CN115907444B - 面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，其包括以下步骤：S1、构建基于多通道交互技术的驾驶舱任务网络模型；S2、构建驾驶舱的任务流程合理性评估模型，用于对任务流程进行评估，具体包括：S21、构建任务冲突评估模型；S22、构建通道冲突评估模型；S23、构建通道负荷冲突评估模型。S3、根据任务流程选择步骤S2中的某个评估模型对任务M进行评估，当存在冲突时对任务流程进行优化。其提出面向驾驶舱的驾驶操作任务流程的评估方法，根据任务设计的详细程度选择评估模型对多通道人机交互任务流程设计合理性进行准确评估。
Description
技术领域
本发明涉及人机工程及人机交互领域，具体涉及一种面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法。
背景技术
多通道人机交互是基于眼动追踪、语音识别、手势输入、感觉反馈等新的交互技术，利用多个感觉通道和效应通道的并行、协作与计算机进行交互，力求将“人机交互”演变为“人人交互”，提高人机交互的高效性和自然性。
在多通道人机交互技术认知机理的研究层面。石汪春运从临床角度对听觉、视觉、触觉、痛觉、温觉、味觉等多通道感官进行了感觉増强的原因和效果分析。陈有国利用特异化模型、分布网络模型、局部任务依赖模型对视觉、听觉、触觉通道进行了时间知觉进程分析，讨论了三个通道的始潜时、原定位、和加工模式的差异。陈静析对视觉、触觉、听觉及视听、视触、听触的多通道组合模式进行了简单反应时测定，证明了触觉反应时较快、通道组合的复合刺激反应时快于单一通道。王立平对单一触觉通道模式和听触结合的多通道模式进行了实验研究，提出听觉和触觉具有进行信息转换和整合的能力。闫慧芳对视觉、听觉、触觉、视听、视听触两种多通道刺激模式下的加工机理和反应机制进行了研究分析。郝飞研究了人腕部的振动触觉感知和短时记忆特性，提出了触觉记忆容量稳定值小于听觉和视觉，且再认反应效率较低。胡俊分析了触觉通道的生理特征和心理特征，强调了各不同感觉通道的认知相似性和突显性。
在多通道人机交互技术的应用层面，国内外研究学者对多通道人机交互技术的应用研究涉及键盘、鼠标器之外的输入通道主要是语音、手势、书写和眼动方面。Kim J等人设计和实现了一个基于视觉、语音和手写笔的多通道PDA操作系统，构建了一种多通道移动式只能用户界面。张国华等人基于指挥控制系统，结合多人多通道人机交互概念模型和系统模型，设计了一种结合多点触摸技术和语音控制技术的态势情报综合分析系统。法国舰艇建造局(DCNS)自2007年开始研究的下一代潜艇作战系统，试用大型触摸屏显示器，并结合3D可视化技术访问空间态势。程飞指出，当前国内潜艇控制系统中采用视觉辅助以语音提示、蜂鸣提示等听觉通道输出，以多通道交互方式提高舰艇指挥系统的高效性。路璐等人以触觉相关的多通道交互技术为基础，提出了一种融合触、听、视觉的多通道认知和交互模型。荷兰THN man Factors公司受计了一款基于8个振动单元的振动触觉表达装置，安装在驾驶员座椅上，实现了利用触觉通道辅助驾驶。麻省理工学院的Jones LA等人设计了一种阵列式触觉表达腰带装置，用于辅助导航。东南大学的机器人传感与控制技术实验室提出了一种穿戴式触觉感知腰带，它可以利用均匀安装的12个振动器组合工作，用于方向和距离信息进行提示。
纵观国内外研究现状可知，在多通道人交互技术研究方面，学者们多注重于多通道人机交互技术的认知机理和应用形式方面的探索。在多通道人机交互工效学评估方面，脑电、眼动等实验评估技术活方法应用较为广泛，但大部分研究是针对显示界面的评估，缺少对多通道人机交互技术融合的工效学评估。
从自然交互的角度，人类在感知信息过程中的通道是并行的。多通道人机交互模式的目的是合理分配和调用视觉外的其他通道，以提高交互的自然性和可靠性。开展多通道人机交互技术的综合评估，应与单一人机交互技术评估向不同，要综合考虑多种交互方式综合影响；建立多通道人机交互技术中的人员信息认知加工模型对理解本研究的对象具有重要作用。
综上，目前缺少评估多种通道交互方式融合的合理性与科学性的方法，因此不能很好的判断多种通道交互方式的合理性，无法提供更优化的多种通道交互方式。
发明内容
为了解决上述现有技术中提到的缺点，本发明提供一种面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，其提出面向驾驶舱的驾驶操作任务流程分解的任务合理性评估方法，通过“任务冲突评估模型-通道冲突评估模型-通道负荷评估模型”准确度逐层递进的多通道交互技术评估方法，能够对基于任务流程的多通道人机交互融合性能进行科学准确的评估，从而对驾驶舱任务流程的设计方案进行优化，减少后续实际执行的修正时间并避免产生不必要的损失。
具体地，本发明提供一种面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，其包括以下步骤：
S1、构建基于多通道交互技术的驾驶舱任务网络模型，其具体包括以下子步骤：
S11、输入任一驾驶操作任务M，根据驾驶舱具备的多通道人机交互方式得到任务流程；
S12、对任一个任务M根据时间顺序提取任务M的任务片段，形成任务M的任务片段集，并利用以下数据集进行表示：M＝{m1，m2，m3，……，mx，……，mn}；
S13、以任务片段mx为基础进行分解，形成按照任务操作顺序排列的操作任务task，在任务片段mx下，存在一个或多个task，用Bjt表示任务片段mx某一时刻t时的操作任务task的数量；
S14、以操作任务task为基础，将操作任务task分解为视觉通道、听觉通道、认知通道以及动作通道，形成基于时间序列的通道行为；各通道行为占用需求的数量是随机的，用数据Bvjt表示任务片段mx下某一时刻t的视觉通道占用需求数量，用数据Bajt表示任务片段mx下某一时刻t的听觉通道占用需求数量，用数据Bcjt表示任务片段mx下某一时刻t的认知通道占用需求数量，用数据Bpjt表示任务片段mx下某一时刻t的动作通道占用需求数量；
S15、形成输入任务M基于任务片段的任务序列、基于操作任务task的操作任务序列以及基于行为要素的行为要素序列；其中，操作任务序列与行为要素序列分别存在同一时刻下多个task或行为要素并存的情况；分解完成后，基于操作任务task的操作任务序列以及基于行为要素的行为要素序列均成网络式排布；
S2、构建驾驶舱的任务流程合理性评估模型，用于对任务流程进行评估，任务流程合理性评估模型包括基于任务冲突评估模型、通道冲突评估模型以及通道负荷评估的评估模型，不同精度的任务流程选择不同的评估模型进行评估，具体包括以下子步骤：
S21、构建任务冲突评估模型：
任务冲突模型基于任务网络模型中的操作任务序列构建，用于分析多通道交互任务下的作业人员的任务冲突，任务冲突计算公式为：
其中，Bjt表示时刻t下需要完成的第j个操作任务task，当t时刻下，存在第j个操作任务task时Bjt＝1，否则Bjt＝0；Nt表示t时刻下的作业人员的操作任务数量；
当Nt＝1或Nt＝0时，分别表示在时间t下，作业人员处理一个task，或无task需要处理，此时判定作业人员操作任务无冲突；当Nt＞1时，表示在时间t下，作业人员需要处理多个任务单元，判定作业人员操作任务出现冲突；
S22、构建通道冲突评估模型：
通道冲突评估模型用于评估多通道交互任务下作业人员的通道内部冲突，通道冲突评估模型包括视觉通道冲突模型、听觉通道冲突模型和动作通道冲突模型；
S23、构建通道负荷冲突评估模型：
通道负荷评估模型基于任务网络模型中通道行为要素构建，能够分析作业人员在任务操作下的各通道资源需求变化情况，计算公式为：
或
其中，WT表示时刻T的工作负荷；i,j＝1…l，表示不同资源通道；t＝1…m，表示操作者的任务或行为；as,i表示任务s时，i通道的资源需求值；as,j表示任务s时，j通道的资源需求值；ai,j表示i通道和j通道的资源需求值；at,i表示任务t时，i通道的资源需求值；at,j表示任务t时，j通道的资源需求值；ci,j表示通道i与j之间的冲突值；ci,i表示通道i与i之间的冲突值；若at,i或as,j＝0，那么(at,i+as,j)＝0；若at,j或as,i＝0，那么(at,j+as,i)＝0；
当WT大于预设值时，判定当前时间点作业人员工作负荷水平超载，即多通道人机交互流程存在不合理；
S3、针对驾驶舱任务流程的具体内容，选择步骤S2中与该任务流程匹配的某个评估模型对任务片段进行评估，并输出是否存在冲突。
优选地，步骤S22中视觉通道冲突模型用于分析多通道交互任务下的作业人员的视觉通道冲突，用Nvt表示，计算公式为：
其中：Bvjt表示在j任务中的t时刻是否存在视觉通道占用需求，当Bvjt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项视觉通道占用需求，当Bvjt＝0时代表在j任务中的t时刻无存在视觉通道占用需求；Nvt表示在t时刻下，视觉通道占用的需求数量；
当Nvt＝1或Nvt＝0时，分别表示在时间t下，作业人员的视觉通道占用需求不超过一项，此时判定作业人员视觉通道需求无冲突；当Nvt＞1时，此时判定作业人员对视觉通道有占用需求超过能够处理的极限，无法完成任务。
优选地，步骤S22中听觉通道冲突模型用于分析多通道交互任务下的作业人员的听觉通道冲突，用Nat表示，计算公式为：
其中：Bajt表示在j任务中的t时刻的听觉通道占用需求，当Bajt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项听觉通道占用需求，当Bajt＝0时代表在j任务中的t时刻不存在听觉通道占用需求；Nat表示在t时刻下，听觉通道占用的需求数量；
当Nat＝1或Nat＝0时，分别表示在时间t下，作业人员的听觉通道占用需求不超过一项，，此时判定作业人员听觉通道需求无冲突；当Nat＞1时，此时判定作业人员对听觉通道有占用需求超过能够处理的极限，无法完成任务；
优选地，步骤S22中动作通道冲突模型用于分析多通道交互任务下的作业人员的动作通道冲突，用Npt表示，计算公式为：
其中：在动作通道的冲突模型中，手动控制行为、手势控制行为、触觉控制行为用Bhjt表示，语音控制行为用Bsjt表示，
Bsjt表示在j任务中的t时刻的语音控制行为的动作通道占用需求，当Bsjt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项语音控制行为的动作通道占用需求，当Bsjt＝0时代表在j任务中的t时刻不存在语音控制行为的动作通道占用需求；
Bhjt表示在j任务中的t时刻的手动、手势、触觉行为的动作通道占用需求，当Bhjt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项手动、手势或触觉行为的动作通道占用需求，当Bhjt＝0时代表在j任务中的t时刻不存在手动、手势或触觉行为的动作通道占用需求；Npt表示在t时刻下，动作通道占用的需求数量；
当Npt＝1或Npt＝0，即在时间t下，作业人员仅能满足一项动作通道占用需求；当出现Npt＞1的情况，表示在时间t下，作业人员对动作通道有占用需求超过能够处理的极限，无法完成任务。
优选地，所述动作通道冲突模型需要在使用过程中进行数值修正，当同时存在一项语音控制、触觉或手势控制时，两者能够同时进行，互相干扰较小，此时不判定存在通道冲突，并通过将Npt调整为Npt-1完成对动作通道冲突模型的修正。
优选地，步骤S13中采用层次分析法与关键路径分析法对任务片段进行分解，步骤S14中采用Wickens多资源理论将操作任务task分解为视觉通道、听觉通道、认知通道以及动作通道。
优选地，任务冲突评估模型、通道冲突评估模型以及通道负荷评估的评估模型的评估颗粒度依次细化，准确度依次升高，在对任务流程进行评估时根据任务流程的详细程度选择合适的评估模型进行评估。
优选地，步骤S23中，当WT大于28时，判定当前时间点作业人员工作负荷水平超载，即多通道人机交互流程存在不合理。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，其提出“任务冲突评估—通道冲突评估—通道负荷评估”逐层递进的评估方法，根据任务设计的详细程度选择评估模型对任务流程的合理性进行评估，能够对多通道人机交互设计融合性和合理性进行科学准确的评估，可根据评估结果对驾驶舱任务流程进行优化，得到合理的多通道人机交互流程，降低后续人机交互设计不合理概率，减少后续人机交互设计与修改成本，提高驾驶舱多通道人机交互任务设计的合理性和融合性。
(2)本发明提供了一种对基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程设计方案进行评估的新思路，能够在驾驶舱多通道人机交互设计投入使用之前对交互设计的合理性进行评估，寻找出不合理的任务流程设计并进行优化，最终得到相对合理的任务流程交互设计方案，避免后续执行情况出现冲突。
(3)本发明能够在驾驶舱任务流程设计阶段对人机交互流程的合理性与多通道人机交互融合性进行分析评估，降低后续设计成本，在实际生产中具有极大的应用价值。
附图说明
图1为本发明面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法的整体流程示意图；
图2为本发明的面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法详细流程图；
图3为本发明面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法获取应对策略数据的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
本发明提供一种面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，如图1、图2及图3所示，其包括以下步骤：
S1、构建基于多通道交互技术的驾驶舱任务网络模型，其具体包括以下子步骤：
S11、输入任一驾驶操作任务M，根据驾驶舱具备的多通道人机交互方式设计任务流程。任务流程可以设计一个或多个。
S12、对任一个任务M根据时间顺序提取任务M的任务片段，形成任务M的任务片段集，并利用以下数据集进行表示：M＝{m1，m2，m3，……，mx，……，mn}。
S13、以任务片段mx为基础进行分解，形成按照任务操作顺序排列的操作任务task，在任务片段mx下，存在一个或多个task，用Bjt表示任务片段mx某一时刻t时的操作任务task的数量。
S14、以操作任务task为基准，利用Wickens多资源理论将操作任务task分解为视觉通道、听觉通道、认知通道以及动作通道，形成基于时间序列的通道行为要素；各通道占用需求的数量是随机的，用数据Bvjt表示任务片段mx下某一时刻t的视觉通道占用需求数量，用数据Bajt表示任务片段mx下某一时刻t的听觉通道占用需求数量，用数据Bcjt表示任务片段mx下某一时刻t的认知通道占用需求数量，用数据Bpjt表示任务片段mx下某一时刻t的动作通道占用需求数量。
S15、形成输入任务M基于任务片段的任务序列、基于操作任务task的操作任务序列以及基于行为要素的行为要素序列；其中，操作任务序列与行为要素序列分别存在同一时刻下多个task或行为要素并存的情况。分解完成后，基于操作任务task的操作任务序列以及基于行为要素的行为要素序列均成网络式排布。最终形成的多资源模型行为要素表如表1所示。
表1多资源模型行为要素表
| 视觉(V) | 听觉(A) | 认知(C) | 动作(P) |
| 察觉/发现 | 察觉/发现 | 简单反应 | 说话 |
| 文本符号 | 校验反馈 | 识别 | 到达/转换 |
| 查找 | 定位 | 选择反应 | 操作 |
| 检查 | 理解 | 计算 | 调节/移动 |
| 比较一致性 | 核实/定位 | 决定 | 控制 |
| 追踪 | 比较 | 回忆/准备 | 键入 |
| 对齐 | 分析模式 | 判断 | 写/画 |
S2、构建冲突模型，用于对任务流程是否存在冲突进行评估。不同精度的任务流程需要选择不同的评估模型，因此针对不同的任务流程，分别构建基于任务冲突评估模型、通道冲突评估模型和通道负荷评估模型，具体包括以下子步骤：
S21、构建任务冲突评估模型：
任务冲突模型基于任务网络模型中的操作任务序列构建，用于分析多通道交互任务下的作业人员的任务冲突，任务冲突计算公式为：
其中，Bjt表示时刻t下需要完成的第j个操作任务task，当t时刻下，存在第j个操作任务task时Bjt＝1，否则Bjt＝0；Nt表示t时刻下的作业人员的操作任务数量；
当Nt＝1或Nt＝0时，分别表示在时间t下，作业人员处理一个task，或无task需要处理，此时判定作业人员操作任务无冲突；当Nt＞1时，表示在时间t下，作业人员需要处理多个任务单元，此时判定作业人员此时的信息加工出现冲突，无法完成任务。
本阶段的模型将每个操作任务task视为一个整体，每一个任务单元为一个完整包含“信息输入-信息加工-信息输出”信息认知加工流程的最小的单元。当Nt＝1或Nt＝0时，分别表示在时间t下，作业人员仅处理一个任务单元或无任务单元需要处理，此时判定作业人员任务无冲突；当Nt＞1时，此时判定作业人员任务存在冲突，当任务存在冲突时，需要对任务流程进行优化，得到优化完成后最终的任务流程。任务冲突评估模型的评估准确度较低，适合于比较粗糙的任务流程，当任务流程比较粗糙时，因为无法获取更多的行为要素，因此可以选取该模型进行粗略的评估。
S22、构建通道冲突评估模型：
通道冲突评估模型用于评估多通道交互任务下作业人员的通道内部冲突，包括：视觉通道冲突模型、听觉通道冲突模型和动作通道冲突模型。由于认知行为主观度较强且一般可以在一个时刻下进行多项认知，不太好利用客观模式进行评价，因此，本申请不对认知动作进行冲突评估。只对视觉行为、听觉行为和动作行为的通道冲突进行评价。
步骤S22中视觉通道冲突模型用于分析多通道交互任务下的作业人员的视觉通道冲突，用Nvt表示，计算公式为：
其中：Bvjt表示在j任务中的t时刻是否存在视觉通道占用需求，当Bvjt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项视觉通道占用需求，当Bvjt＝0时代表在j任务中的t时刻无存在视觉通道占用需求；Nvt表示在t时刻下，视觉通道占用的需求数量；在这种设置条件下，作业人员仅能满足一项的视觉通道占用需求。
当Nvt＝1或Nvt＝0时，分别表示在时间t下，作业人员的视觉通道占用需求不超过一项，此时判定作业人员视觉通道需求无冲突；当Nvt＞1时，此时判定作业人员对视觉通道有占用需求超过能够处理的极限，无法完成任务。
步骤S22中听觉通道冲突模型用于分析多通道交互任务下的作业人员的听觉通道冲突，用Nat表示，计算公式为：
其中：Bajt表示在j任务中的t时刻的听觉通道占用需求，当Bajt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项听觉通道占用需求，当Bajt＝0时代表在j任务中的t时刻不存在听觉通道占用需求；Nat表示在t时刻下，听觉通道占用的需求数量；在这种设置条件下，作业人员仅能满足一项的听觉通道占用需求。
当Nat＝1或Nat＝0时，分别表示在时间t下，作业人员的听觉通道占用需求不超过一项，此时判定作业人员听觉通道需求无冲突；当Nat＞1时，此时判定作业人员对听觉通道有占用需求超过能够处理的极限，无法完成任务。
步骤S22中动作通道冲突模型用于分析多通道交互任务下的作业人员的动作通道冲突，用Npt表示，计算公式为：
其中：在动作通道的冲突模型中，手动控制行为、手势控制行为、触觉控制行为用Bhjt表示，语音控制行为用Bsjt表示。
Bsjt表示在j任务中的t时刻的语音控制行为的动作通道占用需求，当Bsjt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项语音控制行为的动作通道占用需求，当Bsjt＝0时代表在j任务中的t时刻不存在语音控制行为的动作通道占用需求。
Bhjt表示在j任务中的t时刻的手动、手势、触觉行为的动作通道占用需求，当Bhjt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项手动、手势或触觉行为的动作通道占用需求，当Bhjt＝0时代表在j任务中的t时刻不存在手动、手势或触觉行为的动作通道占用需求；Npt表示在t时刻下，动作通道占用的需求数量。
在这种设置条件下，作业人员完成任务的合理情况为Npt＝1或Npt＝0，即在时间t下，作业人员仅能满足一项动作通道占用需求。当出现Npt＞1的情况，表示在时间t下，作业人员对动作通道有占用需求超过能够处理的极限，无法完成任务。
此外，本模型需要在使用过程中进行数值修正。当同时存在一项语音控制、触觉或手势控制时，两者可以同时进行，互相干扰较小，因此，当这种情况发生时，不认为存在通道冲突。在模型中的修正方式为，当存在这种情况时，Npt-1即形成当前情况的修正值，相当于把阈值的具体值提高，避免将互不干扰的行为判定为冲突行为。
S23、构建通道负荷冲突评估模型：
通道负荷评估模型基于任务网络模型中通道行为要素构建，能够分析作业人员在任务操作下的各通道资源需求变化情况，计算公式为：
或
其中，WT表示时刻T的工作负荷；i,j＝1…l，表示不同资源通道；t＝1…m，表示操作者的任务或行为；as,i表示任务s时，i通道的资源需求值；as,j表示任务s时，j通道的资源需求值；ai,j表示i通道和j通道的资源需求值；at,i表示任务t时，i通道的资源需求值；at,j表示任务t时，j通道的资源需求值；ci,j表示通道i与j之间的冲突值；ci,i表示通道i与i之间的冲突值；若at,i或as,j＝0，那么(at,i+as,j)＝0；若at,j或as,i＝0，那么(at,j+as,i)＝0。
当WT大于预设值时，判定当前时间点作业人员工作负荷水平超载，即多通道人机交互流程存在不合理。
一般情况下，当WT＞28时，可认为当前时间点作业人员工作负荷水平超载，即多通道人机交互设计不合理。
在实际使用中，面向的作业人员专业技能水平存在差异，可根据需要调整WT的红线限值，如40或60等。
此外，可根据需要分析单个通道的资源需求，当资源需求＞7时，可认为当前时间点作业人员某一通道资源需求超载，即多通道人机交互设计不合理。
同样，在实际使用中，面向的作业人员专业技能水平存在差异，可根据需要调整单通道的红线限值，如10或15等。
在“通道负荷评估”模型公式中引用McCracken-Aldrich量表作为资源需求的数据依据，具体如表2所示。使用中可根据需要选取通道冲突系数，冲突系数举证如表3所示(通道冲突系数也存在其他版本，可根据需要选择)。
表2基于McCracken和Aldrich的IMPRINT工作负荷评级标准
表3冲突系数矩阵
| 冲突系数 | 视觉V | 听觉A | 认知C | 动作P |
| 视觉V | 0.9 | 0.2 | 0.7 | 0.1 |
| 听觉A | 0.7 | 0.4 | 0.1 | |
| 认知C | 0.7 | 0.1 | ||
| 动作P | 0.8 |
通道负荷冲突评估模型在评价时需要的行为要素等参数是最多的，因此其评估结果也是最准确的，当驾驶舱的任务流程比较详细时，能够提供该模型所需的计算参数时，即可以选择该通道负荷模型进行评估，此时的评估结果更加详细准确，能够针对任务流程进行详细整改。
S3、针对任务流程的具体内容，根据任务流程的精度及颗粒度，也可以称为任务的详细程度，选择步骤S2中与该任务流程匹配的某个评估模型对任务M的多个任务片段进行评估，并输出是否存在冲突，当存在冲突时对任务流程进行优化后重新选择适合的评估模型进行再次评估，直至输出结果为不存在冲突，保存优化后的任务流程作为最终的任务流程。
或者也可以根据需求直接在多个多通道人机交互方式中选择评估结果最优的多通道人机交互方式作为最终任务流程。
在具体的工作过程中，可以根据任务流程的设计方案的详细程序选择合适的评估模型进行评估，当任务流程较为粗糙时，可以选择基于任务冲突评估模型进行冲突评估，当任务流程的设计非常详细时，能够获得多个行为要素参数，则可以选取通道负荷评估的评估模型进行评估，该模型的评估结果也是最准确的。当任务流程涉及到人机交互行为但是并没有细化到每个行为要素时，可以选择通道冲突评估模型进行评估，在现有的任务流程的基础上输出较为准确的评估结果。评估结果输出的为是否存在冲突，当不存在冲突时，即可以说明该任务流程的设计是合理的，当输出结果存在冲突时，说明设计到的某些时间下的操作任务或行为要素之间是存在不合理的地方的，这种情况需要对这些不合理且存在冲突的地方进行优化，并在优化后继续选择合适的模型进行评估，直至输出结果为不存在冲突，结束评估过程，并确定此时的任务流程为最终的任务流程。
具体实施例
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。本申请所需的任务mission可以是任一可分解的任务流程，并根据当前任务颗粒度进行逐级分解，然后根据分解后的任务层级在task或behavior element选择相应的评估公式，带入公式计算并进行评估。
在本实施例中，以某一具备多通道交互技术的驾驶舱平台任务流程设计为例对本发明的方法进行详细阐述和说明。
该平台拟采用手势控制、触摸控制、语音控制、眼动控制等多种控制方式。为完成某一交互任务片段的设计与分析，对该任务的交互方式与作业流程进行设计。
本实施例中，初步任务流程设计为：基于驾驶舱平台设计出多种交互方式与作业流程，根据不同的交互方式共设计出三种多通道交互方式，第一种多通道交互方式为以操纵杆/舵(或方向盘)和触控操作模式进行，第二种多通道交互方式为以操纵杆/舵(或方向盘)和语音模式进行，第三种多通道交互方式为以操纵杆/舵(或方向盘)、语音和眼控模式进行。
分别针对三种多通道交互方式，基于拟制定某交互任务片段的作业流程与交互方式，分解任务片段mx，获得在时间片段T，需要完成的操作任务(task)，分解后如表4所示。其中，按照时间片段切分获得T1、T2、T3等时间段内需要完成的操作任务，例如，第一种多通道交互方式方式下，在T2时间片段内需要完成三个操作任务，第二种多通道交互方式方式下需要完成两个。带入公式(1)可获得：
第一种多通道交互方式方式下在T2时间片段下：Nt(一)＝3；
第二种多通道交互方式方式下在T2时间片段下：Nt(二)＝2；
第三种多通道交互方式方式下在T2时间片段下：Nt(三)＝2。
因此，在任务设计只能获取到某一时间片段下需完成操作任务数量的情况下，通过第一种评估模式即基于任务冲突评估模型进行冲突评估，通过计算公式计算可获得，在T2时间片段下第一种多通道交互方式方式下的任务设计是存在问题或者说不如第二种多通道交互方式方式下与第三种多通道交互方式方式下的设计好。
表4任务片段分解至操作任务
随着任务流程设计继续深入，基于前述分解内容，继续分解操作任务至行为层，则可获得更小颗粒度下时间片段t需要完成的操作行为，分解至操作行为层如表5所示。此种情况下就可以继续选择第二种模型即通道冲突评估模型进行评估。
表5操作任务分解至操作行为层
继续将各操作行为分解到behavior element层面，各通道的占用情况如表6所示。获得t1、t2、t3等时间片段下完成各操作行为的各通道占用情况，例如，第一种多通道交互方式下，在t1时间片段内认知通道、动作通道、视觉通道都只有一个占用；第二种多通道交互方式下认知通道、动作通道有两个占用，视觉有一个占用；第三种多通道交互方式下认知通道、视觉通道只有一个占用，动作通道无占用。将三种交互方式的参数分别带入上述公式(2)(3)(4)可获得：
第一种多通道交互方式下在t1时间片段下：Nvt(一)＝1，Nat(一)＝1，Npt(一)＝1；
第二种多通道交互方式下在t1时间片段下：Nvt(二)＝1，Nat(二)＝2，Npt(二)＝2；
第三种多通道交互方式下在t1时间片段下：Nvt(三)＝1，Nat(三)＝1，Npt(三)＝0。
因此，在任务设计可获取到某一时间片段下需完成操作行为的情况下，通过公式计算可获得，在t1时间片段下第二种多通道交互方式下的任务设计是存在问题或者说不如第一种多通道交互方式或第三种多通道交互方式的任务设计好。
表6通道分解
在表6基础上，引入表1内容，获得t1、t2、t3等时间片段下完成各操作行为的各通道具体占用情况，获得表7内容。
表7通道分解
进一步引入表2内容，则最终获得如表8所示，即在t1、t2、t3等时间片段下各通道的资源需求(负荷)。带入公式(5)可获得：
第一种多通道交互方式在t1时间片段下：WT(一)＝7.4；
第二种多通道交互方式在t1时间片段下：WT(二)＝7.3；
第三种多通道交互方式在t1时间片段下：WT(三)＝9.7。
因此，在任务设计可获取到某一时间片段下需完成操作行为的通道资源需求的情况下，通过公式计算可获得，在t1时间片段下各方式均在允许范围内，并无较大差异，第二种多通道交互方式的任务设计是相对较好的任务设计方案。
表8交互方式工作负荷分析
在使用过程中，可以发现，随着任务设计的深入，对多通道交互方式任务流程交互设计的理解加深，其数据分析结果也逐步更为细致。
本案例仅在不同任务设计深度下的某一时间段的数据分析结果，在实际使用中，应尽量完成完整典型任务剖面的全流程设计与数据分析，从而从任务整体的分析结果上去考察，设计的多通道交互方式融合效果的合理性和可用性，是否获得了预期的效果。
本发明提出面向具备多通道交互技术的驾驶舱的评估方法，其采用“任务冲突评估—通道冲突评估—通道负荷评估”逐层更加准确的多通道交互技术评估方法，根据设定的任务的详细程度选择评估模型对多通道人机交互任务的执行是否存在冲突进行评估，能够对基于任务流程的多通道人机交互融合性能进行科学准确的评估，根据评估结果对驾驶舱任务流程进行优化，得到不存在任务冲突且合理的驾驶舱任务流程，减少后续实际执行任务可能出现的任务冲突，提高驾驶舱任务执行的效率和准确度。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，其特征在于：其包括以下步骤：
S1、构建基于多通道交互技术的驾驶舱任务网络模型，其具体包括以下子步骤：
S11、输入任一驾驶操作任务M，根据驾驶舱具备的多通道人机交互方式得到任务流程；
S12、对任一个任务M根据时间顺序提取任务M的任务片段，形成任务M的任务片段集，并利用以下数据集进行表示：M＝{m1，m2，m3，……，mx，……，mn}；
S13、以任务片段mx为基础进行分解，形成按照任务操作顺序排列的操作任务task，在任务片段mx下，存在一个或多个task，用Bjt表示时刻t下需要完成的第j个操作任务task；
S14、以操作任务task为基础，将操作任务task分解为视觉通道、听觉通道、认知通道以及动作通道，形成基于时间序列的通道行为；各通道行为占用需求的数量是随机的，用数据Bvjt表示任务片段mx下某一时刻t的视觉通道占用需求数量，用数据Bajt表示任务片段mx下某一时刻t的听觉通道占用需求数量，用数据Bcjt表示任务片段mx下某一时刻t的认知通道占用需求数量，用数据Bpjt表示任务片段mx下某一时刻t的动作通道占用需求数量；
S15、形成输入任务M基于任务片段的任务序列、基于操作任务task的操作任务序列以及基于行为要素的行为要素序列；其中，操作任务序列与行为要素序列分别存在同一时刻下多个task或行为要素并存的情况；分解完成后，基于操作任务task的操作任务序列以及基于行为要素的行为要素序列均成网络式排布；
S2、构建驾驶舱的任务流程合理性评估模型，用于对任务流程进行评估，任务流程合理性评估模型包括任务冲突评估模型、通道冲突评估模型以及通道负荷冲突评估模型，不同精度的任务流程选择不同的评估模型进行评估，具体包括以下子步骤：
S21、构建任务冲突评估模型：
任务冲突评估模型基于任务网络模型中的操作任务序列构建，用于分析多通道交互任务下的作业人员的任务冲突，任务冲突计算公式为：
其中，Bjt表示时刻t下需要完成的第j个操作任务task，当t时刻下，存在第j个操作任务task时Bjt＝1，否则Bjt＝0；Nt表示t时刻下的作业人员的操作任务数量；
当Nt＝1或Nt＝0时，分别表示在t时刻下，作业人员处理一个task，或无task需要处理，此时判定作业人员操作任务无冲突；当Nt＞1时，表示在t时刻下，作业人员需要处理多个任务单元，判定作业人员操作任务出现冲突；
S22、构建通道冲突评估模型：
通道冲突评估模型用于评估多通道交互任务下作业人员的通道内部冲突，通道冲突评估模型包括视觉通道冲突模型、听觉通道冲突模型和动作通道冲突模型；
视觉通道冲突模型用于分析多通道交互任务下的作业人员的视觉通道冲突，用Nvt表示，计算公式为：
其中：Bvjt表示在j任务中的t时刻是否存在视觉通道占用需求，当Bvjt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项视觉通道占用需求，当Bvjt＝0时代表在j任务中的t时刻无存在视觉通道占用需求；Nvt表示在t时刻下，视觉通道占用的需求数量；
当Nvt＝1或Nvt＝0时，分别表示在t时刻下，作业人员的视觉通道占用需求不超过一项，此时判定作业人员视觉通道需求无冲突；当Nvt＞1时，此时判定作业人员对视觉通道有占用需求超过能够处理的极限，无法完成任务；
听觉通道冲突模型用于分析多通道交互任务下的作业人员的听觉通道冲突，用Nat表示，计算公式为：
其中：Bajt表示在j任务中的t时刻的听觉通道占用需求，当Bajt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项听觉通道占用需求，当Bajt＝0时代表在j任务中的t时刻不存在听觉通道占用需求；Nat表示在t时刻下，听觉通道占用的需求数量；
当Nat＝1或Nat＝0时，分别表示在t时刻下，作业人员的听觉通道占用需求不超过一项，此时判定作业人员听觉通道需求无冲突；当Nat＞1时，此时判定作业人员对听觉通道有占用需求超过能够处理的极限，无法完成任务；
动作通道冲突模型用于分析多通道交互任务下的作业人员的动作通道冲突，用Npt表示，计算公式为：
其中：
Bsjt表示在j任务中的t时刻的语音控制行为的动作通道占用需求，当Bsjt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项语音控制行为的动作通道占用需求，当Bsjt＝0时代表在j任务中的t时刻不存在语音控制行为的动作通道占用需求；
Bhjt表示在j任务中的t时刻的手动控制行为、手势控制行为、触觉控制行为的动作通道占用需求，当Bhjt＝1时代表在j任务中的t时刻存在一项手动控制行为、手势控制行为或触觉控制行为的动作通道占用需求，当Bhjt＝0时代表在j任务中的t时刻不存在手动控制行为、手势控制行为或触觉控制行为的动作通道占用需求；Npt表示在t时刻下，动作通道占用的需求数量；
当Npt＝1或Npt＝0，即在t时刻下，作业人员仅能满足一项动作通道占用需求；当出现Npt＞1的情况，表示在t时刻下，作业人员对动作通道有占用需求超过能够处理的极限，无法完成任务；
S23、构建通道负荷冲突评估模型：
通道负荷冲突评估模型基于任务网络模型中通道行为要素构建，能够分析作业人员在任务操作下的各通道资源需求变化情况，计算公式为：
其中，WT表示时刻T的工作负荷；i′,j′＝1…l，表示不同资源通道；t′＝1…m，表示操作者的任务；as,i′表示任务s时，i′通道的资源需求值；as,j′表示任务s时，j′通道的资源需求值；ai′,j′表示i′通道和j′通道的资源需求值；at′,i′表示任务t′时，i′通道的资源需求值；at′,j′表示任务t′时，j′通道的资源需求值；ci′,j′表示通道i′与j′之间的冲突值；ci′,i′表示通道i′与i′之间的冲突值；若at′,i′或as,j′＝0，那么(at′,i′+as,j′)＝0；若at′,j′或as,i′＝0，那么(at′,j′+as,i′)＝0；
当WT大于预设值时，判定当前时间点作业人员工作负荷水平超载，即多通道人机交互流程存在不合理；
S3、针对驾驶舱任务流程的具体内容，选择步骤S2任务冲突评估模型通、道冲突评估模型和通道负荷冲突评估模型中与该任务流程匹配的评估模型对任务片段进行评估，并输出是否存在冲突。
2.根据权利要求1所述的面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，其特征在于：所述动作通道冲突模型需要在使用过程中进行数值修正，当同时存在一项语音控制、触觉或手势控制时，两者能够同时进行，此时不判定存在通道冲突，并通过将Npt调整为Npt-1完成对动作通道冲突模型的修正。
3.根据权利要求1所述的面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，其特征在于：步骤S13中采用层次分析法与关键路径分析法对任务片段进行分解，步骤S14中采用Wickens多资源理论将操作任务task分解为视觉通道、听觉通道、认知通道以及动作通道。
4.根据权利要求1所述的面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，其特征在于：任务冲突评估模型、通道冲突评估模型以及通道负荷评估的评估模型的评估颗粒度依次细化，准确度依次升高，在对任务流程进行评估时根据任务流程的详细程度选择对应的评估模型进行评估。
5.根据权利要求1所述的面向基于多通道人机交互技术的驾驶舱任务流程评估方法，其特征在于：步骤S23中，当WT大于28时，判定当前时间点作业人员工作负荷水平超载，即多通道人机交互流程存在不合理。
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