追踪作业中几种心理负荷评估指标敏感性的研究

1、应用心理学Chinese Journal of 1997年第3卷第2期,27-31Applied Psycholog y1997,Vol.3,No.2,27-31追踪作业中几种心理负荷评估指标敏感性的研究X张智君朱祖祥(杭州大学心理系摘要本研究在模拟追踪作业情境下,对主任务绩效测定、主观评定和若干生理测量在心理负荷评估中的敏感性进行了实验。实验采用重复测量的被试者内设计,20名被试(男女各半在六档负荷下分别从事五分钟追踪作业。所选用的指标有追踪作业平均误差距离、追踪警告次数、主观负荷评定、心率、心率变异和血压。结果发现:主任务绩效在评估追踪作业心理负荷中具有最高的敏感性,主观评定次之,心率变化

2、率和心率变异变化率也随负荷变化,血压指标随负荷变化的趋势不明显;除血压指标外,其余各指标之间均存在明显的相关,这提示它们在评估追踪作业心理负荷中具有较大的可靠性。关键词心理负荷追踪作业评估敏感性1引言心理负荷是影响追踪作业绩效的一个重要因素。对追踪作业心理负荷加以准确评估,有利于对追踪系统进行合理设计1-3。目前,用于心理负荷评估的技术有主任务绩效测定、次任务绩效测定、主观评定和生理生化测定等4,5。次任务测定由于存在较大的干扰性而仅适用于特定情境6。本实验从主任务绩效、主观评定和生理功能变化等方面,选用多种指标,比较其在评估追踪作业心理负荷中的作用,探讨不同评估方法的敏感性及其相关性,为实际

3、情境的心理负荷评估提供依据。2方法2.1实验设计本实验为追踪负荷作业,要求被试用右手操纵控制杆对目标作尾随追踪。追踪负荷按目标移动速度快慢分A、B、C、D、E、F六档,A速度最慢,F速度最快。目标随机移动,其两维坐标分别由三个不同振幅的正弦函数叠加而成,即:x坐标=75sin H+50sin(5H+25sin(13Hy坐标=60sin(3H+40sin(7H+20sin(9H其中,H等于“(T0+tT(D-6”,T0、T(T 0为常数,t为时间,D反映追踪难度,负荷A 时D为1,负荷F时D为6。追踪作业绩效的第一项指标为“平均追踪误差距离”,即目标与瞄准器的距离平均值。当追踪误差超过特定限值时

4、,作业系统将以“嘟、嘟”声予以警告,警告总次数为追踪作业绩效的第二项指标。主观指标为“一般心理负荷”评定,要求被试回答如下问题:如果日常放松状态下的心理负荷评定为“0”,最高心理负荷为“100”,则刚才实验中的心理负荷应为多大?生理测定项目包括心率、心率变异和血X本研究得到浙江省自然科学基金项目395174资助。与本文有关信件请寄杭州大学心理学系,310028,张智君。压。实验采用重复测量的被试者内设计。2.2实验装置模拟追踪作业在计算机上实现。目标为一红色“O”,它在14英寸彩色显示屏(640350象素上以一定规则移动;瞄准器为一蓝色“+”,被试控制产生的模拟信号经过模数转换后传至计算机,据

5、此决定瞄准器的位置。整个追踪面尺寸为:495349象素面积。目标移动范围不超过300240象素面积。为增加情境逼真度,在显示面左侧设置了多个模拟仪表。心电信号由日产ECG-6511心电仪描记,其输出被放大、模数转换后传至另一台计算机作分析处理。整个心电变化过程通过日产COS-5021示波器监视。血压由日产H EM-601数字血压计记录。2.3实验过程与被试整个实验过程描述如下:1.主试呈现指导语,被试进行追踪作业练习;2.连接传感器及电极,静坐十分钟,测定安静心电图和血压,心电采用肢体导联;3.六种负荷下分别追踪五分钟,其间各休息二十分钟,负荷顺序随机确定;4.各作业的第3分钟起开始记录心电图

6、,持续九十秒,同时测定血压;5.各次作业后,被试进行“一般心理负荷”主观评定。20名18至24岁的本科生或研究生(男女各半参与实验,他们视觉正常,优势手均为右手。3结果分析与讨论3.1作业绩效分析追踪作业平均误差距离、警告次数随负荷变化的情况如图1、图2所示。可以发现,平均追踪误差、警告次数在六种负荷之间均存在着差异。方差分析揭示,追踪负荷对平均追踪误差的影响为F(5,95=202.38(p0.01,对警告次数的影响为F(5,95=227.89(p0.01。“Duncan”检验得出,除A、B之间无差异外,其余各对负荷之间均有0.01的显著差异。这表明, 追踪作业绩效对追踪负荷极其敏感。图1平均

7、追踪误差距离(象素与追踪负荷的 关系图2 追踪警告次数与追踪负荷的关系图3主观评定值与追踪负荷的关系3.2主观评定结果分析图3描述了心理负荷主观评定值随追踪负荷变化的关系。经分析发现,随着追踪负荷的增加,主观评定值也明显增加,差异的显著性达0.01水平(F(5,95=25.73。其中,除D 与C、C与B、C与A、B与A无显著差异及F 与E、E与D有0.05的差异外,其余各对负荷之间的差异均达到0.01的显著性水平。这说明,主观评定在评估追踪作业负荷中比较敏感。3.3生理测量结果分析六种追踪负荷下测得的心率变化率、心率变异变化率和血压变化率平均值及其变化如28应用心理学1997年第3卷第2期表1

8、所示。其中,心率与心率变异均取自心电图上中间1分钟的测定结果,心率以R-R间期的平均数为计算依据,心率变异以R-R间期的标准差为指标;两项血压值分别与收缩压、舒张压相对应。各项指标的计算公式如下:心率变化率(%=负荷心率-安静心率安静心率100%心率变异变化率(%=负荷心率变异安静心率变异100%血压变化率(%=负荷血压-安静血压安静血压100%对表1数据检验后发现,心率变化率对追踪负荷变化的敏感性达到0.01水平(F(5,95=3.32,p0.01,心率变异变化率的F值更高,为6.63。两项血压指标的显著性小于0.05水平。心率变化率和心率变异变化率对评估心理负荷是有价值的。表1六种追踪负荷

9、下被试的心率变化率、心率变异变化率、收缩压变化率和舒张压变化率测定结果指标负荷A负荷B负荷C负荷D负荷E负荷F 心率变化率 5.87 6.03 6.067.4710.9711.82心率变异变化率82.8377.9373.7770.5361.9960.04收缩压变化率 4.247.00 6.857.9310.0812.51舒张压变化率8.5911.8913.3613.3313.7415.753.4各指标间的相关分析追踪作业平均误差距离(ER、警告次数(WN、主观评定(WT、心率变化率(HRR、心率变异变化率(HRVR、收缩压变化率(SBPR、舒张压变化率(DBP R之间的相关值如表2所示。对该相

10、关矩阵进行分析可以发现:作业绩效(ER、WN、主观评定(W T和心率变化率(HRR、心率变异变化率(HRVR之间存在显著相关;两作业绩效(ER、WN的评定结果十分一致,相关系数达0.97,心电指标(HRR、HRVR之间和血压指标(SBPR、DBP R之间也存在显著相关;血压指标与其余指标之间没有显示出明显的随变关系。表2追踪作业心理负荷各评估指标之间的相关(N=120ER WN WT HRR HRVR SBP R WN0.97*WT0.49*0.50*HRR0.36*0.37*0.17HRVR-0.33*-0.37*-0.48*-0.33*SBPR0.170.200.080.16-0.14DB

11、P R0.080.100.110.14-0.040.64*4讨论对主任务绩效在心理负荷评估中的敏感性常有相互矛盾的报导7。支持的观点认为,主任务绩效存在显著的心理负荷评估价值,反对的观点则指出,许多情境下主任务绩效难以显示出理想的敏感性。我们认为,合理选择主任务绩效指标是评估敏感性的重要因素。本实验结果表明,在追踪作业中,平均追踪误差距离和警告次数能显著反映心理负荷的变化,从而证实了我们的上述看法。只要不影响主任务的正常进行,主任务绩效测定应成为实际评估的一种重要选择手段。许多研究者对主观评定一般持肯定的态度,本实验再次说明了这一点8。以往对心理负荷的生理测定方法争论最多。经典的心率、心率变异

12、和血压等测量已被多次应用,但结果不太一致9,10。综合各方面资料,支持心率变异的研究相对较多,而支持血压敏感性的材料较少。本实验发现,在所使用的生理测定中,心率变异变化率的心理负荷评29追踪作业中几种心理负荷评估指标敏感性的研究/张智君朱祖祥估敏感性最高,心率变化率的敏感性较低,但仍有一定的评估价值,血压指标的敏感性无统计意义。因此,本实验结果也基本反映上述倾向。5结论本实验在模拟情境下,对主任务绩效测定、主观评定和心电、血压等生理测定技术用于追踪作业心理负荷评估的敏感性问题进行了分析探讨。获得如下结论:1.主任务绩效(平均追踪误差距离、警告次数在评估追踪作业负荷中具有极其显著的敏感性;2.心

13、理负荷主观评定也显示出比较大的评估敏感性;3.心率变化率和心率变异变化率随追踪作业负荷变化,而血压指标随负荷变化的趋势不明显;4.除血压指标外,本实验其余各项指标之间显示出明显的相关,这表明这些指标在评估追踪作业心理负荷中有较大的可靠性。参考文献1Gaw ron,V.J.,Schflett,S.G.,&M iller,J. C.,M easures o f in-f lightw orkload.In:Jensen,R.S.,ed.A v ia-tion Psy chology.Gow er T echnical,1989:240-287.2W ierw ille,W.W.,P hy siol

14、ogical mea-sures o f aircrew mental w orkload.H u-man F actors,1979,21(5:575-593.3Williges,R. C.,&Wierw ille,W.W.,Behav ioral measures o f aircrew m entalw orkload.H uman Factors,1979,21(5:549-574.4Hicks,T.G.,&Wierw ille,W.W.,Com-p arison o f f iv e mental w orkload assessment p rocedures in a m ov

15、ing-base driv ing simu-lator.H uman Factors,1979,21(2:129-1430.5Yeh,Y.Y.,&Wickens,C.D.,Dissocia-tion o f p erf orm ance and subj ectiv e measure o f w orkload.H um an Factors,1988,30(1:111-120.6张智君,次任务测定技术在心理负荷评定中的作用,应用心理学,1991,6(2: 38-44。7Jex,H.R.,M easuring mental w orkload:p roblem s,p rogress an

16、d p romises.In:Hancock,P. A.,&M eshkati,N.,eds.H uman Mental W orkload.Am sterdam:Elsevier Science P ublis hers B.V.,1988:5-39.8张智君、朱祖祥,心理负荷多维主观评定的实验研究,人类工效学,1995,1(2: 4-7。9Hancock,P. A.,M eshkati,N.,&Robert son,M.M.,Py siological ref lec-tions o f mental w orkload.A v iation,Sp ace,and E nv ironmen

17、tal M edicine,1985,56(11:1110-1114.10M eshkati,N.,H eart rate v ariability andmental w orkload assessment.In:H an-cock,P. A.,&M eshkati,N.,eds.H u-m an M ental W orkload.Am sterdam:Else-vier Science P ublis hers B.V.,1988:101-115.30应用心理学1997年第3卷第2期A Study on Some Mental Workload Indexes for Tracking

18、 PerformanceZhang Zhijun and Zhu Zuxiang(Depar tm ent of Psy cholo gy,Hang zhou University,310028AbstractThis study evaluated the sensitivity of primary task perform ance,subjective rating and some physiologi-cal index es in assessing tracking m ental w orkload. Tw enty subjects(10males and10fem alesjoined the exper im ent,and each subject w as required to take a5minutes tr acking task under six w or klo ad levels.Tr acking error,w arning num ber,subjective rating,hear t rate,heart rate variance and bloo d pr essure w ere recorded.T w o results found in the ex-periment w ere:1Prim ar y task p