Изучение информационного поиска водителя трактора (Л. А. Вайнштейн)

Данная работа посвящена исследованию зрительного информационного поиска водителя при управлении тракторным агрегатом, т. е. трактором, агрегатированным сельскохозяйственной машиной. Изучение информационного поиска на основе определения направления взора и длительности фиксации глаз позволяет выяснить, какая именно информация, какие объекты наблюдения являются наиболее важными для водителя, и установить психологические факторы, определяющие своеобразие действий водителя при управлении. Все это дает возможность обосновать соответствующие требования к конструкции кабины трактора и его обзорным качествам.

Водитель получает зрительную информацию посредством целой системы поисковых движений глаз. Движения глаз разнообразны по форме и выполняют большое число различных функций. Рассматривая функцию макродвижений глаз в процессе зрительного восприятия, мы будем придерживаться классификации этих функций, данной в работе В. П. Зинченко и Б. Ф. Ломова [1].

Анализ функций движений глаз показывает, что они делятся на два класса. В первый входят движения поисковые, установочные и коррегирующие. С их помощью осуществляется поиск заданного объекта восприятия, установка глаза в "исходную позицию", корректировка этой позиции. Во второй класс входят собственно гностические движения. Это движения, участвующие в построении образа, опознания объекта, измерении пространственных характеристик объекта и т. п.

Исследования, проведенные Б. С. Березкиным и В. П. Зинченко [2] показали, что движения глаз являются средством и одновременно надежным индикатором поискового поведения. Причем существенным признаком поискового поведения является длительность фиксации глаз. Это связано с тем, что максимум перцептивной информации человек получает в момент зрительной фиксации. Длительность фиксации глаз очень изменчива и в большой степени зависит от особенностей объекта наблюдения, характера решаемой задачи и ценности объекта наблюдения для решения этой задачи.

Существуют различные методы регистрации движения глаз. Эти методы позволяют определить длительность фиксации, величину и направление отклонений зрительной оси (запись маршрута отраженного пучка света, электроокулография, фотоэлектрический и электромагнитный методы и т. д.). Необходимость проведения эксперимента в естественных условиях определила в нашем случае выбор метода кинорегистрации.

Метод кинорегистрации движения глаз и определения направления взора успешно применялся рядом исследователей при изучении различной трудовой деятельности человека (см., например, [3]). Этот метод выгодно отличается от других компактностью применяемой аппаратуры, возможностью установки ее на тракторе, способностью работать в условиях тряски и отсутствием специальных приспособлений, затрудняющих трудовую деятельность водителя.

Киносъемка глаз водителя производилась с помощью 35-мм кинокамеры "Конвас", жестко прикрепленной на специальном кронштейне к полураме впереди кабины трактора. Кинокамера устанавливалась ниже уровня глаз с таким расчетом, чтобы веки и ресницы не заслоняли зрачков глаз водителя. Киносъемка производилась при выполнении трактором "Беларусь" МТЗ-80, агрегатированным культиватором, междурядной обработки почвы в следующих режимах работы: трогание с места, заезд в рядок, движение по гону и остановка. Трактор двигался по гону со скоростью 9,5 км/ч. В эксперименте принимали участие водители высокой квалификации со стажем работы 10-15 лет.

Участок обрабатываемого поля, на котором фиксируется взор водителя, определялся при помощи контрольной киносъемки. Для этого перед началом эксперимента трактор устанавливался в центре площадки, размеченной на квадраты, таким образом, что его продольная ось симметрии совпадала с осью симметрии площадки. Оси передних и задних колес находились на нулевой линии начала отсчета координат квадратов. Дополнительно были размечены линии, совпадающие с продольной осью колес трактора (колеей трактора). Квадраты располагались на расстоянии 2,5; 5; 7,5 и 10 м от нулевой линии начала отсчета.

Затем проводилась контрольная киносъемка глаз водителя, просматривающего квадраты площадки в определенной последовательности. Полученные контрольные изображения глаз водителя затем сравнивались с кинокадрами, отснятыми при проведении эксперимента. Полученный киноматериал обрабатывался покадровым просмотром при помощи специально изготовленного кинодешифратора. Покадровый анализ отснятого киноматериала показал, что в процессе управления тракторным агрегатом при выполнении сельскохозяйственной операции водитель производит зрительный информационный поиск путем обзора соответствующих участков поля и ориентиров движения впереди и сзади трактора. Обзор передней части рабочей зоны занимает у водителя 85% времени всего наблюдения. Наблюдение осуществляется для правильного ориентирования и предвидения движения трактора по рядкам растений обрабатываемого поля. На наблюдение задней зоны для контроля работы культиватора водитель затрачивает около 15% времени всего обзора и производит его периодически через определенные промежутки времени.

Поле обзора, создаваемое только одними движениями глаз водителя, недостаточно для осмотра всей рабочей зоны. Для увеличения угла обзора водитель постоянно изменяет рабочую позу, совершая наклоны, повороты головы, а при осмотре задней зоны - повороты туловища влево и вправо.

Наиболее неудобным для водителя является осмотр задней зоны, который можно разделить на два вида. Первый, контрольный, осуществляется путем поворота туловища и головы вправо назад. Осуществляя контрольные наблюдения, водитель фиксирует взор на рабочих органах сельхозорудия и на обработанном участке около него. Если водитель замечает, что рабочие органы забились сорняками, то он правой рукой, воздействуя на рычаги, осуществляет подъем культиватора для его очистки. Производя зрительный контроль за очисткой, водитель поворачивает туловище и голову влево назад. Зрительный рабочий контроль характеризуется большей длительностью и продолжается около 3 с. При обзоре рабочей зоны впереди трактора водитель совершает информационный поиск, концентрируя внимание на соответствующих участках поля и ориентирах движения.

Как уже отмечалось выше, существенным признаком информационного поиска является длительность фиксации глаз. Причем индикатором трудности решаемой задачи является средняя длительность фиксации глаз водителя на соответствующих объектах наблюдения.

Приведем некоторые данные о средней длительности (в секундах) фиксаций глаз водителя трактора на различных участках поля и ориентирах движения:

Из этих данных видно, что у водителя трактора наблюдается высокая средняя продолжительность фиксации глаз (0,92 с), а среднее число фиксаций - 1 фиксация в секунду. Для сравнения приведем данные среднего времени фиксации по Гератеволю [4]. Так, при задачах ориентации и навигации это время равно 0,45 с, задачах обнаружения объекта - 0,83 с, бомбометания - 1,5 с.

Вследствие различной информационной значимости отдельных участков поля и ориентиров движения общее время фиксации взора водителя имеет различную длительность. Чем более юз информативно важен объект наблюдения, тем длительнее зрительная фиксация на нем.

В зависимости от длительности фиксации глаз водителя мы принимаем три группы информационной значимости объектов, наблюдения: значимую, важную и малозначимую. Значимую группу образуют информационные участки поля, имеющие длительность фиксации глаз водителя свыше 10%, важную от 3 до 10%, а малозначимую - менее 3% от всего времени обзора.

Наши данные по времени фиксации глаз водителя трактора в зависимости от информационной значимости объектов наблюдения приведены в таблице.

Время фиксации глаз водителя трактора на объектах наблюдения в зависимости от их информационной значимости

На основании этих данных была построена карта обзорности с учетом информативной значимости отдельных участков поля. По приведенным данным видно, что наиболее информативно важным участком является рабочая зона, расположенная правее оси симметрии трактора от его правого переднего колеса до 7,5 м вперед. На обзор этой зоны водитель тратит до 78% времени обзора всей рабочей зоны. Сосредоточение внимания на ближних объектах обусловливается готовностью к осуществлению своих действий. Это связано с тем, что водителю при управлении необходимо постоянно получать информацию о положении управляемых колес трактора относительно рядка растений для сохранения защитной зоны, предотвращающей повреждения растений.

В то же время водитель часто смотрит несколько дальше, отмечая более далекие ориентиры. При этом он составляет предварительную общую схему предстоящих действий. Обзор участка рабочей зоны, расположенной далее 7,5 м, занимает у водителя до 7% времени всего обзора. Это объясняется необходимостью предвидения дальнейшего направления движения; трактора в связи с криволинейностью рядков растений.

Карта обзорности и информативной значимости отдельных участков поля

По мере того, как отдельные участки приближаются, общая схема уточняется, конкретизируется, разбиваясь на небольшие задачи, решение которых подготовлено заранее и требует лишь уточнения и корректировки.

Участки рабочей зоны, расположенные слева от оси симметрии трактора, имеют Для водителя меньшую значимость, о чем свидетельствует малое время обзора этих участков, просматриваемых водителем при выполнении поворота.

Как показали результаты проведенного исследования, водитель трактора перегружен ближней информацией. Правое переднее колесо, рядок растений, отдельные растения и другие объекты наблюдения создают большую плотность информации. Перегрузка ближней информацией лишает водителя возможности планировать решение более отдаленных задач, что затрудняет деятельность в целом.

Водитель выбирает режим движения на основании вида работ, своего опыта и навыков, а главное - на основе получаемой им зрительной информации. Надежность его работы будет обеспечиваться лишь при условии, что объем предъявляемой информации соответствует способности водителя переработать ее при данной скорости движения, т. е. плотность информации находится в определенных пределах.

Таким образом, регулирование плотности поступающей зрительной информации производится водителем путем изменения скорости движения, что приводит к снижению производительности труда.

Чтобы водитель мог работать на оптимальных скоростях движения, обзорные качества кабины должны обеспечивать хорошую видимость объектов наблюдения. Особенности конструкции и компоновки трактора не могут обеспечить полной обзорности из кабины. Поэтому необходимо обеспечивать видимость участков обрабатываемого поля согласно их информативной значимости, в первую очередь значимых, затем важных и малозначимых. Для создания оптимальных условий видимости обзорные качества трактора должны иметь следующие значения коэффициентов обзорности: значимых участков K_зн=0,8-1,0; важных - K_в=0,6-0,8; малозначимых - K_мз=0,4-0,6.

На основании проведенного исследования можно сделать вывод о том, что ухудшение показателей режима движения тракторного агрегата определяется психологическим воздействием на водителя специфических условий процесса управления, в том числе условиями поиска зрительной информации. Улучшая обзорные качества кабины трактора, мы тем самым воздействуем на психическое состояние водителя и добиваемся лучших режимов работы.

Указатель литературы

1. Зинченко В. П., Ломов Б. Ф. О функциях движений руки и глаза в процессах восприятия. - "Вопр. психол.", 1960, № 1, с. 29-41.

2. Березкин Б. С., Зинченко В. П. Исследование информационного поиска. - В кн.: Проблемы инженерной психологии. М., 1967, с. 90-116.

3. Камышов И. А. Методика кинорегистрации движений глаз и определение направления взора оператора. - "Вопр. психол.", 1968, №4, с. 148-150.

4. Гератеволь З. Психология человека в самолете. М., 1956. 357 с.