無論是狹義的人機(jī)交互(人-計(jì)算機(jī)交互)，還是廣義的人機(jī)交互(人-機(jī)器-環(huán)境交互)，都將必不可少地涉及到信息問題，即信息的輸入、信息的處理和信息的輸出三個(gè)基本過程，前面一章我們結(jié)合這個(gè)基本過程對人機(jī)交互中信息輸入——人的感覺過程進(jìn)行了描述，下面將針對信息的處理部分——人的情境認(rèn)知特性進(jìn)行說明。

1 情境認(rèn)知的概念

1.1情境意識與情境認(rèn)知的關(guān)系

前雷鳥飛行隊(duì)的領(lǐng)隊(duì)和美國空軍參謀長(1990年-1994年任期)Merrill McPeak認(rèn)為區(qū)別一個(gè)好的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員與一個(gè)偉大的戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是是否具有情境意識(Situational Awareness, 簡稱SA)。Merrill McPeak 認(rèn)為如果一個(gè)飛行員能夠?qū)趧倓傔^去的情境和當(dāng)前的情境在頭腦中建立和保持準(zhǔn)確清晰的畫面，那么他就能創(chuàng)造出輝煌的戰(zhàn)績。既然情境意識那么重要，那它究竟是什么呢?

在第一次世界大戰(zhàn)期間，Oswald Boelke提出了這樣的觀點(diǎn)“在敵人意識到我們之前獲得對敵人意圖的意識是非常重要得，因此我們迫切地需要找到實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的方法”，這就是情境意識概念的雛形定義。在二十世紀(jì)八十年代之前，這個(gè)思想并沒有獲得太多的重視，但是，自從20世紀(jì)80年代后期以來，這個(gè)思想已成了最受人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)工程學(xué)中人機(jī)交互研究領(lǐng)域關(guān)注的問題之一。確切地說，對這個(gè)問題的原始動(dòng)力源自于航空工業(yè)的要求：隨著航空設(shè)備自動(dòng)化/智能化水平的不斷提高，飛行員及空中交通管制人員的任務(wù)、時(shí)間壓力很大(即人的體力負(fù)荷下降、心理負(fù)荷增加的現(xiàn)象變得更加突出)，這就要求他們應(yīng)具有更好的情境意識以應(yīng)對日益復(fù)雜的監(jiān)視/控制操作。因此，對情境意識的研究在航空人機(jī)交互領(lǐng)域已成了一個(gè)極有發(fā)展前景的研究方向。

與其他涉及到人主觀活動(dòng)的的概念(如注意、工作負(fù)荷、緊張、冒險(xiǎn))相似，情境意識(SA)的定義并不是絕對唯一的，而是被用來描述那些不能被直接測量、評價(jià)概念，這也是造成此概念難以準(zhǔn)確定義的一個(gè)重要原因。目前，對情境意識的定義公認(rèn)比較好的是Endsley于1988年人素學(xué)協(xié)會年會上發(fā)表的“Design and evaluationfor Situation Awareness enhancement”(Proceedings of the Human Factors Society 32 nd Annual Meeting (Volume 1, pp. 97-101). Santa Monica, CA)一文中提出的情境意識(SA)的定義：“…the perception of theelements in the environment within a volume of time and space, thecomprehension of their meaning, and the projection of their status in the nearfuture.”(情境意識就是在一定的時(shí)間和空間內(nèi)對環(huán)境中的各組成成分的感知、理解，進(jìn)而預(yù)知這些成分的隨后變化狀況。)。

另外，1995年，Smith和Hancock的定義是：“Situationalawareness is the invariant in the agent-environment system that generates themomentary knowledge and behaviour require to attain the goals specified by anarbiter of performance in the environment.” (情境意識是人-環(huán)境系統(tǒng)中的不變量，該不變量產(chǎn)生瞬間的知識和行為特性以滿足由一個(gè)在環(huán)境中決定者提出的具體要求。)。而Bedny和Meister于1999年對情境意識也下的定義則是這樣：“Situational awarenessis the conscious dynamic reflection on the situation by an individual. Itprovides dynamic orientation to the situation, the opportunity to reflect notonly the past, present and future, but the potential features of the situation.The dynamic reflection contains logical-conceptual, imaginative, conscious andunconscious components which enables individuals to develop mental models ofexternal events.”(情境意識是一個(gè)個(gè)體對情境有意識的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。它不但反映了情境的過去、現(xiàn)在和未來動(dòng)態(tài)變化趨勢，還反映了該情境可能的要素特征。這種動(dòng)態(tài)的反映包括邏輯概念、想象虛構(gòu)、有意識和無意識的成分——能夠使個(gè)體形成外部事件的心理模型。)

結(jié)合上面提到的三個(gè)情境意識定義，我們可以看出，Endsley1988年的定義主要強(qiáng)調(diào)當(dāng)前情境的感知、理解及未來發(fā)展預(yù)測;相比之下，Smith 與Hancock1995年的定義則側(cè)重于人與情境之間的交互，主要集中于兩者之間有機(jī)協(xié)調(diào)作用的方法;而Bedney和Meister 1999年提出的定義則主要著重于情境意識產(chǎn)生反射的方面，尤其是涉及到了對當(dāng)前系統(tǒng)理解的心理關(guān)系模型。這些定義之間的主要區(qū)別是：它們對決定情境意識的交互特性側(cè)重的程度不同，這種區(qū)別也可以根據(jù)是側(cè)重情境意識的過程還是情境意識的結(jié)果來衡量，而這兩者很可能對正確地理解情境意識都起著重要作用。從根本上說，SA就是指意識到你周圍發(fā)生了什么，并且了解這些信息對你的現(xiàn)在和將來都意味著什么。這種意識通常以如下方式定義：即對于一項(xiàng)特定的工作或目標(biāo)來說，最重要的信息是什么。

盡管情境意識作為人機(jī)交互領(lǐng)域中非常常見的概念，但是它仍然缺乏統(tǒng)一的嚴(yán)格定義，幾乎每個(gè)學(xué)者或?qū)Υ硕伎赡苡胁煌亩x。然而，作為把人、機(jī)和環(huán)境之間的交互作為一個(gè)整體來進(jìn)行分析的集成概念，它仍具有基本的可描述性：一般而言，通過情境意識這個(gè)概念可以把人的能力、經(jīng)驗(yàn)、目標(biāo)驅(qū)動(dòng)行為、信息環(huán)境、資源約束及其它們之間的相互關(guān)系有機(jī)聯(lián)系成為一體。但情境意識本質(zhì)上不是決策或執(zhí)行行為，例如，人可以存在這樣的情形：有較高的情境意識，但執(zhí)行行為的績效卻較差(較差的反應(yīng));有較低的情境意識，但執(zhí)行行為的績效卻較好(較好的反應(yīng))。這是由于有許多其他的因素(如決策產(chǎn)生偏差，執(zhí)行反應(yīng)失誤等)會影響情境意識的處理過程。

我們研究的情境認(rèn)知(situation(al) cognitive，SC)與情境意識(SA)不完全相同，它不但包括情境意識，而且還包括決策、執(zhí)行行為等因素。它們之間的關(guān)系詳見圖1所示： 

圖 1 情境認(rèn)知(SC)與情境意識(SA)研究內(nèi)容區(qū)別系統(tǒng)圖

從上圖可以看出：在信息處理過程中，情境意識(SA)只屬于中間處理階段，而情境認(rèn)知(SC)則貫穿了整個(gè)信息處理過程，即包括了信息的輸入、中間處理和信息的輸出三個(gè)階段，因而可以宏觀地說，對情境認(rèn)知(SC)的研究就是對以“人”為核心的人、機(jī)、環(huán)境三者之間關(guān)系及其最佳匹配研究，同時(shí)也是人機(jī)交互界面(如汽車、飛機(jī)等駕駛室顯示/控制面板)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和根據(jù)，是保障人員安全和提高訓(xùn)練效率的重要手段，是涉及到研究新一代高性能軍用、民用飛機(jī)亟待解決的重大安全技術(shù)問題。對交通運(yùn)輸、智能家居、機(jī)器人的智能化/情感化、工業(yè)設(shè)計(jì)/控制、空中交通管制員/飛行員的科目訓(xùn)練等相關(guān)的研究領(lǐng)域都有著現(xiàn)實(shí)意義，尤其是對當(dāng)前高新技術(shù)中的人機(jī)系統(tǒng)功能優(yōu)化設(shè)計(jì)與配置方面有著重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

上個(gè)世界末，如何提高空戰(zhàn)中飛行員的情境認(rèn)知已成了美國空軍發(fā)展計(jì)劃署(USAF Development PlanningDirectorate)對人機(jī)交互系統(tǒng)技術(shù)投資的一個(gè)重點(diǎn)目標(biāo)，并正在進(jìn)行實(shí)時(shí)情境評估智能處理器項(xiàng)目(OLIPSA ON-LINEINTELLIGENT PROCESSOR FOR SITUATION ASSESSMENT)的研究，見圖2;同時(shí)歐洲共同體也正在實(shí)施“通過情境認(rèn)知整合提高訓(xùn)練的安全性”(ESSAI Enhanced Safety through Situation AwarenessIntegration in training)的項(xiàng)目研究計(jì)劃。

圖3說明了OLIPSA模型的功能方塊圖，具有四個(gè)階段處理器結(jié)構(gòu)：(1)一個(gè)事件檢測器;(2)一個(gè)當(dāng)前情境評估器;(3)一個(gè)未來情境預(yù)測器;(4)一個(gè)發(fā)生事件環(huán)境處理器。

下面將結(jié)合我們的研究進(jìn)行以下幾個(gè)問題的探討：情境認(rèn)知究竟是什么;有關(guān)情境認(rèn)知的影響因素;有關(guān)情境認(rèn)知的定性模型分析。  

圖2 機(jī)載數(shù)據(jù)融合及情境評估的全部環(huán)境 

圖3 OLIPSA模型的功能方塊圖

2 情境認(rèn)知機(jī)理

情境認(rèn)知機(jī)理與情境認(rèn)知定義的概念、方法有著密切地聯(lián)系。三個(gè)主要的理論方法是：信息處理方法、行為方法、生態(tài)關(guān)系(人與環(huán)境之間的關(guān)系)方法。信息處理方法已由Endsley(1995)用三級情境意識模型較好地得到描述，這種方法把一個(gè)發(fā)展的情境認(rèn)知看作高層的認(rèn)知處理行為。而行為理論方法僅把情境認(rèn)知看作有意識的朝向動(dòng)態(tài)反應(yīng)行為(如Bedny和Meister所描述的那樣, 1999)。感知循環(huán)模型把情境認(rèn)知看作是人與所處環(huán)境間的一個(gè)動(dòng)態(tài)交互作用，這種方法的支持者建議把情境認(rèn)知定義為這種交互作用的前后關(guān)系(Smith和Hancock, 1995;Adams等，1995)。下面將針對這三種觀點(diǎn)依次進(jìn)行說明。

2.1 三層模型理論

Endsley的三層情境意識(SA)模型最初就是應(yīng)用在理解航空任務(wù)方面(如飛機(jī)駕駛和空中交通控制這些要求操作者根據(jù)不斷變化的環(huán)境進(jìn)行覺知的動(dòng)態(tài)刷新領(lǐng)域)。該模型被分成三層，每一階段都是先于下一階段(必要但不充分)，該模型沿著一個(gè)信息處理鏈，從感知通過解釋到預(yù)測規(guī)劃，從低層到高層，具體如下： 

圖 4 情境意識的三級模型

(1)第一層：感知情境中的元素

具備情境意識(SA)第一步就是要感知環(huán)境中相關(guān)因素的重要性、特性、力度。對于不同的領(lǐng)域和工作類型，SA的要求是很不一樣的。如對于一個(gè)飛行任務(wù)而言，在飛機(jī)駕駛艙中，飛行員所要感知的重要元素是其他飛行器的狀態(tài)、飛行高度、系統(tǒng)態(tài)勢、警示燈以及它們相關(guān)的飛行數(shù)據(jù)特性等;而對于一個(gè)地面指揮員來說，他需要的是了解敵軍狀態(tài)、鑒別敵我雙方的位置和行為、地勢障礙特征和天氣情況等因素。同樣，對于一個(gè)航空交通管制人員或者機(jī)動(dòng)車駕駛員則需要完全不同的信息作為情境意識。

信息感知可以通過視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺或它們的綜合。比如，一個(gè)調(diào)酒師可能會通過嘗、聞或視覺刺激來收集發(fā)酵過程中的重要信息;一個(gè)外科醫(yī)生會調(diào)動(dòng)所有感覺以及可得到的其他歷史信息來診斷病人的健康狀況，所有這些可能都是細(xì)微不易察覺的。一個(gè)訓(xùn)練有素的心臟病學(xué)家可以聽出心跳節(jié)奏中幾分鐘之內(nèi)的不同之處，也可以看得出心電圖紙所顯示出的重要特點(diǎn)，然而這些正是未訓(xùn)練過的觀察者會經(jīng)常忽略掉的;有經(jīng)驗(yàn)的飛行員僅憑聽到發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音或在座艙里看到指示燈的狀態(tài)就知道那里出了毛病;同樣，在很多復(fù)雜的系統(tǒng)當(dāng)中，電子顯示及系統(tǒng)提供的可讀信息更需要得到重視，然而事實(shí)上很多第一層的情境意識來自于人直接感知環(huán)境——看看窗外或感覺震動(dòng)，常常忽略了一些重要的間接信息來源，使得情境意識的第一層就存在不完整性。

每一種信息來源都與可靠性的不同層有關(guān)。在大多數(shù)領(lǐng)域中，信息的可信性(主要基于傳感器精度、組織或提供信息的個(gè)體可靠性)以及信息本身共同構(gòu)成了情境意識第一層的重要部分。

在許多領(lǐng)域中，僅是搜集第一層的所有需要數(shù)據(jù)就是一項(xiàng)非常困難的工作，如在軍事行動(dòng)中，由于變化迅速的情境中視野模糊、噪聲、煙霧、迷惑性信息、動(dòng)力學(xué)因素等的影響，就很難對該情境的所有因素做出評估，而地面指揮員必須要在敵軍極力保密或提供假消息情況下對當(dāng)前態(tài)勢做出判斷，其難度可想而知。又如在飛機(jī)降落階段，跑道標(biāo)志可能很模糊，相關(guān)信息飛行員可能也知之甚少，對于復(fù)雜系統(tǒng)(如電子設(shè)備)中大量信息的蜂擁而至，使得感知有用信息變得異常困難，如何準(zhǔn)確及時(shí)處理大量直接、間接信息，并實(shí)施決策，這對于飛行員是非常困難的。

航空領(lǐng)域關(guān)于SA的問題大部分出現(xiàn)在第一層中。Jones和Endsley(1996)發(fā)現(xiàn)，情境意識中76%的錯(cuò)誤都與未注意到必要信息有關(guān)。在一些案例中(大約2/5)，必要信息并未提供給本該了解這些信息的人員，或由于系統(tǒng)局限或缺陷并未清晰地呈現(xiàn)出來，而導(dǎo)致了這些錯(cuò)誤的發(fā)生。例如，跑道線退色模糊、天氣多云或者天電干擾無線電信號傳送。在另外一些案例中(大約1/5)，他們也確實(shí)探測到一些必要信息，但隨后得到一些新信息后就把之前的信息忘掉了。還有一些案例中(大約1/3)，所有信息都擺在那，其中關(guān)鍵信息卻沒有抓出來。這可能由于人們被外界因素干擾而分心(比如一個(gè)電話或與工作無關(guān)的談話)，更多的可能由于人們處理了工作中與緊迫任務(wù)相關(guān)的其他信息?；谇榫骋庾R的設(shè)計(jì)也就意味著確保系統(tǒng)中必要信息是可以獲得的，其呈現(xiàn)方式使得用戶很容易處理這些系統(tǒng)信息，以免可能有大量未經(jīng)過過濾的信息占用著用戶有限的注意資源。

(2)第二層：理解當(dāng)前情境

擁有情境意識的第二步，就是要理解與相關(guān)目標(biāo)和對象有關(guān)系的數(shù)據(jù)和感知到的暗示都意味著什么。這種理解(SA第二層)是基于對第一層中不連貫的元素進(jìn)行整合，以及這些信息與個(gè)人目標(biāo)所進(jìn)行比較而得出的。它包括將眾多數(shù)據(jù)流匯聚成信息，也包括重視這些合成信息的重要性和意義，因?yàn)檫@些信息涉及近期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)問題。情境意識第二步就像是擁有很高的閱讀理解水平，而不僅僅是讀懂單詞。

比如鄰近十字路口的司機(jī)，他看到黃燈亮了，此時(shí)他知道他必須根據(jù)與十字路口的距離來處理這個(gè)警示，并通過感知到前面車的減速情況，進(jìn)一步?jīng)Q定要停下來還是穿過這個(gè)路口以及在靠近前車的速度大小。這樣，司機(jī)對于情境如何影響他的目標(biāo)理解也定義了情境意識第二層所必需的條件是什么。

在起飛過程中，飛行員一旦看到預(yù)示問題的警示燈亮起，就要立刻通知指揮塔臺以判斷問題的嚴(yán)重性，并運(yùn)用多年跑道經(jīng)驗(yàn)來綜合看待這些問題，當(dāng)然同時(shí)也是為了明確是否應(yīng)當(dāng)終止飛行做準(zhǔn)備。一名新飛行員可能和許多老飛行員一樣可以達(dá)到SA第一層，但是在整合眾多目標(biāo)數(shù)據(jù)信息以期獲得更好的情境理解時(shí)卻有很多不足之處。

對于一個(gè)地面指揮員來說，他的SA第二層或許包括以下理解：特定地區(qū)的分析報(bào)告也就意味著附近敵軍的態(tài)勢，或者觀察地面車輛走過的痕跡，并據(jù)此推斷其所在部隊(duì)的前面剛走過什么軍種以及數(shù)量等。

通過理解數(shù)據(jù)流的重要性，具備情境意識第二層的人已經(jīng)可以把與目標(biāo)相關(guān)的特定含義與手邊的信息聯(lián)系起來了。至于目標(biāo)的重要性以及它們?nèi)绾斡绊懬榫骋庾R將在本章的后半部分將會充分探討。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約19%的航空情境意識錯(cuò)誤都與情境意識第二層的問題有關(guān)。在這類案例中，人們能夠看到或聽到必要數(shù)據(jù)(情境意識第一層)，但卻不能正確的理解這些信息的意義。例如，一個(gè)飛行員可能知道他的飛機(jī)在海拔一萬米的高度，但可能并未意識到下面有山而造成的空間不夠，或者他已經(jīng)偏離了飛行航線控制系統(tǒng)的控制范圍。如何根據(jù)感知到的眾多信息流加深對當(dāng)前情境的理解需要很好的數(shù)據(jù)融合能力或一個(gè)智力模型，這樣才能把這些迥然不同的數(shù)據(jù)流整合在一起并解釋出來。一個(gè)新手，或者剛到達(dá)一個(gè)全新類型的場景的人，可能并沒有這種知識背景可以參考，所以談及發(fā)展加深情境意識第二層時(shí)，他們將處于明顯的劣勢。我們在這章的后半部分將著很多筆墨來探討智力模型的作用。

(3)第三層：預(yù)測將來的情境

一旦人們知道了元素是什么以及對于當(dāng)前目標(biāo)而言它們意味著什么時(shí)，就可以預(yù)測這些元素將來會起什么作用(至少是短期的)，這種能力即情境意識第三層。一個(gè)人只有能夠很好的理解情境(第二層)和他所操作系統(tǒng)的功能和趨勢時(shí)，才能達(dá)到情境意識第三層。

擁有了情境意識第三層，司機(jī)就可以知道如果紅燈時(shí)他繼續(xù)過十字路口的話，他可能會被車撞倒。這個(gè)可能性使得他作決定前更加謹(jǐn)慎;地面指揮員基于自己的情境意識第三層，可以預(yù)測敵軍將從哪個(gè)方向靠近，以及己方行動(dòng)可能的效果如何。飛行員和空中交通管制人員可以積極有效地預(yù)測各個(gè)飛機(jī)的動(dòng)向，以及提前預(yù)判可能出現(xiàn)的問題。

根據(jù)當(dāng)前情境的理解形成預(yù)測，這需要非常了解該領(lǐng)域(一個(gè)高度完善的智力模型)以及大量的智力工作。很多領(lǐng)域的專家都耗費(fèi)了大量時(shí)間來研究形成情境意識第三層以及發(fā)展預(yù)測理論。近幾年，通過不斷的研究，有些專家開發(fā)出了一套某個(gè)具體領(lǐng)域的情境意識理論并可以對事件做出相應(yīng)的回應(yīng)，規(guī)避了很多令人不快的情境，如目前我國已開發(fā)出了奧運(yùn)會應(yīng)急事件預(yù)案處理系統(tǒng)等。

一般而言，在情境意識第二層的基礎(chǔ)上沒能形成正確及時(shí)的預(yù)測(形成情境意識第三層)，這可能是因?yàn)闆]有足夠的智力資源(如一個(gè)人不斷的超量輸入其他信息)，或者是因?yàn)闆]有足夠的專業(yè)知識。但有時(shí)也是因?yàn)檫^分主觀估計(jì)當(dāng)前形勢，比如，空中交通管制人員主觀地猜測一架飛機(jī)將會在它現(xiàn)有速度的基礎(chǔ)上減速，而不是在以減速的基礎(chǔ)上勻速。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前大約6%的航空情境意識錯(cuò)誤與情境意識第三層有關(guān)。可能是因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域，獲取情境意識第一層和第二層的難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于獲得很好的第三層吧。若沒有足夠的專業(yè)知識，設(shè)計(jì)精細(xì)的信息系統(tǒng)，還有良好的用戶界面，人們可能會止步于情境意識早期階段，很難達(dá)到第三層，這可能與情境意識受任務(wù)因素、環(huán)境因素和個(gè)體因素影響的緣故吧。這從一個(gè)側(cè)面也說明了為什么兩個(gè)人面對相同的任務(wù)可能得出不同的結(jié)論，這應(yīng)該與人的不同能力、經(jīng)驗(yàn)、訓(xùn)練等因素有關(guān)。

總之，Endsley的三層情境意識(SA)模型表明隨著信息在較高層處理，覺知程度越來越高，并指出綜合理解需要用知識和目標(biāo)來整合外部的數(shù)據(jù)，進(jìn)而預(yù)測后續(xù)的情境變化。這個(gè)模型基于普通的認(rèn)知過程，適用于多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中，Endsley建議應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的具體子類(如模式覺知、空間覺知、時(shí)間覺知)進(jìn)行有區(qū)別地分析處理。

感知時(shí)間和眾多元素的時(shí)間動(dòng)力都對情境意識起著重要作用。一般說來，時(shí)間在眾多領(lǐng)域中都對情境意識產(chǎn)生巨大作用。情境意識中一個(gè)關(guān)鍵問題就是要了解：在事件發(fā)生或必須采取某些行動(dòng)之前，有多少時(shí)間可以利用。

大部分領(lǐng)域中，操作者收集外部(情境)信息時(shí)，他們感興趣的不僅僅基于空間(某些元素有多遠(yuǎn))，而且還包括該元素要過多久才會對他們的目標(biāo)和任務(wù)產(chǎn)生影響。時(shí)間在情境意識第二層(理解)和第三層(預(yù)測將來事件)中都有著重要作用。情境意識中另外一個(gè)很重要的時(shí)間因素即真實(shí)世界情境意識的動(dòng)力因素，即對于信息變化速度的理解要充分考慮到對將來情境的預(yù)測。由于情境是在不斷地變化的，所以人們的情境意識也必須不斷地變化，否則就會信息過時(shí)或不準(zhǔn)確。在高度復(fù)雜的不確定性環(huán)境中，操作人員為了保持情境意識，最好通過訓(xùn)練獲得的動(dòng)態(tài)信息處理認(rèn)知策略。

2.2 子系統(tǒng)交互理論

第二種方法基于行為理論(如Bedny和Meister所描述的那樣)。該理論提出了由八個(gè)主功能塊組成的朝向行為函數(shù)模型。這是一種交互式、認(rèn)知、子(次)系統(tǒng)方法。作為一個(gè)信息處理方法，它與傳統(tǒng)的認(rèn)知心理方法不同，不是對感知、記憶、思維和行為執(zhí)行的具體處理，而是依賴于任務(wù)的性質(zhì)和個(gè)體的目的進(jìn)行的處理。這種觀點(diǎn)看上去與認(rèn)知心理學(xué)的矩陣方法類似，由過程的兩個(gè)主要維度和功能構(gòu)成。在情境評估方面，Bedny和Meister主張功能塊必須朝向該情境的含義理解任務(wù)。他們的模型的八個(gè)功能模塊通過前饋和反饋循環(huán)進(jìn)行連接，如圖5所示： 

圖 5 情境認(rèn)知的一個(gè)交互式子系統(tǒng)方式示意圖

如圖5所示，在情境認(rèn)知和行為建構(gòu)發(fā)展中，每個(gè)功能模塊都有一個(gè)具體的任務(wù)，其內(nèi)容依賴于動(dòng)態(tài)情境的特性。其作用如表5所示：

表1 圖5中功能模塊的輸入及作用總結(jié)表模塊功能輸入塊作用總結(jié)

由Bedny和Meister提出的活動(dòng)理論是指，通過傳感器-感知系統(tǒng)獲得新信息傳到功能模塊1，再由個(gè)體的環(huán)境概念模型(功能塊8)、它們的任務(wù)目標(biāo)計(jì)劃‘圖式’(功能塊2)和它們要求活動(dòng)類型的朝向(功能塊5)進(jìn)行解釋。然后，這個(gè)解釋通知人的任務(wù)目標(biāo)完整的‘圖式’(功能塊2)。依據(jù)指向任務(wù)目標(biāo)(功能塊4)的重要性和動(dòng)機(jī)及其與環(huán)境的結(jié)合(功能塊5)，由個(gè)人決定在功能塊3內(nèi)有關(guān)的環(huán)境特征是什么。它們結(jié)合任務(wù)目標(biāo)的程度在功能塊2內(nèi)被決定，并依次受評估制定標(biāo)準(zhǔn)(功能塊6)和環(huán)境當(dāng)前狀態(tài)(功能塊3)的影響。這種評估的結(jié)果控制操作行為和人與任務(wù)的結(jié)合(功能塊5)，從中可以產(chǎn)生進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)(功能塊6)。與環(huán)境的交互作用被當(dāng)作經(jīng)驗(yàn)(功能塊7)儲存并通知個(gè)體儲存環(huán)境的表征(功能塊8)。如交互式模型所示，從人的行為和概念模型(分別為功能塊5和8)得來的信息前饋到來自環(huán)境信息的新解釋(功能塊1)。

作為一個(gè)活動(dòng)的系統(tǒng)理論，該模型看上去并不完善，主要有兩個(gè)重要的問題：一是缺乏來自功能塊2的前饋(如一條連接功能塊4的直線)，二是從功能塊5沒有到環(huán)境的連接直線。盡管這樣，交互式子系統(tǒng)對人的認(rèn)知進(jìn)行了較有力的說明。Bedny和Meister認(rèn)為產(chǎn)生情境認(rèn)知的關(guān)鍵過程是概念模型(功能塊8)、圖式-目標(biāo)(功能塊2)和主觀相關(guān)任務(wù)條件(功能塊3)。他們建議前兩個(gè)功能塊應(yīng)是相對穩(wěn)定的(即功能塊2和8)，而后者更易于控制(功能塊3)。如果操作者誤導(dǎo)了主觀相關(guān)事物，那么將導(dǎo)致情境認(rèn)知的錯(cuò)誤發(fā)展。這可能被認(rèn)為是喪失了部分的情境認(rèn)知。這樣以來，將會涉及情境認(rèn)知整體的進(jìn)行，進(jìn)而使操作者重新客觀地評估事物的重要性，并創(chuàng)建一個(gè)更接近現(xiàn)實(shí)的情境反應(yīng)將會變得更難。

2.3 感知循環(huán)理論

對情境認(rèn)知的另外一個(gè)觀點(diǎn)：是它既不是環(huán)境中固有的事物，也不是人的固有的特點(diǎn)，只是通過人與環(huán)境交互作用而存在(Smith an Hancock)。這種看法是Neisser的感知循環(huán)模型的一個(gè)發(fā)展(Adams 等)。Adams 等人主張情境認(rèn)知的過程-結(jié)果二分法應(yīng)根據(jù)人的信息處理理論所使用的范圍而定。過程涉及情境認(rèn)知狀態(tài)修正的感知和認(rèn)知活動(dòng)，而結(jié)果要考慮情境認(rèn)知狀態(tài)中可用的信息和知識。在Neisser的開創(chuàng)性工作“認(rèn)知與現(xiàn)實(shí)”中，他提出這樣的觀點(diǎn)：人的思維方式與其交互的環(huán)境緊密相關(guān)。他證實(shí)：在特定情境中，已有知識將直接導(dǎo)致對某種類型信息的期望(如心理模型)，這種知識依次引導(dǎo)行為挑選某種信息并提供解釋信息的準(zhǔn)備方式。在事件發(fā)展過程中，隨著環(huán)境不斷地變化，適應(yīng)于環(huán)境刷新后的內(nèi)在認(rèn)知圖信息，將依次引導(dǎo)操作者進(jìn)一步的搜索，感知循環(huán)的一個(gè)方框圖說明詳見圖6。 

圖 6 感知循環(huán)理論示意圖

感知循環(huán)可以被用于解釋在飛機(jī)座艙內(nèi)飛行員的信息處理。例如(假定飛行員對他們控制的系統(tǒng)有正確的知識)，他們形成的心理模型將能夠使自己預(yù)料事件(如飛行中需要的狀態(tài))，搜索確定的證據(jù)(考慮預(yù)測)，控制行為過程(不斷調(diào)節(jié)操縱桿或油門桿)并連續(xù)檢查輸出量是否象希望的那樣(儀表顯示是否符合預(yù)期的要求)。如果他們發(fā)現(xiàn)有些數(shù)據(jù)與預(yù)期的不一致(如儀表讀數(shù)或高或低于預(yù)期的要求)時(shí)，他們就會調(diào)動(dòng)更多有關(guān)飛機(jī)/環(huán)境的知識，以找到充分地解釋支持隨后的監(jiān)視/控制活動(dòng)。該模型的完成就是對過程(飛機(jī)/環(huán)境信號采樣的循環(huán))和結(jié)果(在任何一點(diǎn)飛機(jī)/環(huán)境模型的及時(shí)刷新)的描述。

在這些理論中間都有合理的成分。內(nèi)嵌(embedded)交互式模型(Smith和Hancock;Adams等)在解釋情境認(rèn)知的動(dòng)態(tài)方面有長處，如瞬間的知識是怎樣被刷新的和環(huán)境中的信息是怎樣被檢索到的。這表現(xiàn)了人與環(huán)境交互的高層認(rèn)識，基于系統(tǒng)的方法在這方面似乎特別有用。認(rèn)知子系統(tǒng)方法(Bedny和Meister)對考慮基本功能及它們可能是怎樣進(jìn)行交互的方面非常理想。這種方法主要使用于對個(gè)體大腦信息處理活動(dòng)方面。三級情境意識模型(Endsley)用一種注重實(shí)效的方式為評估洞察力(領(lǐng)悟抓住事物內(nèi)在的或隱藏的性質(zhì)或靠直覺感受的行為能力)的不同程度提供了一個(gè)功能模型。盡管內(nèi)嵌交互式模型認(rèn)為數(shù)據(jù)是基于整個(gè)環(huán)境的狀況獲得的(同時(shí)，認(rèn)知子系統(tǒng)方法認(rèn)為有關(guān)個(gè)體的數(shù)據(jù)也是重要的)，三級情境意識模型為“當(dāng)進(jìn)行情境知覺分析時(shí)，在個(gè)體中哪種數(shù)據(jù)類型可能被查找到”提供了一個(gè)指導(dǎo)。通過更綜合的人的認(rèn)知功能模型所有這三種觀點(diǎn)都得到鞏固?；趯θ松淼纳锬Ｐ脱芯?，Pedersen認(rèn)為知覺系統(tǒng)具有幾個(gè)信息處理級別。第一級要求人們從充滿噪聲的環(huán)境中檢測信號和目標(biāo)，篩出非目標(biāo)信息;第二級要求人們必須將這些檢測到的信號組織成有意圖的信息模式。最后，即第三級，通過把這些模式歸類整理及合并到已存在的信任和知識網(wǎng)絡(luò)，人們必須理解它們。再回到結(jié)果-過程二分法，交互式子系統(tǒng)模型和感知循環(huán)主要集中于過程，而三層情境意識模型主要集中于結(jié)果。在情境認(rèn)知測量中，這兩者都不能被忽略，因?yàn)楹笳吆芸赡苡汕罢咚鶝Q定。

目前工效界對情境認(rèn)知究竟是一個(gè)過程還是結(jié)果一直存在著爭論。三層模型和交互式子系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)是結(jié)果(也就是操作者大腦中的情境認(rèn)知的合成狀態(tài))，而感知循環(huán)則強(qiáng)調(diào)是過程(也就是操作者獲取情境認(rèn)知的行動(dòng))。這個(gè)爭論很可能要延續(xù)一段時(shí)間。

3 情境認(rèn)知過程

在人們的工作記憶中，情境認(rèn)知是建立在大量不同的認(rèn)知機(jī)制上的。盡管在任何一個(gè)領(lǐng)域，情境認(rèn)知的重要因素都是有很大不同的，但這些領(lǐng)域的基本認(rèn)知過程其實(shí)都是很一致的，因?yàn)檫@種認(rèn)知過程是所有人都擁有的信息處理能力，情境認(rèn)知就是這一過程的產(chǎn)物。人的情境認(rèn)知反過來還會影響人搜索何種信息以及對哪些信息感興趣，這與產(chǎn)品對于過程的影響同屬一個(gè)循環(huán)圈。通過加深對人們?nèi)绾伟l(fā)展情境認(rèn)知的理解以及對這一過程中的挑戰(zhàn)與限制的理解，可以加強(qiáng)情境認(rèn)知的設(shè)計(jì)方法就顯而易見了。情境認(rèn)知就是個(gè)性化了的深度態(tài)勢感知。

深度態(tài)勢感知 

深度態(tài)勢感知本質(zhì)上就是變與不變、一與多、自主與被動(dòng)等諸多悖論產(chǎn)生并解決的過程。所以該系統(tǒng)不應(yīng)是簡單的人機(jī)交互而應(yīng)是貫穿整個(gè)人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)的自主(包含期望、選擇、控制，甚至涉及情感領(lǐng)域)認(rèn)知過程。鑒于研究深度態(tài)勢感知系統(tǒng)涉及面較廣，極易產(chǎn)生非線性、隨機(jī)性、不確定性等系統(tǒng)特征，使之系統(tǒng)建模研究時(shí)常面臨著較大困難。在之前的研究中，多種有價(jià)值的理論模型被提出并用于描述態(tài)勢感知系統(tǒng)行為，但這些模型在對實(shí)際工程應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)及影響因素方面考慮還不夠全面，也缺乏對模型可用性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所以本章重點(diǎn)就是針對深度態(tài)勢感知概念的實(shí)質(zhì)及影響因素這兩個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了較深入探討，追根溯源，以期早日實(shí)現(xiàn)高效安全可靠之深度態(tài)勢感知系統(tǒng)，并應(yīng)用于相應(yīng)的人機(jī)智慧產(chǎn)品或系統(tǒng)中。