4.1.2理论可行
为使得模型更加具有科学性,文章中通过主观测量法让操纵员对任务完成过程中所承担的认知负荷依据主观感受进行评分,在通过线性拟合的方法完成认知负荷模型的量化。
基于Carolina[46]、Leandro[45]、Brook[42]等关于注视熵与操纵员任务负荷相关性的研究以及Lamberts[101]和刘鑫[27]等人关于注视时长和注视点个数与操纵员认知负荷之间的关系的研究,选取SGE、GTE、单位时间内注视点的个数以及注视总时间这四个指标作为构建量化模型的基础:
1静止注视熵(Stationary Gaze entropy,SGE)
SGE是对眼球运动的空间分布的一种量化。SGE测量在给定的观看时间内注视位置的不确定性。Leandro等[45]通过记录在三个腹腔镜运动的高保真虚拟模拟过程中的眼球运动,发现当手术任务的难度增大时静止注视熵会随之增加。本研究对核电厂数字化主控室中操纵员的认知负荷与静止注视熵进行验证分析,发现随着操纵员认知负荷的增加,静止注视熵也增加。本研究中将静止注视熵作为模型的正相关变量之一。
2注视转移熵(Gaze transition entropy,GTE)
GTE可以通过眼动的转化模式对注视行为进行评估。GTE是基于当前注视位置,对下一个注视位置的不确定性进行测量。Brook等[42]通过注视熵研究酒精对驾驶行为的影响,发现酒精对自上而下或目标驱动的注视控制的减弱是通过GTE在上升和下降时段的显著减少来反映的。本研究对核电厂数字化主控室中操纵员的认知负荷与注视转移熵进行验证分析,发现与静止注视熵一致,随着操纵员认知负荷的增加,注视转移熵也会增加。本研究中将注视转移熵作为量化模型的正相关变量之一。
第5章总结与展望
5.1研究总结
本文基于前人的研究,结合心理学和眼动追踪技术,对认知负荷缺少定量化测量方法这一问题进行研究。通过对认知负荷等理论进行综述可以发现,当前认知负荷的研究还主要停留在定性研究,而非定量研究。定量研究已经成为了认知负荷研究领域的热门方向。
本研究通过将眼动指标量化为注视熵(静止注视熵和转移注视熵),验证了注视熵测量操纵员认知负荷的有效性,并提出了基于注视熵的核电厂数字化主控室操纵员认知负荷量化模型。围绕这些内容,本研究主要完成了以下两部分工作:
(1)验证注视熵可以作为操纵员认知负荷测量的有效指标
在理论部分,首先论述了对操纵员的认知负荷进行测量与核电厂安全运行的重要性,比较了现有认知负荷测量方法的优劣势,讲述了眼动技术发展现状;其次研究了眼动技术在人机界面操纵员认知负荷测量方面的应用;最后介绍了注视熵的由来,探讨了引入注视熵的重要性与必要性,介绍了注视熵的国内外研究现状及其在任务负荷领域的应用,为研究注视熵与认知负荷的关系提供了理论支持。在实验部分,为确定不同工况会对操纵员的认知负荷产生影响,采用了正常工况和事故工况两种工况进行对照实验。利用NASA—TLX量表对不同工况下操纵员的认知负荷进行测量,根据两种工况下操纵员认知负荷的差异情况,确定不同工况下操纵员的认知负荷确实存在显著差别。再利用Python进行编程,获取实验过程中的注视熵的值,最后通过SPSS数据分析软件对注视熵和认知负荷测量值进行相关性分析得出了注视熵可以作为操纵员认知负荷测量的有效指标这一结论。
参考文献(略)