Требуется обновление браузера.

Исследование стратегии выработки управляющих команд человеком-оператором при многомерном слежении


Просмотров: 583
Июль 2016 года
Себряков Г.Г., Бурлак Е.А., Набатчиков А.М. Исследование стратегии выработки управляющих команд человеком-оператором при многомерном слежении // Труды Второй Международной научно-практической конференции "Человеческий фактор в сложных технических системах и средах" (Эрго-2016) (Санкт-Петербург, Россия, 6-9 июля 2016) / Под ред. А. Н. Анохина, П. И. Падерно, С. Ф. Сергеева. – СПб.: Межрегиональная эргономическая ассоциация, ФГАОУ ДПО "ПЭИПК", Северная звезда, 2016. – С. 154-157.
Мероприятие: Конференция «Человеческий фактор в сложных технических системах и средах» (Эрго-2016) (Россия, Санкт-Петербург, 6–9 июля 2016 г.)
УДК: 331.101.1:004.946
Ключевые слова: эргономика, принятие решения, супервизорное управление, человек-оператор, виртуальная реальность, трехмерное слежение, анаглиф

Аннотация


В статье рассматриваются особенности принятия решений человеком-оператором при выборе стратегии управления при слежении в многомерном пространстве. Представлено описание стенда и методики экспериментов. Показаны результаты исследования алгоритмов выработки управляющих команд для различных операторов.


В человеко-машинных системах управления значительную роль играет супервизорное управление [1], при котором основой деятельности оператора является принятие решения. Данное управление используется, например, в различных комплексах моделирования, с визуализацией виртуальных сцен, используемых для обучения, тренажа и ситуационного анализа [2]. Выбор стратегии управления является при этом важным фактором, определяющим человеко-машинное взаимодействие [3]. Настоящее исследование проводится в рамках изучения алгоритмов выработки управляющих команд при слежении по трем координатам в трехмерном виртуальном пространстве.

Эксперименты проводились на разработанном авторами аппаратно-программном комплексе для проведения исследований по изучению работы человека-оператора в системах слежения [4]. Оператор, посредством так называемого HOTAS: Hands on Throttle and Stick – комплект органов управления: имитаторы РУС и РУД, то есть ручки управления самолётом и ручки управления двигателем (рис. 1), управлял положением прицельной метки в виртуальной трёхмерной сцене (рис. 2).

img_1.jpg
Рис. 1. Органы управления

img_2.jpg
Рис. 2. Вид виртуальной трехмерной сцены.

Так как, посредством типового компьютерного монитора оператору можно визуализировать лишь проекцию сцены на картинную плоскость, дополнительную информацию о глубине, испытуемый получал при помощи технологии стереозрения, основанной на анаглифном принципе. Управляющая программа комплекса рассчитывала изображение для левого и правого глаза, после чего смешивала их на экране монитора, внося в цветовую составляющую искажения, имитирующие цветовой фильтр. Полученная стереопара воспринималась оператором при помощи очков с красным и циановым светофильтрами (рис. 3). Так как сформированные части изображения обладают параллаксом, испытуемый ощущает дополнительный эффект глубины в процессе работы. Данное техническое решение оправдано условиями эксперимента: в виртуальной сцене практически отсутствует цветовое кодирование, а сам эксперимент длится незначительное время (не более 13 с). Указанные обстоятельства позволяют использовать цвет для формирования у оператора чувства глубины сцены, при этом избегая дискомфорта, вызванного длительной работой в анаглифических очках.

img_3.jpg
Рис. 3. Анаглифические очки со светофильтрами

Виртуальная сцена представляет собой куб, с нанесённой текстурой сетки. Наблюдатель находится внутри куба, у одной из его граней, просматривая практически полностью внутреннюю поверхность куба за исключением грани, расположенной «за спиной». В центре куба находится неподвижная цель. Прицельная метка перемещается в картинной плоскости при помощи джойстика с двумя степенями свободы (при отсутствии воздействия, ручка возвращается в исходно положение), позиция по глубине задаётся положением рычага (удерживающего последнее положение). Позиция цели определяется как:

x=(Dx+Jx)×R
y=(Dy+Jy)×R
z=(Dz+Jz)×R

где R – половина расстояния, доступного для перемещения по выбранной оси (иными словами – масштабный коэффициент виртуальной сцены), J – сигнал канала управления, соответствующего данной оси, изменяющийся в пределах [-1;1], в начальный момент времени равен 0, D – аддитивная помеха, образующая изначальное рассогласование цели и прицельной метки.

Величина D определяется следующим образом:

D=Mrnd

где M – массив допустимых значений, rnd – псевдослучайное целое число (используется равномерное распределение), принимающее значение [1; N], N – количество элементов в массиве M.

В рассматриваемых экспериментах, массив M равен [-0.25; 0.25].

Величины Dx, Dy, Dz – не коррелируют. Таким образом, существует K=N3 возможных начальных условий. При данном M, количество различных начальных условий K=23=8.

Видимая оператором виртуальная сцена (куб) составляет 2×R условных единиц измерения виртуального мира в глубину, высоту и ширину. Величина R равняется 2,25 единиц виртуального мира. Размеры цели и прицела – 1×1×1 единиц виртуального мира. Ось абсцисс направлена горизонтально слева направо, ось ординат имеет вертикальную ориентацию и возрастает снизу-вверх, ось аппликат характеризует глубину, увеличиваясь в направлении «от наблюдателя».

Задача оператора, используя выбранную им стратегию, совместить цель и прицельную метку, после чего нажать на гашетку, останавливая этим эксперимент.

В эксперименте принимали участие два оператора в возрасте 28 лет, имеющие разный опыт работы с динамическими объектами. Каждый испытуемый выполнил 25 реализаций. Примеры типовых реализаций представлены на рисунках 4,5.

img_4.png
Рис. 4. Типичные реализации первого опытного оператора.

img_5.png
Рис. 5. Типичные реализации второго неопытного оператора.

Исходя из анализа полученных экспериментальных результатов, можно сделать следующие выводы:

  • У опытного оператора преобладает стратегия управления сразу по трем координатам (рис. 4).
  • У опытного оператора, в ходе совмещения прицельной мети и цели, рассогласование по разным осям уменьшается практически с одинаковой скоростью. У менее опытного оператора скорости существенно отличаются (рис. 5).
  • В большинстве случаев, неопытный оператор почти полностью совмещал прицельную метку с целью по двум осям, устраняя рассогласование по третьей оси на заключительном этапе (рис. 5).
  • Если оператор использовал приведение по двум осям одновременно, то выбирал горизонтальную и вертикальную оси, оставляя рассогласование по глубине на заключительный этап совмещения прицельной метки и цели (рис. 4,5).
  • Совмещение по глубине, как правило, сопряжено с перерегулированием и бóльшими, чем по другим осям, ошибками (рис. 5).
  • Для неопытного оператора характерно «ступенчатое сближение»: рассогласование изменяется дискретно. На траектории движения прицельной метки можно выделить участки времени, в которые оператор анализирует внесённые им изменения в положение управляемого объекта и принимает решение о величине и направлении дальнейшего воздействия.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект 15-08-06767-а.

Список литературы


Файлы к скачиванию:

Комментарии

Инкогнито
  Загружаем captcha