Психологические характеристики и параметры человека-оператора

Человек воспринимает поступающую из окружающей среды информацию с помощью органов зрения, слуха, осязания, вкуса, обоняния, болевых чувствительностей. Каждый из этих органов имеет свой «порог чувствительности», «пропускную способность» и «область применения» в ЭС. Различают т. н. «сенсорный вход» человека-оператора (зрение, слух, вкус, осязание, обоняние и т. п.) и «моторный выход» - рабочие движения рук, ног, туловища, характеризующиеся пространственными, временными и силовыми показателями.

Отметим некоторые общие свойства сенсорного входа человека-оператора.

Первое свойство. Человек не может решать простую задачу на различение одиночных моносигналов, если их число превышает 7 («магическое число 7+-2»). В одном из опытов испытуемым предлагали различать по частоте тона в диапазоне от 100 Гц до 8 кГц. Ошибок не было при 2…3 тонах, предъявляемых отдельно. При 4 тонах начали появляться случайные ошибки. При 5 тонах число ошибок возросло, а при 14 тонах была сплошная путаница. Аналогичны опыты со зрением, с кожной и с вкусовой чувствительностью дали примерно такие же результаты.

Второе свойство. При усложнении информации (увеличении числа признаков сигналов, например, оттенка и насыщенности цветовых раздражителей) количество воспринимаемой информации увеличивается (с 7 до 11…15 цветов).

Третье свойство. Наибольшей пропускной способностью информации обладает зрительный аппарат (5 дв. ед./сек), затем слуховой (0,3 дв. ед./сек), которые наиболее и применимы в ЭС.

Четвёртое свойство. Перекодирование информации резко изменяет пропускную способность сенсорного входа оператора. Пример: дана последовательность знаков в двоичных выражениях (0 и 1):

101000100111001110,

которую запомнить и воспроизвести весьма трудно. Если обозначить: 00 – 0; 01 – 1; 10 – 2; 11 – 3, тогда получим

220213032,

что запоминается легче, но всё также с трудом. Если же ввести обозначения: 000 – 0; 001 – 1; 010 – 2; 011 – 3; 100 – 4; 101 – 5; 110 – 6; 111 – 7, то получим

504716, запомнить которое весьма просто.

Пятое свойство. Перегрузка информацией и дефицит времени снижают способность операторов. В одной из лабораторий американских космических исследований изучали работу операторов в кабине космического тренажёра. Испытуемым подавали световые сигналы, на которые они должны были отвечать определённым образом. Если сигналы подавать один раз в 9-10 секунд, то операторы работали нормально; когда же темп подачи информации возрос в 10 раз (сигнал в секунду), то наблюдалась перегрузка информацией (пропуски, неверные ответы). Интересно, отметить, что когда темп уменьшили в 10 раз по сравнению с нормальным, то пропуски и отказы также участились.

Отсюда следует, что наибольшая чувствительность и пропускная способность сенсорного входа человека является функцией частоты подачи (приёма) информации.

Глаз человека обладает рядом свойств, которые необходимо учитывать при конструировании РЭА и, в частности, индикаторов.

Различают абсолютный и дифференциальный (контрастный) пороги чувствительности глаза.

Абсолютным порогом световой чувствительности глаза называют минимально обнаруживаемую величину яркости светового пятна на чёрном фоне в условиях отсутствия какого-либо освещения. Он лежит в диапазоне 10^-6¸10^-5 кд/м². Это означает, что световые ощущения в условиях абсолютной темноты могут быть вызваны лучистой энергией всего в несколько квантов.

Диапазон яркостей, которые воспринимает глаз, имеет порядок 10¹². Вполне естественно, что при таком изменении яркости глаз должен обладать известной адаптацией. Изменение чувствительности глаза по мере пребывания оператора в темноте называют темновой адаптацией. Причём увеличение световой чувствительности происходит в первые моменты времени непрерывно и устанавливается на постоянном уровне лишь спустя 60-80 минут. Под световой адаптацией глаза понимают изменение чувствительности, происходящее при увеличении яркости поля адаптации от нулевого до некоторого заданного. При этом происходит понижение световой чувствительности, и постоянный уровень устанавливается примерно через 5-10 минут в зависимости от яркости адаптации.

Различают по величине яркости поля адаптации дневное освещение (В³10 кд/м²), сумеречное (0,01 кд/м²<B<10 кд/м²) и ночное (В£0,01 кд/ м²). Операторы РЛС обычно работают при ночном или сумеречном освещении, а операторы устройств отображения информации – при сумеречном или дневном.

Если оператор работает в условиях, далёких от абсолютного порога световой чувствительности, то возможность раздельного видения предметов определяется не абсолютной чувствительностью глаза, а его способностью различать локализованные в отдельных местах контрасты яркости. Чаще всего для определения контраста используют соотношение:

К=, (2.7)

где - яркость объекта, наблюдаемого на фоне с яркостью .

Если <, то контраст называется прямым,

если >, то обратным.

Применительно к задаче обнаружения сигналов целей на индикаторах с лучевым экраном боле удобно пользоваться выражением:

К=, (2.8)

так как яркость отдельных точек экрана, образующих фон, является случайной величиной, и при решении задачи обнаружения оценке подлежит лишь факт наличия контраста. Сигнал в одной из двух сравниваемых точках обнаруживается оператором при условии, если

³ К₀ , (2.9)

где К₀- порог контрастной чувствительности глаза при заданных условиях наблюдения.

Порог контрастной чувствительности глаза изменяется с изменением яркости поля адаптации и оказывается неразрывно связанным с такими характеристиками зрительной системы, как инерция зрения и острота зрения. Порог видимости зависит от следующих величин: контраста, углового размера цели, яркости поля адаптации и времени наличия цели. В каждом конкретном случае мы говорим лишь о какой-либо одной пороговой величине, потому что остальные три при проведении опыта формируются заранее.

Временный порог чувствительности глаза оператора – это минимально необходимое время существования отметки для её зрительного восприятия. Эта величина колеблется в пределах тысячных и сотых долей секунды. Она зависит от инерции зрения, которая, в свою очередь, определяется яркостью фона. Отметим, что с увеличением освещённости уменьшается время инерции глаза и порог контрастной чувствительности. При этом острота зрения увеличивается. Остроту зрения или разрешающую способность глаза характеризуют порогом разрешения – минимальным угловым промежутком между равноудалёнными точками, при котором они воспринимаются глазом ещё раздельно. Предельный угол разрешения L’ имеет порядок нескольких десятых угловой минуты. Связь между ним и величиной К₀ определяется формулой

L’=c К₀ ,

где L’ – предельный угол разрешения,

К₀ - порог контрастной чувствительности глаза при заданных условиях работ,

с – постоянная, не зависящая от яркости поля адаптации.

Таким образом, острота зрения является функцией контрастной чувствительности глаза.

Глаз человека различает объекты не только по яркости, но и по цвету. Величина, обратная интенсивности лучистой энергии, необходимой для вызывания у человека впечатления некоторой определённой яркости, и характеризующая чувствительность глаза к излучению на той или иной частоте (к цвету), называется видностью. Зависимость видности зрения от цвета представлена в таблице 2.5

Таблица 2.5.

В условиях сумеречного зрения зависимость видности от длины волны (цвета) несколько смещается в сторону уменьшения длины волны, т. е. максимум чувствительности из жёлтой области перемещается в зелёную область.

Спектральная чувствительность глаза обязательно должна учитываться при выборе ЭЛТ или индикатора устройств отображения для того, чтобы путём согласования спектра излучения люминофора и полосы пропускания применяемых светофильтров обеспечить наилучшие условия передачи информации оператору.

Надо также иметь в виду, что как при значительном увеличении яркости, так и при значительном её ослаблении число различимых цветовых типов уменьшается. Это особенно важно для индикаторов РЛС с цветовой индикацией.

Значительным фактором в восприятии оператором РЛС отметок целей является задача обнаружения и способ их кодирования. В таблице 2.6 в зависимости от задачи и способа кодирования представлена средняя длительность фиксации t_ср. (время остановки глаз оператора на отметке).

Таблица 2.6.