短时作业中警戒绩效影响因素的实验研究——兼用信号检测论分析，本文主要内容关键词为：作业论文,警戒论文,绩效论文,实验研究论文,信号论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
警戒，又称持续性注意，是指个体在一定环境中为觉察特定的，难以预测而又较少出现的信号所保持的准备状态，主要以监视、检测、搜索等任务形式，出现在空中交通管理、工业质量控制、自动化作业、核电站中央控制室、机动车辆驾驶等人—机界面中[1]。
早在1932年， 人们就开始从事视觉检查任务的绩效变化研究（Wyatt & Langdon,1932）。然而，对警戒研究的强烈兴趣则来源于二次大战的军事问题，英国海军司令部要求Mackworth 为从事监视任务人员提高作业效率提出一些实质性的建议，从而开创了警戒的实验室研究[ 2]。Mackworth 的实验证实了长时间从事监视作业绩效会下降这一基本假设。
自从Mackworth（1950）在实验室控制条件下开展警戒研究以来， 人们在实验室情景下研究了大量影响警戒绩效的变量。其中除作业时间外，还包括信号的物理性质、刺激密度、任务类型等等。比如：（1 ）信号密度（信号的信噪比），许多研究者研究了信号密度对警戒作业的影响，一般地，随信号密度的增加，警戒作业绩效得到改进。 但是， Baddeley和Colquhoun（1969）的实验结果却不能证明这一点。 这可能是密度的影响依赖于期望，也可能是研究中非信号刺激在差异性或显著性方面是不一样的；（2）信号规律性， 时间不确定性或目标信号的时间分布规律对警戒作业有影响，更大的不确定性和更低的绩效相联系；（3 ）信号的显著性（比如信号的占空比）， 早期的警戒研究（Adams1956;Mackworth,1950）表明更强的信号更容易被觉察。 信号持续的时间越短，警戒的下降更大（Baker,1963）。 只有信号持续的时间大约在2—4秒以下时，持续时间可能是至关重要的，超过这一临界值，持续时间对警戒作业没有影响（Warm等，1970）。而且信号密度与显著性之间还存在着交互作用，在高刺激密度和高显著性时对信号的觉察是低刺激密度的二倍（Metzger,Warm & Senter,1974）[2]。
应用信号检测论研究警戒后，又得出了人的注意力d'可以保持在一定水平，而个体不断调整判断标准β的结论[3]。
以上是关于警戒的国外研究概况，而在国内警戒研究开展得则较少，再加上本来国内外的研究结果并不一致，所以很难直接取用。因此有必要对警戒与警戒绩效变化作一些有针对性的初步研究。
此外，随着机器系统的日益自动化，人一机系统中人的任务越来越倾向于对一些物理声光信号的不同类别进行判别并做出不同的反应。
因此，本实验主要研究的是警戒任务中作业时间（即警戒作业持续的时间）、占空比（信号显著性的指标之一，是指小灯每次明暗闪烁的时间比）和信噪比（信号密度的指标之一，是指信号和非信号联合产生的频率）三因素及其交互作用对警戒绩效的影响，而信号的规律性则作为控制变量，信号的呈现是随机的；并且以信号检测论的方法来研究；警戒绩效的指标有两个：判断标准β和辨别力指数d'。
2 方法
2.1 被试
采用随机抽样的方法，从华东师大心理系与特殊教育学系中抽取24名二年级本科生。被试年龄18—20岁之间，其中男生8人，女生16人。他们均自愿参加。
2.2 实验仪器
EP710警戒仪（华东师范大学科教仪器厂）。
该仪器面板上均匀沿圆周排列有60盏小灯（发光二极管），当测试时，会以某一占空比（0.5.～5.）和某一信噪比（10%～90%）从起始位沿顺时针方向顺序点亮小灯，当在某一时刻（随机发生）突然跳空一位而直接点亮隔位小灯时，被试者应在2.5秒内按回答键响应， 以示被试者已正确观察到这一现象，仪器自动记对一次，否则记错一次。
仪器的主控操作面板提供主试者进行有关参数设置和查看测试结果用。
测试以每10分钟为一组，可连续测试几组单元（可设定），每组单元的错误回答和正确回答的次数自动保存在仪器中以供结束后查看。
2.3 实验程序
将被试随机分组，分别在不同的实验参数下进行实验。信号密度（信噪比）分10、15、20次三种，占空比分0.5与1两个水平。实验时被试端坐于仪器前，注视面板。主试向其陈述指导语：“接下来60分钟里，你要注视面前的亮点。启动后，亮点一次跳动一格为正常跳动，一旦亮点一次跳动两格，请你2.5秒内按反应键反应。抢步或2.5秒后再反应均被判错误反应。尽量保持注意力集中。”适当练习1—2分钟后，即开始正式实验。每名被试实验60分钟，分为6单元，每单元10分钟。
3 结果
本实验中，因变量指标为辨别力指数d'和判断标准β。用每次实验的参数求得信噪比、占空比的值，再加上作业时间的变量，来分析这三个因素对作业绩效的影响。统计处理使用SPSS软件包进行了3×2×6 方差分析。结果如下：
3.1 时间对警戒绩效的影响
经SPSS软件包进行的方差分析发现，时间对警戒绩效的两个指标（d'和β）均无影响，F（5,120）＝0.729，F（5,120）＝0.422，P＞0.10。
3.2 信噪比对警戒绩效的影响
经SPSS软件包进行的方差分析发现，信噪比对辨别力指数d'的主效果显著， F（2,120）＝3.918，P＜0.05， 信噪比增加会导致辨别力的增强；信噪比对判断标准β的主效果不显著，但其方差分析的数值接近临界水平，F（2,120）＝1.81，P＝0.168＞0.10。
3.3 占空比对警戒绩效的影响
经SPSS软件包进行的方差分析发现，占空比对辨别力指数d'和判断标准β的主效果不显著，F（1,120）＝1.48，F（1,120）＝0.25，P＞0.10。
3.4 信噪比、占空比与作业时间对警戒绩效的影响
经SPSS软件包进行的方差分析发现，信噪比、占空比与时间之间不存在任何的交互作用。
4 讨论
4.1 作业时间对警戒绩效的影响
本研究结果发现，作业时间对警戒绩效没有任何影响。这似乎与以往的研究不一致。国外自警戒现象的研究开展以来就提出了一个警戒下降的问题，即随着时间的延长警戒绩效明显地下降（Mackworth,1950）[1,2,4]。后来经典的实验结果也表明在1、1.5、2小时的警戒中，觉察率的下降主要发生在起始的半小时之内[2]。Bergum & Klein （1961）报道，任务持续的时间不同，警戒绩效的变化也不同。所有这些研究都支持作业时间必然影响警戒绩效的观点。
但是随着研究的深入，Weiner、Curry和Faustina（1984 ）又发现，并不是随着时间的推进都会出现警戒下降现象，任务的复杂程度对警戒绩效的影响更大，过于简单或过于难的任务会导致警戒下降，但中等难度的任务则不会或者极少会[4]。
由此，我们可以认为作业时间并不是警戒下降的必要条件，从这个意义上说，本研究的结果与当前的最新发现还是一致的。那么本研究中，究竟是何种原因导致了警戒绩效没有随着时间的延长而下降？我们作了如下几点思考：1.本研究的作业难度也许属于中等水平。2.个体的文化差异： 国外许多研究者都报道了个体差异对警戒绩效的影响 （Colquhoun,Bukan和Stroh等）[2]。这个研究结果给我们的启示是， 个体的文化差异可能会在警戒作业中体现出来，这个思考有待于进一步验证。3.人际关系效应：许多研究者发现，多个监视者的觉察绩效要比单个监视者的绩效优越[2]。Waag、Halcomb、Bergan和Lehr等人的实验结果都支持了该效应。本实验中，被试一人主试两人，这可能无形中诱发了人际关系效应。4.警戒作业的时间长度：实验中的警戒作业时间长度只是 60 分钟， 这个长度比真实世界中的持续操作的时间要短得多。 Nachreiner（1977）和Davies & Parasuraman（1982）等人的研究都发现，在短时间内出现警戒下降现象是很不寻常的[1,2]。因此， 今后探讨警戒下降问题时需要相应地延长作业时间。
4.2 信噪比对警戒绩效的影响
从本实验的研究结果来看，信噪比对警戒绩效有影响。这与以往的研究结果相一致。
但是影响的方面不同。经典的研究结果是，随着信号密度（信噪比）的增加辨别力指数基本稳定但判断标准发生变化[3]。本研究中， 信噪比对辨别力指数d'有主效果，随着信噪比增加辨别力也增强；此外信噪比对判断标准β也有类似的影响，只是未达到统计上的显著性水平。
4.2.1 信噪比对辨别力的影响
事实上， 信噪比对辨别力指数有影响这一结果也并非前所未有， Colquhoun（1961 ）最早报道了全部刺激密度（信号和非信号联合产生的频率——信噪比）是影响警戒作业的一个重要因素。他发现，信号刺激的概率越低，它被觉察的可能性就越低。Binford和Loed也报道过， 在一个目标信号非常难于觉察的警戒任务中，随着实验时间的推进，d'常常略有增加，β则下降。这一点可以用警戒的唤醒理论来解释。唤醒理论又被称为激活理论。1955年Hebb认为，中枢神经系统需要一定的激活状态以保持大脑活动的合理水平，这一激活状态取决于外在的刺激的变化，在单调、无兴奋的刺激环境下激活水平较低[1]。 警戒作业的特点是：作业时间长，作业环境单调，信号发生的概率低且不可预测。在这样的作业环境下，作业人员的中枢神经系统难以长时间保持高水平的激活状态，操作人员就难以检测到信号的发生。由此我们可以推知，信号发生的概率越高所能保持的激活水平就越高，那么操作人员的辨别力也就相应地高。
4.2.2 信噪比对判断标准的影响
实验结果显示β与信噪比无关。这个问题可以由以下几方面来解释。首先，对差别标准的调整的确在不断地进行，但并不是向着一个方向的有规律的变化；其次，本实验的任务相对简单，被试不需调动所有的心理资源，因此也降低了可能有的影响。
那么被试究竟是否不断地调整判别标准呢？从原始数据看，判定标准的调整的确发生了。但是，由于本实验中信噪比较低而且变化的范围较小，所以可能很难从结果上把β的变化反映出来。
4.3 占空比对警戒绩效的影响
本实验的结果是，占空比对警戒绩效没有任何影响。这与已往的研究相悖。Adams（1956）和Mackworth（1950）的研究表明更强的信号更容易被觉察[2]。Baker（1963）的研究发现信号持续的时间越短，警戒的下降越大[2]。所有这些研究结果都说明， 信号的显著性影响警戒绩效，显著性越强警戒绩效越好[2]。占空比是信号显著性的一个指标， 所以占空比越高应该导致越好的警戒绩效。
因此，就本实验的结果，我们认为是由于频率较高（1HZ与2HZ），占空比的变化在被试主观感觉上所引起的绝对差异不大所致。如果将闪烁频率降低（如0.2HZ）， 那么占空比变化引起的绩效差异就会显现出来，而且这种差异应主要体现在d'上。
4.4 作业时间、信噪比和占空比对警戒绩效的影响
这三个因素之间不存在任何的交互作用。
而已往的研究却发现，刺激密度（信噪比）与信号的显著性（占空比）存在着交互作用，在高刺激密度和高显著性性时对信号的觉察是低刺激密度的二倍（Metzger,Warm & Senter,1974）[2]。
但是，本实验中的占空比和作业时间对警戒绩效的作用都为零，再加上如上所述的原因，因此它们之间不存在交互作用是可以理解的。
总之，本实验证明了在实验情境中或与之相类的情境中，人的注意力水平与警戒作业的绩效是可以保持较长时间的稳定的。信噪比对警戒绩效有影响，随着信号密度（信噪比）的增加，辨别力指数增大。占空比对警戒绩效没有影响。而且作业时间、信噪比与占空比三因素之间不存在任何的交互作用。
5 小结
本实验研究了短时作业中（一小时内）影响警戒绩效的一些因素。实验结果与已往的研究不尽相同，它证明了警戒绩效不随着时间的延长和占空比的改变而变化，只有信噪比对警戒绩效有影响。但是，实验中得到的许多新发现和启发还有待于进一步探讨。本研究的结果对于机动车驾驶、雷达操作、空中交通管理、飞机和火车操作，工业产品检查等实际领域有着借鉴意义。