模擬空中交通沖突探測：不同線索條件下的失誤作用機制

【摘要】：空管、飛行員、火車管理者和運動員等職業都會涉及到對某個或多個運動客體的運動軌跡進行預測。判斷運動客體是否會發生沖突或碰撞,稱為沖突探測(Conflict detection)。沖突探測研究可以推進多重客體運動研究,可以應用到交通、航空、運動、軍事和人工智能領域,特別是為航空“錯忘漏”、自由飛行和自動化工具設計提供借鑒。對運動客體到達或經過觀察者的剩余時間的預測,稱為碰撞或沖突時間(Time-to-Contact/Time-to-collision,TTC)估計。Xu 和 Rantanen(2003)對沖突探測進行任務分析,識別出兩種類型的預測成分:相對TTC估計(哪個運動客體先到達指定目標),以及絕對TTC估計(估計運動客體同時到達目標時的碰撞時間)。已有研究多關注水平沖突探測,考察會聚角、相對速度和距離、快慢次序等因素的影響,卻沒有從TTC估計的視角來考察認知加工,沒有區分辨別力和反應偏向的影響,也沒有考察不同空間方位因素的影響,且研究結果不一致也難以解釋。根據知覺的可利用性理論和擴展的tau理論,人類和動物的視覺具有高度適應性,會采用多種策略,除視覺變量外,距離、速度以及其他信息都會影響TTC估計。結合信號檢測論和擴展的tau理論,借鑒已有TTC研究成果和理論,本文采用模擬空中交通的沖突探測任務,考察沖突探測失誤的影響因素及作用機制。本文共有四個研究,包括11個實驗,系統操縱速度、距離、時間壓力和高度變化線索,考察空間方位、會聚角,以及快慢到達和經過次序對沖突探測的影響。每個實驗都包括實驗a和實驗b,實驗a為沖突探測任務,實驗b為TTC估計任務。系統操縱高度、速度和距離信息,可以分離個體進行沖突探測和TTC加工時可使用的線索信息,以及在編碼和提取線索信息時采用的加工策略。研究一和研究二系統操縱速度因素,主要考察相對和絕對距離線索的作用。研究一包括2個實驗,考察速度相同時,空間方位、會聚角和經過次序對沖突探測的影響。在研究一的基礎上,研究二引入絕對速度變量,包括3個實驗,考察絕對速度、空間方位、會聚角和經過次序對沖突探測的影響。研究一和研究二的結果表明,高度相同速度相同時,絕對速度、空間方位、會聚角和經過次序會影響沖突探測。結果證實軌跡比較存在基于空間方位的感知偏差,個體會采取基于運動、視覺變量策略,或基于運動和視覺變量的策略轉換。在研究一和研究二的基礎上,研究三引入速度比變量,包括3個實驗,系統操縱速度比因素,考察速度比、空間方位、會聚角、快慢到達和經過次序對沖突探測的影響。研究三結果表明,高度相同速度不同時,速度比、空間方位、會聚角,以及快慢到達和經過次序會影響沖突探測。個體會采取基于運動、基于比率、視覺變量的策略轉換,存在基于空間方位的長度錯覺和速度感知偏差,以及距離-超越-速度偏差?；谘芯咳慕Y果,研究四包括3個實驗,進一步考察不確定性情境下的適應性加工。操縱時間壓力和高度變化線索,探究不同速度、高度變化和垂直間隔距離對沖突探測的影響。研究四發現,在時間壓力和高度變化條件下,速度和高度影響沖突探測。這說明在時間壓力及高工作負荷條件下,個體主要基于啟發式加工,更偏愛速度和高度信息的加工,會采取視覺變量、基于運動、基于比率和基于高度的策略轉換?；谏鲜鏊捻椦芯?本文得出如下結論:1.結果證實沖突探測存在基于空間方位的感知偏差和距離-超越-速度偏差,個體更容易依賴距離信息進行軌跡比較,而不是時間估計。2.研究結果支持知覺的可利用性理論,表明個體在不同線索條件下,會采用多種策略進行直接知覺和間接計算的適應性加工。3.研究結果證實擴展的tau理論在客體中心的TTC估計中的適用性,個體會使用視覺變量、速度、距離、高度等信息來進行相對和絕對TTC估計。