研究与建模

注意力以及航空显示器布局：研究与建模

Christopher D.Wickens

摘　　要

这个报告总结了在NASA NAG2-1535合同下所做的各项研究。研究大体包括6个方面：杂乱效应，三维显示，显示尺寸改变，听觉和视觉显示器比较，不完善诊断自动化的使用以及注意力和自动化的互动建模。每一个重点领域都与一组研究项目有关。这些研究项目的内容在所附摘要中描述，想查看全文的话可以浏览网址：http://www.humanfactors.uinc.edu/research/techreport/techreports.asp.

研究综述

这5年的所有努力集中在6个相互关联的研究领域，这些领域都涉及驾驶舱中对飞行员显示信息的问题。在很大程度上，我们认为解决的这些问题以及产生的这些原则也适用于更广范围的多任务监督和控制环境。下面我们按编号分别说明合同资助的这6个方面的技术报告。报告的摘要在附录A中给出。附录B包括以这项研究为基础而出版的一系列参考文献。

1.1　解决杂乱的各种途径

想要将关于交通、天气、地形危险和其他要求任务［3，5，14，16，19］的大量相关空域信息传达给飞行员，在好几个报告中，都阐述了这种想法的消极后果。这些项目基本的主题就在于权衡4种显示布局：各数据库分别显示在附近的盘面中；有重点和无重点情况下数据库可以被重叠或融合；数据库可添加也可删除数据；在相同的显示区域里只限一次显示一个信息（比如多功能显示器或去杂乱显示器）。取决于任务和信息，每种显示方式都各有利弊。我们的研究就是试图去识别出这些事项。例如，如果任务要求融合两个数据库，使用一个更加混杂的重叠显示方案是可以接受的，但是如果要求将注意力集中到一个数据库上，就不可以接受。虽然目前的资助合同还没有加以考虑，我们还需要注意到，这项研究也与将何种信息放到平视显示器上，叠加到外界信息之上的问题密切相关（Wickens Ververs ＆Fadden，2004）。

1.2　显示维度

基于以往NASA支持的研究结果（见Wickens，2000），我们研究的大方向集中在三维显示的优势和成本（尤其是和共面的2D显示相比）。其中有一个议题集中在3D航路显示器或空中高速公路（HITS）显示器——综合视景系统（SVS）显示套件［1，4，16，17，19］的一部分——的属性问题。我们提出这样一个问题，哪些特征能使之成为航迹引导中的一个特别有价值的工具，是预报，预览还是沿航迹轴线上的三维深度展现。该研究与NASALangley支持实施的努力密切相关（Alexander Hardy ＆Wickens，已付印）。

还有一个议题更加直接地集中在3D显示的优势和脆弱性上，用以支持交通信息在驾驶舱中显示（CDTI）［4，7，12，18，19］时与地形，特别是与交通相关的整体危险意识。这些研究说明，这类显示系统的一个主要问题与它们的模糊性［4］相关，但是缓解该类问题的关键在于给出显示系统的可转动版本［18］。

1.3　大小与压缩

以上两方面的研究都与显示变化有关，这些变化影响显示的尺寸以及信息的空间分辨率。例如相对于综合重叠显示方式来说，在［1］中所提到的“分离”的并排显示方式会要求将显示尺寸减半。［2］中提到的三维显示则会沿纵深轴产生压缩，使得显示间距减小［4，9］。由于这类调控显示系统的可读性和显示监控、改变显示间距和偏差的感知量以及影响对驾驶员判断的暗示，在［14，19］中我们全面讨论了这些以及其他不同显示尺寸和分辨率的情况。

1.4　显示模式

我们的几项努力对语音信息以及告警信息的听觉传输和视觉传输进行了比较（在视觉输入占主导的驾驶舱中）。该项研究不仅回答了像何时使用语音组合或听觉告警来传达危险信息比较恰当这类实际问题，而且还对两种交叉模式显示理论进行了比较。多重资源理论预计，交叉模式显示可以使双任务套件中的两项工作完成得更好，然而听觉先导理论预计，尽管离散信息可以从听觉表象中获益，但是这样会捕获或者“抢先吸引”注意力以致损害正在持续进行的视觉任务［10，21］。我们的研究支持这两种理论，但是视觉信息源分散得越广泛，多重信息理论越占优势。

1.5　不完善的自动化

一项正在实施的项目显示，各种形式的计算机自动化可以为信息显示提供帮助。当这种自动化完全可靠时，其效果通常会降低工作负荷和提高绩效。可是我们感兴趣的地方在于剩余效益以及不完善自动化（即可靠性＜1.0）的各种代价。长时间对冲突进行超前预测时［15，21］，不可避免地会降低结果的可靠性，因此我们特别关注不完善的CDTI交通冲突告警。这里谈到的不单单是告警可靠性低于1.0时，剩余利润（与无告警相比）的度，还包括在权衡“遗漏”（或者告警迟滞）与虚假警报的过程中，告警阈值产生的影响。

1.6　计算机建模

我们研究的所有方面几乎都可以归结为3种计算模型，它们与显示器格式和设计有关。

1.6.1　自动化使用

文献［2］设置了一个平台让我们去了解自动化使用的认知效应。我们选择了一个自动相关模型，将我们在现阶段接受资助的工作，与同时进行的UAVs研究工作中诊断自动化相关和告警阈值设置的计算机模型相互关联（Dixon ＆Wickens，已付印；Wickens Dixon ＆Ambinder，2006；Wickens ＆Dixon，已付印）。

1.6.2 有选择地关注：SEEV模型

该模型由突出（S）、努力（E）、期望（E）和价值（V）这几点驱动视觉扫描，在［6］和［11］中有介绍。SEEV的相似模型是情景意识关注（A-SA）模型，由NASA单独拨款给以支持（见Wickens McCarleyet等，2005，已付印）。SEEV模型描述了信息访问和扫描，这两点对情景意识和后续表现来说很必要。［16］中所提出的试验与上面［1］和［2］中描述的杂乱和3D问题有关，同时试验也得到了用来验证SEEV和A-SA模型的视觉扫描数据。我们对关注模型所做工作中的一个派生结果着眼于注意力凝滞或者注意力隧道效应，使得飞行员不去关注异常或未预期的事件。

1.6.3　显示布局和DFSAM模型

能将上面大部分的研究进行整合的计算模型叫做显示格式的情景意识模型（DFSAM）［20］。该模型认为，某一个显示格式净值是一系列诸如杂乱、尺寸、维度等“影响力”的线性求和。这些因素的共同效应会产生反映显示价值的综合数据。在［21］中这些分力的量值来源于上面提到的经验研究的结果（还要加上其他一些先前NASA所支持的工作），然后用来预测［16］中提到的SVS模拟中不同条件下不同任务的净性能，进而对SVS模拟结果进行验证。验证得出的结果是，预计的性能分数和观测到的性能分数有强的相关性。

技术报告清单（摘要见附录A）

［1］Doherty，S.M.，Wickens，C.D.（2000）.An Analysis of the Immersed Perspective Flight Path Display Benefit：Benefits of Preview，Prediction，and Frame of Reference（ARL-00-5/NASA-00-1）.

［2］Wickens，C.D.（2000）.Imperfect and Unreliable Automation and Its Implications for Attention Allocation，Information Accessand Situation Awareness（ARL-00-10/NASA-00-2）.

［3］Kroft，P.，Wickens，C.D.（2001）.The Display of Multiple Geographical Data Bases：Implications of Visual Attention（ARL-01-2/NASA-01-2）.

［4］Boeckman，K.J.，Wickens，C.D.（2001）.The Resolution and Performance Effects of Three-Dimensional Display Rotationon Local Guidance and Spatial Awareness Measures（ARL-01-4/NASA-01-3）.

［5］Podczerwinski，E.S.，Wickens，C.D.，Alexander，A.L.（2002）.Exploring the“Out of Sight，Out of Mind”Phenomenon in DynamicSettings Across Electronic Map Displays（ARL-01-8/NASA-01-4）.

［6］Wickens，C.D.，Helleberg，J.，Kroft，P.，Talleur，D.A.，Xu，X.（2001）.Mid Air Target Detection：What

Makes it Difficult？Application of Attention and Situation Awareness Model（ARL-01-9/NASA-01-5）.

［7］Alexander，A.L.，Wickens，C.D.（2001）.Cockpit Display of Traffic In for mation：The Effects of Traffic Load，Dimensionality，and Vertical Profile Orientation（ARL-01-17/NASA-01-8）.

［8］Muthard，E.K.，Wickens，C.D.（2001）.Change Detectionina Flight Planning Task Environment：An Examination of the Confirmation Bias and Its Relation to Decision Making Errors（ARL-01-18/NASA-01-9）.

［9］Wickens，C.D.（2002）.Spatial Awareness Biases（ARL-02-6/NASA-02-4）.

［10］Wickens，C.D.，Dixon，S.，Seppelt，B.（2002）.In Vehicle Displays and Control Task Interference：The Effects of Display Location and Modality（AHFD-02-7/NASA-02-5/GM-02-1）.

［11］Wickens，C.D.，Goh，J.，Helleberg，J.，Talleur，D.A.（2002）.Modality Differences in Advanced Cockpit Displays：Comparing Auditory and Vision for Navigational Communications and Traffic Awareness（ARL-02-8/NASA-02-6）.

［12］Alexander，A.L.，Wickens，C.D.（2002）.Does Traffic Load Modulate the Effects of Traffic Display Formats on Performance？（ARL-02-9/NASA-02-7）.

［13］Muthard，E.K.，Wickens，C.D.（2002）.Factors That Mediate Flight Plan Monitoring and Errors in Plan Revision：An Examination of Planning Under Automated Conditions（AHFD-02-11/NASA-02-8）.

［14］Muthard，E.K.，Wickens，C.D.（2004）.Compensation for Display Enlargement in Flight Control and Surveillance（AHFD-04-3/NASA-04-1）.

［15］Xu，X.，Wickens，C.D.，Rantanen，E.（2004）.Imperfect Conflict Alerting Systems for the Cockpit Display of Traffic Information（AHFD-04-8/NASA-04-2）.

［16］Wickens，C.D.，Alexander，A.L.，Thomas，L.C.，Horrey，W.J.，Nunes，A.，Hardy，T.J.，Zheng，X.S.（2004）.Traffic and Flight Guidance Depictionon a Synthetic Vision System Display：The Effects of Clutteron Performance and Visual Attention Allocation（AHFD-04-10/NASA（HPM）-04-1）.

［17］Iani，C.，Wickens，C.D.（2004）.Factors Affecting Task Management in Aviation（AHFD-04-18/NASA-04-7）.

［18］Thomas，L.C.，Wickens，C.D.（2005）.Effects of Display Dimensionality，Conflict Geometry，and Time Pressureon Conflict Detection and Resolution Performance Using a Cockpit Display of Traffic Information（AHFD-05-4/NASA-05-1）.

［19］Muthard，E.K.，Wickens，C.D.（2005）.Display Size Contamination of Attentional and Spatial Tasks：An Evaluation of Display Minification and Axis Compression（AHFD-05-12/NASA-05-3）.

［20］Wickens，C.D.（2005）.Display For matting and Situation Awareness Model（DFSAM）：An Approach to Aviation Display Design（AHFD-05-14/NASA-05-5）.

［21］Colcombe，A.，Wickens，C.D.（2005）.Cockpit Display of Traffic In for mation Automated Conflict Alerting：Parameters to Maximize Effectiveness and Minimize Disruptionin Multi-Task Environments（AHFD-05-22/NASA-05-9）.

［22］Wickens，C.D.（2005）.Attentional Tunneling and Task Management（AHFD-05-23/NASA-05-10）.

附录A　摘要

［1］Doherty，S.M.和Wickens，C.D.（2000）基于沉浸式透视航迹显示效益的分析：预览、预测以及参考系的效益（ARL-00-5/NASA-00-1）。

该论文研究了沉浸式透视航迹显示的理论解释。以往的研究认为，虽然跟传统的飞行导航设备比起来，内透视航迹显示（“空中隧道”）可以将飞行航迹跟踪提升一个层次，但是目前该效益的具体来源还是解释不清楚。基于以往的研究，我们调查了隧道的4个属性。它们就是自我中心参考系、航迹预览、飞机位置预测以及高显示增益。

参考系、预览、预测以及显示增益这四项变量，通过部分有交互效应的试验设计进行试验对照，以期考查在隧道效益中每个变量所做出的贡献。快速显示这一条件也包括在内了。选用11个融合了不同效益项的显示，24名被试者在虚拟PC上开飞机并且经过一系列垂直和侧向不断变化的航迹。我们收集了侧向和垂直跟踪误差的均方根，重置平均数以及控制输入的平均数。

结果显示预览效益比预测效益要大得多。预测效益有时候伴随着预览效益而存在，发现预览和预测存在交互效应。操纵顺序解释了预览和预测跟垂直跟踪比起来从横向跟踪中获益更多。在隧道效益中我们发现以自我为中心的参考系发挥着更重要的作用。考虑到像无隧道时的操作也从自我中心观点受益这种预览时，这一点尤为明显。受配对的高度数据预测和预览的影响，外界参考系代价巨大。更大的显示增益，似乎对以自我为中心的参考系没有什么好处。

［2］Wickens，C.D.（2000）不完善且不可靠的自动化及其对注意力定位，信息访问和情景意识的影响（ARL-00-10/NASA-00-2）。

在该论文的第一部分，罗列出了处理信息的4个步骤——注意力过滤、整合和推理、选择以及响应，其中的每一步都可以是自动的。自动化操作的可靠性可变动。我们对完全可靠的自动化操作，出错以后会出现灾难性后果的自动化操作，以及可靠性高且仍有不完善之处的自动化操作（例如，从内在含糊的数据或者噪声传感器中得出的推断）这三者进行比较。对于不完全可靠的自动化操作，我们又区分为操作者知道自动化缺陷和不知道自动化缺陷这两种情况。由于人的各种绩效与自动化的等级有关，我们描述了因不可靠性的状态和水平不同而引起的人的各种绩效性价比。在提示目标的报警或智能信息管理这类系统中，我们更看重来自注意力过滤研究（步骤1）的经验数据。这些代价中的许多项与在某一环境中注意力的分配有关。处于动态环境中，飞行员为了维持情景意识分配目视注意力的方式会产生很多影响，论文的第二部分对这些影响的模型进行了说明。计算信息的预期概率和价值时，该模型考虑了事件突发性和获取努力等因素对注意力分配的自下而上的影响，以及与习惯相关的自上而下的影响。这样就产生了一个可以更详细获取信息的子模型。

［3］Kroft，P.和Wickens，C.D.（2001）多功能地理数据库的显示：视觉注意力的影响（ARL-01-2/NASA-01-2）。

设计者面临这样一些问题，他需要将复杂的多重空间数据库——包括交通、地形和天气情况，显示给飞行员看，该报告就讨论了这些问题。对于两个数据库（关于交通/天气和地形），设计了5种显示方案用以进行对比：（1）并排分离显示；（2）相互重叠的融合显示；（3）带强度代码区分数据库的叠加；（4）带飞行员控制的交互作用以在需要时应用强度代码的叠加；（5）带飞行员控制的交互作用以在需要时将数据库去繁（清除）的叠加。附加的第六项条件是用来判断，采用的面积相等时，对比单屏显示和两个并排显示，（2）（叠加的）比（1）（分离的）有潜在的优势是因为在（2）中叠加产生的效应，因为单屏显示的文本尺寸更大。15个通用航空飞行员回答了一系列问题，这些问题要么要求数据库之间有相互影响，要么将注意力集中在单个的数据库。

结果显示在信息处理模型中，该模型的识别与可视度，分开、聚焦以及选择有关的不同信息处理机制的收益与代价，模型的影响会随着显示条件的改变而改变。这些结果表明，（1）中小尺寸显示和扫描组合代价与（2）中叠加显示产生的较小杂乱代价相比，前者是主要的。当问题要在数据库之间进行信息融合时，叠加的效益会达到最大。因为破解低强度的信息很困难，在（3）中降低其中一个数据库的强度，对于由叠加引起的杂乱没有益处。（4）和（5）的交互效应会增加时间成本，通过逐次分别弱化或者清除不相关的数据库，瓯间成本一般来说不会超过注意力集中到一个数据库上产生的益处。可是在某些情况下，注意力集中完全去除杂乱对（5）会带来一些益处。

＊［4］Boeckman，K.J.和Wickens，C.D.（2001）三维显示旋转对局域导航和空间意识测量分辨率和效能的影响（ARL-01-4/NASA-01-3）。

随着3D航迹显示的方位和仰角不断变化，该研究检查了处于空间决策和航迹跟踪之间共同的和不同的知觉＼认知机制。飞行员在模拟机上执行多航段任务，沿着飞行路线，判断相对于本机而言，在不可预知的时间和地点显示目标的方位、仰角以及距离。结果显示，远离显示飞行路线的视角发生变化，会增加跟踪误差（沿着改变的轴——仰角或方位）和决策误差。但是这些量的增加在两轴之间和两任务之间遵循角度的不同函数关系。在所有的情况当中，沿着显示瞄准线进行观察时，分辨率会丧失。但是，与空间决策误差相比，该影响对跟踪误差带来的破坏更大。与不协调的显示控制兼容性相关的附加部件，仅仅会对跟踪误差产生影响（不是决策误差）。由于垂直旋转维持了自然的“向前向上”关联，与垂直视点旋转相比，附加的部件在侧向旋转中影响更大。最后，有证据表明在两轴上偏移45度有最佳的组合判断。我们在结果中讨论了3D航空显示得到的启示。

［5］Podczerwinski，E.S.，Wickens，C.D.和Alexander，A.L.（2002）电子地图显示在动态设置下对“没有看见，也就没有想到”现象的研究（ARL-01-8/NASA-01-4）。

该项研究将动态设置中电子地图设计的突显效益和清除代价进行比较，同时审查了清除条件以后“没有看见，也就没有想到”或者OOSOOM现象的潜在代价。该现象描述了察觉改变的特别脆弱性——事情已经发生了变化，但是变化时显示却看不见。16名飞行员使用基准线、有突出标志的交通、没有突出标志的交通和人工清除显示，进行8次仿真飞行。他们回答了有关注意力集中和分散的问题，探测交通轨迹和天气的变化，用垂直机动操作来避免冲突事件。结果显示，从跟踪侧向飞行路线和探测航向变化来说，有突出标志的交通显示总体看是最佳的显示。对于变化的探测只有50%的准确性，但是对于那些更加突出的（空间图形，不是通过数字显示出来）和更加有意义的（会引起飞行路线的冲突）变化准确性提高。改变距驾驶员、注意焦点的距离只对改变探测有轻微影响。清除杂乱的显示会对探测部位产生不利影响，就像OOSOOM效应的效果。当他们不在显示数据库中，这个效应能反映在探测变化的精度中。

［6］Wickens，C.D.，Helleberg，J.，Kroft，P.，Talleur，D.A.和Xu，X.（2001）空中目标探测：是什么使得目标探测困难？注意和情景意识模型的应用（ARL-01-9/NASA-01-5）。

在高仿真的飞行模拟机中，能看到外界交通情况，我们还可以测量目视扫描。这篇简短的报告整合了在飞行模拟机中进行的3个试验所收集到的数据。其目的就是为了获取视觉注意力定位、交通可视度、由CDTI提供的自动导航和交通探测这几者之间相互关系的数据。观测到的表现差异，其原因在于交通清晰度、自动化导航、任务优先性以及飞行员注意力定位策略上的不同。这些结果将与飞行员训练手册中关于外界扫视普遍倡导的指南进行比较。

［7］Alexander，A.L.和Wickens，C.D.（2001）交通信息在驾驶舱中的显示：交通量、维度以及垂直剖面定向所带来的影响（ARL-01-17/NASA-01-8）。

18名来自伊利诺伊大学航空学院已通过认证的飞行教官，参加了一项试验，探讨驾驶舱交通信息显示的设计并用于自由飞行。飞行教官们实施了一系列的飞行方案，在与机动频率、安全和效率有关的共面显示上比较了交通量、维度和纵向视景的影响。发现与其他的机动操作比起来，爬升和下降更频繁。2D平面显示时爬升更普遍，而3D平面显示时下降更普遍。与侧视显示相比，后视显示和3D显示在预测冲突回避方面更为安全。爬升机动使用后视和3D显示比侧视显示要安全一些。侧向/垂直机动保持高度用侧视最佳，后视次之，而3D最差。空速机动的空速效率使用后视显示最好。3D显示产生的主观工作负荷最大，侧视要小得多而后视最小。综上所述，这些发现表明后视共面的CDTI要优于侧视共面和3D显示。

［8］Muthard，E.K.和Wickens，C.D.（2001）在飞行计划任务环境下的变化探测：对确认偏见及其与误判相互关系的研究（ARL-01-18/NASA-01-9）。

这项研究的目的在于调查探测变化时如何影响飞行员在航线上执行飞行计划任务的能力。飞行路线穿越危险空域时，要求飞行员在两条飞行路线之间进行选择。选好飞行路线以后，飞行员对该空域进行监视以搜索信号，探测变化，然后，如果必要的话，沿着飞行路线在两点选择修改初期的飞行计划。自动化辅助，合成的关键危险和建议的飞行路线都提供给飞行员。结果表明探测变化受数据驱动和前后文驱动因素的影响，更多是受后者的影响。确认偏见可能导致一些飞行员在不安全的飞行路线上继续飞行，然而各项结果并没有显现确认偏见的存在。简洁的路线选择比复杂的路线选择更趋精准，更有信心，自动化却没有什么好处。

［9］Wickens，C.D.（2002）空间意识的种种偏见（ARL-02-6/NASA-02-4）。

用像综合视景系统这样的新显示技术，表达任务要求的驾驶员行为模型，应该从空间意识模块中受益。该模块反映飞行员如何理解在4D空间（X，Y，Z和时间）他或她所处的位置和轨迹。位置和轨迹与预期的飞行路线和航路点有关，也与地形、交通和天气危险有关。

该论文回顾并整合了各种偏见，这些偏见通过研究已经整理成文档。研究的内容是关于驾驶员的表达如何受视觉空间信息显示的各项特征影响。这些偏见编合在该模型中。

［10］Wickens，C.D.，Dixon，S.和Seppelt，B.（2002）运载工具显示和控制任务干扰：显示位置及模式的影响（AHFD-02-7/NASA-02-5/GM-02-1）。

运载工具内的各种显示器，比如飞机内或者大的车辆内，常会转移视觉注意使之远离运载工具路线监控（比如跟踪）。该试验比较了两种解决这种注意力竞争的途径：（1）改变显示的位置将其移到离跟踪信息核心点更近，最后达到附加的平视仪（HUD）所处的位置；（2）改变模式由视觉到听觉。24名人员参加了一个2轴的一阶补偿跟踪任务，同时时不时地会加入模拟机装置内译码任务和不同长度数字串语音回应任务。数字次要任务能够在HUD位置上反映出来，在跟踪任务右侧4个间隔中的任何一个，视角为从7.5°到45°，也可以处于跟踪任务下2个位置中的任何一个，或者通过听觉模式。

结果显示：（1）次要任务信息的听觉传输“抢先”跟踪任务，有利于次要任务，但是以牺牲跟踪表现为代价；（2）空间叠加（HUD）减少了次要任务的可读性，不过跟踪要付出小的代价；（3）视角比较小的时候，空间隔离既要以牺牲次要任务的探测为代价，还要以牺牲跟踪误差为代价，位移向下和向左时代价更大；（4）偏离中心的大位移会推迟次要任务响应的开始和完成，尤其是，当数字串响应说出时跟踪误差会增加；数字串长度有变化时，次要任务负荷也会发生变化，一般来说对显示位置也会产生额外影响。

跟踪控制活动的测度被用于诊断干扰效应的特征。各项结果以相关的单通道理论，多重资源理论，任务切换理论和视觉注意定位理论的形式表述出来了。

［11］Wickens，C.D.，Goh，J.，Helleberg，J.，和Talleur，D.A.（2002）高级驾驶舱显示中的模式差异：对导航通讯和交通意识的视觉和听觉模式比较（ARL-02-8/NASA-02-6）。

12位飞行员执行了一次完整的模拟飞行任务，审查了两种高级航空显示技术，数字化数据链和驾驶舱交通信息显示（CDTI）。两种情况下信息源视觉模式显示下的航空表现，对比同样的信息用声音传达出来（比如模仿空中交通管理或综合语音显示）以及冗余地结合两种模式时的行为。另外，结合CDTI或ATC提供的注意力指导，在观察外界交通情况时各种飞行员的目视扫描策略的有效性进行了研究。

受外在高强度交通负荷以及与语音显示相关的CDTI和数据链信息的视觉显示的影响，飞行路线跟踪会被打断。这种打断是要求从视觉上关注这些设备的结果，首先将注意力从外界的地平线引开，接着会导致视线在仪表盘上的停留变短。外界的交通能探测到90%左右。交通探测一般不会得益于CDTI提供的更为精确的指导，稍稍会受到CDTI对目视注意的要求（低头）损害，尤其是在交通情况没有出现在CDTI数据库中的时候。对其他同时发生任务项的要求增加时，一般来说驾驶员会对仪表盘的扫视进行保护。听觉模式ATC信息的传输会对理解更长字符串的通讯带来一些麻烦。与最佳状态下的单模式相比，冗余的显示不能在集合的航空任务（飞行航线控制）、导航（交通探测）和通讯（ATC信息理解）方面带来更好的表现，同时就干扰高度控制来说，冗余的显示对这些任务也更低级。

我们鉴别了多种外在的扫视模式。就探测交通和最小化干扰飞行任务而言，“扇区搜索”模式看起来更有效。这些结果以多重资源和驾驶员注意选择模式以及S-C-R兼容性的形式表达出来。

［12］Alexander，A.L.和Wickens，C.D.（2002）交通负荷能够调节显示的效能吗？（ARL-02-9/NASA-02-7）。

近来，FAA和NASA做了一项研究，用来调查改进国家空域系统的各种途径。来自伊利诺伊大学航空学院的18名已认证的飞行教官，参加了该试验，探索用于自由飞行中交通避让操作的驾驶舱交通信息显示设计。飞行员们进行了一系列飞行，比较了交通量、维度以及垂直剖面定向对操作频率、冲突避让行为和操作效率的各种效应。最高水平的工作负荷会导致更多组合的水平/垂直动作，共面显示安全级别下降，所有显示类型效率下降。在过分看重垂直机动的背景下，3D显示增加了欠安全下降操作（与爬升相比）的频率，也增加了主观工作负荷，同时与侧视相比较，2D后视显示减少了所有机动的垂直效能。这些结果反映在情景评估和选择的信息处理模型中。

［13］Muthard，E.K.和Wickens，C.D.（2002）影响飞行计划监控以及计划修改错误的种种因素：对自动化条件下计划的测试（AHFD-02-11/NASA-02-8）。

目前的试验在于探索自动化对计划监控和计划修改过程中错误产生的各种影响。有两条航线在注意力自动化指引的帮助下，穿越危险空域，要求飞行员在这两条飞行航线中选一条，然后通过寻找同时报告在动态航空器和天气系统中的各种变化，达到监控该计划安全性的目的。有四分之一的试验，由试验者诱导的变化威胁着已选飞行航线的安全，此时飞行员应该以最佳方式修改其飞行计划。在这些试验中，尽管计划任务的重要性在不断增加，同时飞行计划的危险性也在不断增加，自动化操作依然总是不能将这种危险突显出来。接着再在所有的试验加上次要任务。自动化增加了计划选择的准确性，也提高了次要任务的表现。飞行员的计划监测能力表现差，只能探测到30.5%的变化，这个比率大大小于在类似试验中出现的情况，不过这些试验要求低一些。与计划任务有关的改变比无关的变化探测起来要快得多，能够使得危险源突显出的变化比那些不能够使得危险源突显出的变化，探测起来要精确得多。在差不多三分之一的试验中，飞行员犯了持续计划的错误，与没有帮助措施相比，更可能在不完全的自动化条件下这样做。我们还发现犯持续计划错误的可能性和探测到威胁飞行安全的表现之间有一定的关系，它显示在那些飞行员不能恰当修改计划的试验中，对威胁到安全的变化的探测也会更糟糕。

［14］Muthard，E.K.和Wickens，C.D.（2004）弥补飞行控制和监视过程中显示放大问题（AHFD-04-3/NASA-04-1）。

做了两个试验，用以评估显示器尺寸对飞行控制、空域监视和目标搜寻的影响。在试验1中，16个飞行员分别在单轴和双轴控制的情况下执行基本的飞行控制任务。使用更大尺寸的显示时，飞行员在航迹上犯的错误更少了，使用手柄也更频繁了。这意味着错误放大显示会导致更正偏离更有紧迫感。试验2将试验1中飞行控制、危险监控和目标搜寻任务的结果进行放大。试验1中的各项结果重新复制用来执行飞行控制任务。由于飞行员适应了改变的扫描模式以回应显示在尺寸上的增加，所以尺寸并不影响监控和搜寻。这些结果的实际意义就在于显示不应该缩小以适应狭窄的驾驶舱，这种改变会妨碍飞行操纵。

［15］Xu，X.，Wickens，C.D.和Rantanen，E.（2004）驾驶舱交通信息显示不完善的冲突告警系统（AHFD-04-8/NASA-04-2）。

该试验评估了飞行员的能力，使用不完善（部分可靠）的告警系统去探测驾驶舱交通信息显示（CDTI）出现的各种冲突。已选定的自动化冲突探测，其可靠性水平为83%，模拟可以代表这类系统特点的那种不可靠性，在一个随机空域预测以后一段较长时间中的突出，受影响于湍流、不确定性以及在告警时刻和交通冲突最接近时刻之间飞行员的控制动作。

24名获得资格证的飞行员在二维CDTI上看了一系列动态遭遇。受侧向冲突几何（冲突角度、速度以及到最接近点的距离和时间）的影响，该二维CDTI在其困难程度上有很大的差异。在抵达该点之前的不同时刻要求飞行员评估最接近点的位置和时间。3级告警系统正确地评估了83%试验中预期的距离。告警中剩下的17%不分量的大小在自动化遗漏和虚警中均分。这些飞行员的数据与那些“基线”飞行员不借助自动化告警而进行相同的试验样本进行比较。

结果显示差不多半数的飞行员依赖自动化，使用它来提升表现水平，与那些不使用自动驾驶的基线飞行员相比有所改进（错过距离的精确估计）。依靠自动化的那些飞行员，试验中交通越困难依赖性也越强，当自动化程序正确时在83%的试验中他们能改善表现，17%的自动化程序有误试验中没有产生损害（相对于无自动化而言）。自动化告警使得飞行员查看未经处理的数据更仔细。跟假警报比起来，自动化遗漏给飞行员带来的伤害差不多。有证据显示，当帮着对错过距离进行精确预测时，自动化遗漏会导致低估到最接近点的时间。只要其可靠性很高（80%以上），结果倾向于，即便是在CDTI的告警特征中不完全自动化也是有益的。

［16］Wickens，C.D.，Alexander，A.L.，Thomas，L.C.，Horrey，W.J.，Nunes，A.，Hardy，T.J.和Zheng，X.S.（2004）综合视景系统显示的交通和飞行指引描述：杂乱对操作和目视注意定位的影响（AHFD-04-10/NASA（HPM）-04-1）。

在一个高仿真的飞行模拟机中，14名飞行员进行了在地形和交通拥挤环境中的综合视景系统（SVS）显示试验。交通信息是SVS显示中的主角。在2×2的因子设计中，半数条件下SVS显示扮演着空中高速公路的角色，而仪表盘信息和飞行航迹速度矢量是在其他环境下的唯一指引方法。试验中的一半，仪表盘和重叠在之上SVS显示一起，试验中的另一半它俩是分开的，允许我们去研究产生的杂乱的各种效应。由于隧道指引和杂乱效应影响常规的飞行操作、SVS交通探测和变化意识以及飞行员对反常事件的响应，对这两种效应进行了研究。上述各项是由注意力分配的视觉扫描措施来引导的，隧道能够大大提高SVS显示上飞行航迹跟踪和交通情况探测，同时不损害出现在CDTI上交通变化的探测。然而，隧道打乱了对两个反常事件的探测，未预期的外界交通情况和跑道偏移。仪表盘叠加对跟踪和与杂乱相关用在SVS交通探测上的时间代价没有益处。对8个飞行员进行扫描分析显示，即便是在目视气象条件（VMC）下，有超过一半的时间视觉注意是集中在SVS显示上，极少集中在外在世界。这种扫描模式暗示了一种认知隧道效应的可能原因。但是总的来说，扫描不单单与操作有关。该报告的最后部分阐述了我们采用计算模型来预测视觉扫描数据所做的各种努力。

［17］Iani，C.和Wickens，C.D.（2004）影响航空中任务管理的种种因素（AHFD-04-18/NASA-04-7）。

本论文概括了研究航空任务管理和任务优先程序的研究成果。40名有仪表飞行等级的飞行员在高仿真的模拟机中使用综合视景系统（SVS）显示，进行了3次曲线进近。除了起初的飞行任务以外，最后进近的时候在涉及天气的环境信息基础上，他们被要求去选择进近路线。为了调查各种因素对任务优先性产生的影响，我们调控了任务的专注程度、属性以及需要注意航迹选择任务提示信号的显著性和不执行次要任务的代价。我们发现提示显著性影响转换到次要任务的频率。更进一步来说，用浸入式显示（隧道显示）飞行的飞行员更容易探测到天气的变化，同时也容易受高优先级别的次要任务的影响。就实际建议而言，当前的结果支持使用飞行航线隧道显示，涉及其强制性的负面后果，结果表明也并不像以往想的那么严重。

［18］Thomas，L.C.和Wickens，C.D.（2005）使用驾驶舱交通信息显示时，影响冲突探测和分辨率性能的显示维度、冲突几何结构和时间压力的效应（AHFD-05-4/NASA-05-1）。

驾驶舱交通信息显示（CDTIs）是用来支持飞行员去执行，像冲突探测和解决这样的航途中任务的。设计了3个试验去调查CDTI显示维度、冲突几何以及飞行中冲突的时间压力对执行这些任务的影响。我们安排飞行员到下述3种显示条件之一：2D共面显示结合从上到下的侧向视图，3D滚动显示结合两个可选用的固定透视视图以及飞行员可以持续控视点的3-D可操作显示。试验1呈现简单的冲突，在这些冲突里我们可以在试验开始的5分钟内预测到与飞行员本机的冲突。试验2使用试验1中冲突的一个子集再添加5架额外的飞机（不与本机和入侵者相冲突）。这些试验中的一半包括将在2min内（时间压力高）发生的各种冲突。试验2中的飞行员还要求去执行跟踪任务。试验3让飞行员身处一系列的试验情景中，需要去决定在本机和入侵者之间是否存在冲突。

由3个试验得出的所有结果显示，跟2D共面显示比起来，两个3D显示中交互呈现减少实际上是消除先前报告的模糊代价。3种显示都暴露出对增加工作负荷的脆弱性。另外，两个3D显示会随着增加工作负荷，而2D显示不会，增加比垂直机动危险的侧向机动。加大时间压力会导致垂直方向机动的增加（影响限于两个3D显示）。另外，2D共面显示能提供最有效的飞行航迹分辨。这些结果表明2D显示是分辨任务的最佳方式。更进一步来说，尽管2D共面显示和3D可控显示之间的冲突探测性能等级和响应时间是相同的，但是使用3D显示的飞行员对他们的反映表现得过于自信，而使用2D显示的飞行员在其自身表现上显得更加专业。因此从探测任务来考虑，2D共面显示稍微好一些。

两项任务中最困难的冲突几何结构是在一架或两架飞机上造成垂直改变，而且从物理上最近的位置进行靠近（赶上脚本）。由于变化发生在三维空间中，这些几何问题特别难，使得设想一条解答航路和更慢的接近率也就更难了，这样就会使得飞行员在外推飞机的相关位置（用于探测）时犯错。

在前面的试验中我们发现，与侧面机动比起来（在低负荷的环境下），飞行员对垂直机动有同样的倾向性，在水平飞行冲突中对上升和下降有相同的偏好。这些偏好可以编入自动算法，以更好地确保飞行员接受计算机生成的各种解答机动。

［19］Muthard，E.K.和Wickens，C.D.（2005）对于注意和空间任务显示尺寸的不利影响：评价显示缩小和轴压缩（AHFD-05-12/NASA-05-3）。

实施了4项试验去评估显示尺寸在注意力和空间任务上产生的影响。在试验1和2中，通过扩大融合了危险源的自上而下显示的实际尺寸，来控制显示尺寸。要求飞行员监控空域以查找空域中飞行航空器在轨迹、飞机高度以及天气系统中产生的各种变化。在试验1中，还要求飞行员时不时地去搜寻空域中的关键危险源。在试验2中，该项搜寻任务被去除，用来检查通过搜寻不能发现的事物，同时还增加了显示杂乱。在两个试验中，飞行员们一致地调整扫描模式以考虑扩大的显示区域，继而被监控的区域。对于发生在靠近显示周边的事件，改变的探测会更加糟糕，扩大显示以后这种效应并没有放大。搜寻不会受到显示尺寸的影响。对于试验2来说，杂乱降低了最小显示的探测性能，在最小的显示中显示密度因尺寸缩小而变大。在试验3中，要求飞行员去完成一项使用简单飞行控制显示时的补偿跟踪任务。通过改变2D显示的物理尺寸以及压缩3D显示的主轴，显示尺寸就可以控制。在上面两种情形下，我们发现在显示尺寸减小时，飞行员的跟踪误差更高了，操作的次数也更少了，进行轴压缩时这种效果会加剧。这种性能的缩减推测是源于小显示的处理分辨率低，与大屏幕显示比起来它提供的关于较小偏差的信息更少；同时也源于紧迫性降低，飞行员认为观察到的较小显示误差只不过是不很严重的航路偏离。最后在试验4中，要求飞行员在两条穿越危险空域的航线中选择一条，同时估计航线的安全性。通过减小2D显示的尺寸或对3D显示进行轴压缩，对融入了危险源的显示尺寸再一次进行了操控。结果显示，当距离在大显示上描绘时，不考虑尺寸控制的方式，飞行员更容易过高估计他们自己驾驶的飞机和周边危险的间距。当通过轴压缩控制显示尺寸时，这种过高估计就会反映在对不安全路线的选择上。分析表明，对于关注性任务而言，显示放大不会强制性地加上不利的努力代价，但是显示比例，会使空间估计产生偏向性，并影响总的飞行操控和路径选择任务。

［20］Wickens，C.D.（2005）显示格式和情景意识模型（DFSAM）：一种航空显示设计方法（AHFD-05-14/NASA-05-5）。

我们描述了这样一个计算机模型，显示格式和空间意识（DFSAM），设计它是用来预测航空一种显示的长处，该航空显示有8个诸如维度（2D或3D）、杂乱、尺寸等客观量化的特征。伊利诺伊大学抽取了25个不同的研究项目，分析了46个不同的试验结果（效应尺寸评估）和2个间接分析，对考虑之中的问题评估了效应的利与弊。这些利与弊称之为并合性能单元（APUs）。APUs可以为任何一种专门的显示进行组合，去预测其长处以及与其他显示的差异之处。该模型已经高仿真综合视景系统的数据证实，4个不同的显示格式可以预测多任务飞行操控性能（r＝0.89）、交通情景反应时间（r＝0.81）和精度（0.96）。我们讨论了该模型的各种限制条件。

［21］Colcombe，A.和Wickens，C.D.（2005）带有自动冲突告警的驾驶舱交通信息显示：多任务环境下实现效率最大化和干扰最小化的各种参数（AHFD-05-22/NASA-05-9）。

飞行学员参加了4项系列试验，调查了冲突告警系统对增强在执行双任务时驾驶舱交通信息显示的作用。我们讨论了任务管理和转换的属性，任务被告警模式影响的方式，处理告警的级别（似然的3级或双重的2级），告警阈值的设定以及当前任务的性质。整个4组试验中，一般来说双重告警要比似然告警要更有效，与视觉告警比起来，听觉告警对探测冲突响应更好一些。然而，任务（视觉跟踪更易受到听觉告警的干扰）的性质不同模式对任务影响的情况也不同。不同试验之间的告警阈值不同，表明虚警倾向于自动延迟告警响应，然而遗漏倾向于自动降低同时操作任务的效能。结果反映在任务管理和转换理论当中，也反映在自动化依赖操作理论中。

［22］Wickens，C.D.（2005）注意的隧道效应和任务管理（AHFD-05-23/NASA-05-10）。

该论文认为注意力隧道效应是导致任务管理崩溃的原因之一。我们定义了现象，回顾了经验事实以突显各种条件。在这些条件下，这些现象是由显示，强化3D显示、故障管理以及自动化诱导自满情绪造成的。考虑到该现象在试验室的发生和现实世界灾难，我们重新审视了统计和方法方面的各种问题。

附录B　合同资助的参考文献

参考文章和文章章节（＊表示不被支持，但是在上下文中提到）

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