Глава 9. сравнению с задержкой ответа на второй скачок, обусловленной ПРФ и равной 300—/ мс при стратегии независимого ответа

сравнению с задержкой ответа на второй скачок, обусловленной ПРФ и равной 300—/ мс при стратегии независимого ответа.

Стратегия группирования ответов влияет также на точность ответа на первый скачок. Например, если второй скачок требует движения, направление которого противоположно необходимому для первого скачка, то последнее обычно имеет "слишком малую амплитуду: оператор начинает движение в направлении второго скачка, еще не завершив движение в ответ на первый..Кроме того, если оператор до того, как начать ответ, ожидает второй скачок, то первый уже может стать невидимым, так что оператор должен совершить движение, опираясь на свою память о положении первого скачка.

Влияние статистических свойств последовательности скачков. По мере накопления опыта реагирования на последовательность скачков в маршруте цели оператор усваивает статистические свойства последовательности. Например, он узнает о диапазоне амплитуд скачков, средней величине скачка и распределении временных интервалов между скачками. Оператор знакомится также со статистическими зависимостями между последовательными стимулами.

Эти знания могут улучшить деятельность слежения, но вместе с тем и привести к возникновению диапазонных эффектов и даже прерыванию деятельности, когда оператор должен реагировать на ситуации, не соответствующие тем ожиданиям, которые основаны на внутренней модели последовательности скачков.

Вообще диапазонные эффекты приводят к тому, что оператор совершает наиболее точные управляющие воздействия на скачки средней величины. Ответы на большие скачки обычно оказываются слишком малыми, а ответы на малые скачки —.слишком большими. Аналогично этому наиболее быстрые ответы даются на скачки, которые следуют за предыдущими через средний интервал последовательности. Такого рода диапазонные эффекты обусловливают преимущество в показателях деятельности для тех скачков, параметры которых находятся в середине диапазона возможных значений.

Кросс (цитируется по работе Нобла и Трамбо [29]) сравнивал эффекты величины скачка, междускачкового интервала и направления скачка. Ор обнаружил, что величина и интервал дают сопоставимые диапазонные эффекты улучшения деятельности, когда оператор реагирует на скачки, имеющие средние значения этих параметров. Однако Кросс обнаружил также, что диапазонный эффект отсутствует, если оператор не имеет определенного представления не более чем об одном параметре последовательных скачков. Например, если величина последова-

Ручное управление н слежение

тельных скачков не фиксирована, то диапазонный эффект для величины скачка возникает только при постоянном значении направления скачка и временного интервала между скачками.

Две стратегии слежения, основанные на распределении величину скачков. Помимо только что упомянутой стратегии «средней величины скачка» — операторы часто прибегают к другим стратегиям, основанным на вероятностном распределении величины скачков. В случае стратегии «максимизации» оператор всегда настроен на самый частый (т. е. модальный) скачок, поэтому ответы на него характеризуются наибольшей быстротой и точностью. Эта стратегия очень эффективна при крайне неравномерном распределении вероятностей, поскольку выигрыш от наличия готового ответа на одни скачок перевешивает проигрыш, связанный с неготовностью во всем другим возможным ответам. Трамбо [40] показал, что каждый из 16 операторов принимал стратегию максимизации, когда один определенный скачок встречался в 92% всех случаев.

Когда распределение вероятностей более равномерное, оператор может принять стратегию «подстраивания под вероятность», при которой правдоподобие ожидания того или иного ркачка соответствует вероятности его появления. Например, согласно Трамбо [40], когда вероятность модальной величины скачка была равна 0,7, большинство операторов были готовы к его появлению в 70% всех случаев.

Стратегии максимизации и подстраивания под вероятность встречаются наиболее часто в следующих случаях:

1. Важное значение имеет скорость ответа.

2. Операторы недостаточно опытны, чтобы сформировать внутреннюю модель статистики последовательности скачков.

3. Операторы поощряются к предвосхищению появления скачка.

Стратегии управления для повторяющихся последовательностей скачков. Даже если оператор знает, какие два скачка последуют непосредственно друг за другом, в случае принятия им стратегии отдельного ответа возникает эффект ПРФ. Когда последовательности скачков повторяются (и поэтому являются полностью предсказуемыми), оператор может принять другую стратегию для минимизации или устранения эффекта ПРФ, известную как стратегия «привязки» [37]. В этой стратегии оператор формирует последовательность ответов в соответствии с [последовательностью скачков цели. Запускается вся последовательность ответов, так что оператор производит только коррекции по времени (т. е.-по фазе), поддерживая привязку ответов к появлению соответствующих скачков. Это высокоэффективная стратегия, которой можно пользоваться при отслеживании не-

444 Глава 9

прерывных синусоидальных колебаний. Ее недостаток в том, что неожиданные изменения в характере последовательности скачков могут быть не обнаружены, что приведет к большим перерывам в деятельности на протяжении некоторого периода времени. ■ >;

Даже если операторы не следуют стратегии привязки, они могут использовать предсказуемость последовательности скачков для управления ответами. Например, когда Слэк [37] изменял место того или иного скачка в регулярной последовательности, операторы часто реагировали на него так, как на ожидаемый скачок.

9.4.3. Линейное слежение

При линейном слежении цель движется непрерывно в одном и том же направлении. Характеристиками скорости движения определяются различные типы задач линейного слежения и то, какое влияние она будет оказывать на деятельность оператора. При скоростном слежении цель движется с постоянной скоростью; при слежении с ускорением имеет место постоянно ускоренное движение цели; в случае дельта-ускорения цель движется с постоянной скоростью изменения ускорения.

В реальной жизни задачи линейного слежения встречаются редко, потому что с точки зрения наблюдателя объекты, движущиеся мимо него, меняют свою скорость, даже если в действительности она постоянна. Исключение, описанное Поултоиом J35J, представляет человек, стоящий в центре круглого манежа и снимающий на кинопленку бег лошади по кругу: скорость движения отслеживаемого объекта (лошади) кажется с точки зрения наблюдателя постоянной.

Тем не менее линейное слежение заслуживает внимания, так как оно дает возможность изучать деятельность слежения в установившемся режиме (в отличие от задач ступенчатого слежения, при котором имеются кратковременные остановки в движении отслеживаемой цели). Но это указывает Поултон [35, с. 921: «Изменения в его [оператора] ответах в задаче линейного слежения с установившимся режимом должны определяться его ограничениями н теми стратегиями, которыми он пользуется для преодоления своих ограничений. Эксперименты с линейным слежением могут поэтому выявить природу человеческих ограничений и стратегий».

Две стратегии отслеживания линейного изменения скорости.

Отслеживая цель, которая движется с постоянной скоростью, рнератор может непрерывно контролировать разницу между положением цели и положением курсора Регулярно, через не-

Ручное управление н слежение

большие интервалы времени оператор совершает корректирующие движения, приближая курсор к текущему положению цели или слегка опережая ее. Такая стратегия слежения называется совмещением по положению. Оператор обычно совершает около двух коррекций за 1 с. Временной интервал между коррекциями остается приблизительно одинаковым независимо от величины линейной скорости. Поэтому удвоение скорости вызывает увеличение средней абсолютной ошибки приблизительно в два раза. По этой же причине пусковым сигналом для корректирующих движений является не величина текущей ошибки (расстояние между курсором и целью), а истечение задержки, равной приблизительно одному времени реакции. По существу оператор должен принимать множество решений по выбору ответных реакций, что приводит к большим нагрузкам, связанным с переработкой информации. Психологическая рефракторная фаза также ограничивает скорость корректирующих движений.

В течение приблизительно 0,5 с между последовательными ответами оператор должен выбрать и начать ответное действие, а затем ожидать, пока ошибка не увеличится настолько, чтобы перейти к выбору конкретного корректирующего ответа.

Такая стратегия отличается от типичной работы технического следящего устройства. Эти устройства имеют постоянное запаздывание по отношению к отслеживаемой функции, нивелируя ошибку, которая имела место на одну единицу временного запаздывания ранее, Крэйк [2] изучал работу сервомеханизма при слежении за линейной скоростью, когда задержка равнялась 0,25 с. Устройство выдавало ошибку, колеблющуюся вокруг траектории цели с частотой 2 Гц, аналогичной той. которая установлена для человека-оператора. Однако сервомеханизм в отличие от человека всегда реагировал иа ошибку, которая существовала на 0,25 с ранее текущего момента, и продолжал колебания даже после остановки линейного движения. Чтобы обеспечить затухание этих колебаний, необходимо было обеспечивать демпфирование. Человек-оператор после выполне-,ния последней коррекции видит, что ошибка больше ие накапливается, и поэтому сразу же прекращает дакать корректирующие ответы.

Согласование по скорости. В отличие от стратегии совмещения по положению, при которой оператор совершает множество ответов, меняющих позицию курсора, стратегия согласования по скорости позволяет оператору совершать относительно нечастые коррекции, которые вызывают изменение скорости движения. Оператор наблюдает за движением цели, пока будет в состоянии определить его скорость. Затем оператор выбирает ответ, прн котором курсор движется с постоянной скоростью, аналогичной скорости движения цели. Чтобы попасть на цель, вы-

446 Глава 9

бранная скорость курсора должна быть несколько выше, чем скорость цели. Когда курсор проходит через цель, выбирается новая постоянная скорость курсора, что обеспечивает его совмещение с целью. Крэйк [2] показал, что когда оператор пользуется стратегией согласования по скорости, он делает за единицу времени почти в четыре раза меньше коррекций, чем в случае стратегии совмещения по положению (соответственно 0,5 и 2 коррекции в секунду).

Мы описали две различные стратегии в их чистом виде. В реальных задачах на слежение человек обычно пользуется и той и другой вместе. Например, Крэйк [2] описывает стратегию, аналогичную согласованию по скорости, но часто чередующуюся с дискретными позиционными коррекциями.

Несоблюдение закона Фиттса. Закон Фиттса не справедлив в тех случаях, когда цель, на которую направлено движение оператора, нестационарна (как в задачах с дискретным слежением). Нестационарность целей характерна для линейного слежения, когда оператор определяет ошибку по положению и перемещает курсор до его совпадения с целью (которая непрерывно движется). Степень неточности совмещения зависит от величины цели (она выше для небольших целей), скорости движения (она выше для больших скоростей) и порядка регулирования (разд. 9.6; она выше для систем с позиционным регулированием, чем с регулированием по скорости) [19]. В работе [19] предложен другой индекс трудности движения, с помощью которого более точно определяется время захвата цели при движении последней:

ВД = c+dA + e(V+l)(1/W-l), (5)

где с, d и е — коэффициенты регрессии, зависящие от порядка системы регулирования; А — желаемая амплитуда движения;

V — скорость движения цели; W —ширина цели. Величины А,

V и W измеряются в угловых градусах.

9.4.4. Синусоидальное слежение

Все рассмотренные выше типы траекторий слежения могут быть |Представлены как комбинации синусоидальных волн. Мы перейдем теперь к рассмотрению тех комбинаций, которые дают в результате гладкие, непрерывные траектории, отслеживаемые оператором. Можно считать, что такая траектория представляет меняющиеся скорость и ускорение. Отслеживание таких целевых траекторий весьма характерно для нашей повседневной практики. С точки зрения наблюдателя, стоящего на обочине дороги, скорость движения автомобиля, идущего с одного конца

Ручное управление н слежение

дороги, проходящего перед наблюдателем и удаляющегося к другому концу дороги, изменяется по синусоидальному закону. И это несмотря на то, что водитель противодействует тем возмущениям, из-за которых автомобиль мог бы отклониться от.прямого'Пути. Эти возмущения можно представить как комбинации синусоидальных волн, которые водитель должен непрерывно и плавно отслеживать.

В данном разделе мы вначале рассмотрим траектории, образуемые одной синусоидой, а затем траектории, представляющие _:собой комбинации нескольких синусоид.

Влияние частоты синусоиды. Человек отслеживает полосу частот протяженностью приблизительно 1—2 Гц. Поэтому если оператору нужно отслеживать синусоидальные колебания с частотой выше 1 Гц, то обычно качество слежения ухудшается. Но если входная функция легко предсказуема, как в случае одной

Рис. 9.6. Зависимость синусоидального слежения от частоты. Штриховая линия — ошибка при отсутствии ответа оператора.

синусоиды, то оператор может применять различные стратегии, помогающие ему частично преодолеть это ограничение; такой стратегией является, например, «привязка» к цели. На рис. 9.6 показан типичный пример зависимости отслеживания одиночной синусоиды от ее частоты [28]. Точка перегиба приходится на частоту около 1,75 Гц, что соответствует полосе пропускания оператора.

Зависимость стратегии привязки к цели от частоты входного сигнала. При отслеживании одиночной синусоиды операторы быстро усваивают стратегии привязки, когда пытаются генерировать синусоидальный ответ, согласованный с частотой и ам-