉告警 触觉告警 无倒数计数次任务 |
等级 | 评价内容 | |
---|---|---|
信号理解 | 知觉匹配 | |
2 | 能够快速并正确理解告警信息 | 十分符合自身认知状态的感觉 |
1 | 能够理解告警信息 | 比较符合自身认知状态的感觉 |
0 | 一定条件下可以理解告警信息 | 一定条件下符合自身认知状态 |
-1 | 会对告警信息产生误解 | 与自身认知状态感觉不同 |
-2 | 完全无法理解告警信息 | 与自身认知状态感觉完全不同 |
表2 理解性评价量表
Table 2 Comprehensibility rating scale
等级 | 评价内容 | |
---|---|---|
信号理解 | 知觉匹配 | |
2 | 能够快速并正确理解告警信息 | 十分符合自身认知状态的感觉 |
1 | 能够理解告警信息 | 比较符合自身认知状态的感觉 |
0 | 一定条件下可以理解告警信息 | 一定条件下符合自身认知状态 |
-1 | 会对告警信息产生误解 | 与自身认知状态感觉不同 |
-2 | 完全无法理解告警信息 | 与自身认知状态感觉完全不同 |
等级 | 舒适度 |
---|---|
2 | 完全没有烦扰感 |
1 | 没有烦扰感 |
0 | 有轻微烦扰感 |
-1 | 烦扰感较高,产生不快情绪 |
-2 | 烦扰感很高,产生不适和厌恶 |
表3 接受性评价量表
Table 3 Acceptability rating scale
等级 | 舒适度 |
---|---|
2 | 完全没有烦扰感 |
1 | 没有烦扰感 |
0 | 有轻微烦扰感 |
-1 | 烦扰感较高,产生不快情绪 |
-2 | 烦扰感很高,产生不适和厌恶 |
认知负荷 水平 | 告警 类型 | 信号理解 得分 | 知觉匹配 得分 | 舒适度得分 |
---|---|---|---|---|
高认知 负荷 | V | 0.95±0.22 | 0.90±0.45 | 1.20±0.52 |
V+A | 1.25±0.55 | 1.00±0.51 | 1.25±0.52 | |
V+T | 1.55±0.51 | 1.15±0.49 | 1.05±0.51 | |
V+A+T | 1.75±0.44 | 1.30±0.47 | 1.20±0.41 | |
低认知 负荷 | V | 1.15±0.59 | 1.05±0.51 | 1.25±0.44 |
V+A | 1.30±0.47 | 1.20±0.62 | 1.30±0.47 | |
V+T | 1.65±0.49 | 1.40±0.60 | 1.20±0.41 | |
V+A+T | 1.80±0.41 | 1.55±0.51 | 1.30±0.47 |
表4 不同实验条件下的主观评价量表描述性统计结果(平均值±标准差)
Table 4 Descriptive statistical results of subjective evaluation scale under different experimental conditions (M±SD)
认知负荷 水平 | 告警 类型 | 信号理解 得分 | 知觉匹配 得分 | 舒适度得分 |
---|---|---|---|---|
高认知 负荷 | V | 0.95±0.22 | 0.90±0.45 | 1.20±0.52 |
V+A | 1.25±0.55 | 1.00±0.51 | 1.25±0.52 | |
V+T | 1.55±0.51 | 1.15±0.49 | 1.05±0.51 | |
V+A+T | 1.75±0.44 | 1.30±0.47 | 1.20±0.41 | |
低认知 负荷 | V | 1.15±0.59 | 1.05±0.51 | 1.25±0.44 |
V+A | 1.30±0.47 | 1.20±0.62 | 1.30±0.47 | |
V+T | 1.65±0.49 | 1.40±0.60 | 1.20±0.41 | |
V+A+T | 1.80±0.41 | 1.55±0.51 | 1.30±0.47 |
认知负荷 水平 | 告警类型 | 反应时间/ s | 歼敌时间/ s | 反应错误 率/% |
---|---|---|---|---|
高认知 负荷 | V | 1.08±0.13 | 10.36±1.14 | 7(4.38%) |
V+A | 1.02±0.08 | 9.71±1.12 | 6(3.75%) | |
V+T | 0.91±0.15 | 8.76±1.54 | 1(0.625%) | |
V+A+T | 0.88±0.12 | 8.49±1.49 | 1(0.625%) | |
低认知 负荷 | V | 0.93±0.10 | 9.94±1.00 | 2(1.25%) |
V+A | 0.89±0.11 | 9.14±1.60 | 2(1.25%) | |
V+T | 0.75±0.21 | 8.43±1.68 | 1(0.625%) | |
V+A+T | 0.71±0.10 | 8.01±0.95 | 0(0%) |
表5 不同实验条件下的反应时间、歼敌时间和反应错误率描述性统计结果(平均值±标准差)
Table 5 Descriptive statistical results of reaction time, annihilation time, and reaction error rate under different experimental conditions (M±SD)
认知负荷 水平 | 告警类型 | 反应时间/ s | 歼敌时间/ s | 反应错误 率/% |
---|---|---|---|---|
高认知 负荷 | V | 1.08±0.13 | 10.36±1.14 | 7(4.38%) |
V+A | 1.02±0.08 | 9.71±1.12 | 6(3.75%) | |
V+T | 0.91±0.15 | 8.76±1.54 | 1(0.625%) | |
V+A+T | 0.88±0.12 | 8.49±1.49 | 1(0.625%) | |
低认知 负荷 | V | 0.93±0.10 | 9.94±1.00 | 2(1.25%) |
V+A | 0.89±0.11 | 9.14±1.60 | 2(1.25%) | |
V+T | 0.75±0.21 | 8.43±1.68 | 1(0.625%) | |
V+A+T | 0.71±0.10 | 8.01±0.95 | 0(0%) |
评价指标 | 告警类型 | 认知负荷水平 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
自由度 | F值 | p | η2 | 自由度 | F值 | p | η2 | |
信号理解 | 35.81 | 13.66 | <0.001** | 0.418 | 19 | 8.94 | 0.008* | 0.320 |
知觉匹配 | 39.00 | 5.47 | 0.008* | 0.224 | 19 | 8.99 | 0.007* | 0.321 |
舒适度 | 57.00 | 0.45 | 0.721 | 0.023 | 19 | 2.11 | 0.163 | 0.100 |
反应时间 | 36.96 | 20.29 | <0.001** | 0.516 | 19 | 55.69 | <0.001** | 0.746 |
歼敌时间 | 43.81 | 17.37 | <0.001** | 0.478 | 19 | 6.90 | 0.017* | 0.266 |
反应错误率 | 36.73 | 3.96 | 0.029* | 0.172 | 19 | 5.59 | 0.029* | 0.227 |
表6 ANOVA结果汇总
Table 6 Summary of ANOVA results
评价指标 | 告警类型 | 认知负荷水平 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
自由度 | F值 | p | η2 | 自由度 | F值 | p | η2 | |
信号理解 | 35.81 | 13.66 | <0.001** | 0.418 | 19 | 8.94 | 0.008* | 0.320 |
知觉匹配 | 39.00 | 5.47 | 0.008* | 0.224 | 19 | 8.99 | 0.007* | 0.321 |
舒适度 | 57.00 | 0.45 | 0.721 | 0.023 | 19 | 2.11 | 0.163 | 0.100 |
反应时间 | 36.96 | 20.29 | <0.001** | 0.516 | 19 | 55.69 | <0.001** | 0.746 |
歼敌时间 | 43.81 | 17.37 | <0.001** | 0.478 | 19 | 6.90 | 0.017* | 0.266 |
反应错误率 | 36.73 | 3.96 | 0.029* | 0.172 | 19 | 5.59 | 0.029* | 0.227 |
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