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:

,

(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:

.

(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

,

(2.9)

где - 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 определяется формулой:

,

где – предельный угол разрешения,

- 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 2.6.

Таблица 2.6.

Цвет	Длина волны, мм	Видность
Красный Оранжевый Жёлтый Зелёный Голубой Синий Фиолетовый		0,017 0,75 0,87 0,71 0,14 0,013 0,004

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 2.7 в зависимости от задачи и способа кодирования представлена средняя длительность фиксации (время остановки глаз оператора на отметке).

Таблица 2.7.

Задача	, с
Поиск простых геометрических фигур Поиск условных знаков Поиск цели на экране ИКО Обнаружение изменений в обстановке на экране ИКО Ознакомление с обстановкой на экране ИКО	0,2 0,3 0,37 0,55   0,64

Рабочая зона оператора

Формы рабочих зон

Рабочей зоной оператора обычно являются панели РЭА, на которых размещаются те или иные средства отображения информации и органы управления. Панели оператора размещают таким образом, чтобы плоскости лицевых частей индикаторов были перпендикулярны линии взора оператора, а органы управления находились в пределах досягаемости рук.

Формы размещения панелей бывают:

- фронтальная, когда зона ограничена снизу на 700 – 750 мм от пола, вглубину (от оператора) на 500 – 600 мм и сбоку (справа и слева) расстоянием 700 – 750 мм; эти цифры являются оптимальными для нормальной работы оператора, например, в горизонтальной плоскости (рис. 10.19);

- трапециевидная, когда панель состоит из фронтальной панели длиной 600 – 1000 мм и развёрнутых к ней под углом в 105º двух створок длиной порядка 300 мм, при этом глубина оператора от фронтальной панели составляет порядка 375 мм;

- полукруглая (многогранная), когда минимальный радиус полукруга равен 600 мм.

Рис. 2.14. Зона досягаемости оператора