基于旋转符号的空中交通管制冲突检测可视化软视觉线索注意支持设计研究

《Behaviour & Information Technology》:Reminding without disturbing: a soft visual cues attention support design for an air traffic control conflict detection visualisation

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年11月02日 来源:Behaviour & Information Technology 4.2

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  注意引导(attention guidance)可缓解控制室环境中的信息遗漏问题。然而,它可能将注意从操作员认为更重要的事物上转移。为解决该问题,已有研究提出软视觉线索(Soft Visual Cues, SVC)概念。该线索应在常规视觉扫视中被注视时起到提醒

  
注意引导(attention guidance)可缓解控制室环境中的信息遗漏问题。然而,它可能将注意从操作员认为更重要的事物上转移。为解决该问题,已有研究提出软视觉线索(Soft Visual Cues, SVC)概念。该线索应在常规视觉扫视中被注视时起到提醒作用,而不应无意中吸引注意。本研究通过一系列实时人机回路仿真(human-in-the-loop simulations),由空中交通管制员(Air Traffic Controllers, ATCOs)测试并评估一种基于飞机冲突可视化工具中符号旋转的SVC设计。研究评估了SVC的若干方面,如感知柔和度以及旋转导致非预期注意的风险。来自管制员的反馈并辅以眼动数据表明,旋转并未引起不必要的注意。总体而言,验证结果表明,所提出的设计被认为在操作相关环境中实现了其目的,该概念应可用于类似情境,且参与者普遍认为旋转符号是良好的SVC。此外,结果表明,需针对目标视觉环境和领域特定需求定制设计,以找到恰当的柔和度水平。
在高视觉负荷、信息密集且实时性强的空中交通管制(Air Traffic Control, ATC)环境中,信息容易遗漏,冲突检测可视化中的遗漏可能带来高风险。现有强提示如警报适合紧急情况,但注意引导(attention guidance)在指向非紧急但重要信息时,可能从操作员当前更重要任务中转移注意。为此,前期研究提出软视觉线索(Soft Visual Cues, SVC)概念:通过改变图形对象属性,使操作员在常规视觉扫视中注视时易于识别,但不主动吸引注意;其前提是使用者如空中交通管制员(Air Traffic Controllers, ATCOs)具有训练有素的扫视模式。本研究围绕冲突与风险显示(Conflict and Risk Display, CARD)冲突可视化工具,在实时环境中实现SVC,考察ATCOs对旋转符号设计的体验、其是否实现SVC目的,并比较执行管制员(Executive Controller, EC)与规划管制员(Planner Controller, PC)角色及立即旋转与渐进旋转的差异。该研究的意义在于为注意支持设计工具箱增加介于细微注视引导与注意引导之间的工具,并服务于EASA AI路线图中AI level 2B协作式人-AI团队目标。

方法上,研究采用收敛混合方法。样本通过Malm? ATCC日常排班招募,最终9名持有有效ATCO评级的管制员参与(2男7女,平均经验20.2年,平均年龄45.3岁),1名因眼动眼镜不适退出。仿真在LFV的Malm? Airport Narsim ATM研究模拟器进行,使用Conflict Window。Tobii Glasses 2眼动仪与自研SVC系统联动,以OpenCV模板匹配识别冲突窗口和符号、Tesseract OCR识别冲突编号、QR码关联注视与屏幕坐标;若30 s未注视则旋转符号45°(渐进速度10°/s或立即),同一时间仅允许一个修改符号。每名参与者完成两个40–45 min场景,分别对应渐进/立即旋转;数据包括半结构访谈、运行后问卷、SVC日志和眼动数据。

研究结果如下。3.1 ATCO体验:访谈。通过半结构访谈发现,多数参与者认为该设计可实现SVC目的,CARD是SVC的相关应用;场景交通密度和复杂度被认为较均衡。3.1.1 适用性。基于访谈与评分,适用性多数为7–12(最高12),两例低分因认为线索太软;冲突窗口及符号较操作系统的更小被提及为因素,总体对旋转类型无强偏好。3.1.2 优缺点。访谈显示,SVC可提升对CARD的意识并提醒可能遗漏的冲突;有参与者认为线索太软,甚至未意识到符号被旋转;也提出对已加入分离监控工具的冲突不再提醒,以降低烦扰风险。3.1.3 紧迫感。访谈认为最短计算距离前10–15 min内无需更早提醒,至少应在最短距离发生前5 min出现;最短计算距离的变化比距离本身更重要。3.1.4 执行与规划管制员的相关性。访谈意见不一致,有人认为EC更需要,有人认为PC更需要,但均不强;因角色轮换,SVC行为一致性比按角色定制更重要。3.1.5 SVC其他区域和一般反馈。访谈提出可用于协调列表、Traffic Management List和移交控制提醒;CARD使用存在个体差异且高负荷时使用减少,并建议在飞机标签红点指示中同时使用SVC。3.2 ATCO体验:运行后侵入性评分。问卷显示符号本身和旋转变化被视为侵入的平均分为1.9和2.1(10级,低分表示不同意),非侵入为8.9和8.7;评分一致,一例外被解释为“良好提醒”。3.3 符号旋转和注视记录时间。日志显示18次运行共发出404次SVC(渐进206、立即198),339次被注视;从旋转开始到被注视的平均时间渐进为35.04 s、立即为35.41 s,配对t检验无显著差异(p=.53,Cohen's dz=0.22);10 s内注视分别占28.1%和28.5%,5 s内占16.2%和14.0%,1 s内占4.2%和2.3%,支持旋转未主动吸引注意。

讨论部分总结认为,最重要结果之一是未报告SVC将注意从其他事物转移,且除一例外未被视作侵入;眼动结果显示旋转很少在极短时间内被发现,支持参与者反馈。柔和度意见存在个体差异,可能受屏幕分辨率、期望、感知与偏好影响,但适用性评分(9.6和8.4,12级)显示其柔和度对测试场景相关。未注视的SVC多因符号显示时间短或ATCO长时间未看冲突窗口;先看其他冲突的现象无法据此下结论。提醒时点需考虑领域时间节奏与扫视间隔,扩展至文本列表和移交提醒存在设计与技术挑战。研究局限包括仿真非真实运行环境、动态场景降低定量可比性、ATCO样本量有限但同质且具代表性;概念具通用性,但SVC设计需适配领域视觉环境。

研究结论译文:研究开展了一系列实时人机回路仿真,以测试SVC概念在ATCO冲突可视化工具中的实现。SVC是一种注意引导形式,旨在提供视觉注意支持而不像警报或注意引导那样主动吸引注意;总体设计理念是SVC在被注视时被注意到,否则不被注意到。所实现设计为旋转冲突符号(方形),其位置表示两架冲突飞机间最短计算距离及剩余时间。Tobii Glasses 2眼动设备与实时图像分析和修改系统用于识别冲突是否30 s未被注视;超时后通过修改模拟器输出图像在显示前将方形旋转。研究记录旋转时间和ATCO注意到修改符号的时间,并通过问卷和半结构访谈收集体验。主要目的为探索ATCOs在现实环境中的SVC体验及设计实现SVC目的的程度,并比较渐进与立即旋转及EC和PC角色差异。总体结果表明,该设计符合SVC概念预期:被视为可注意到的良好提醒,但似乎未主动吸引注意。具体而言:SVC被认为是用于提醒非紧急遗漏信息的可用概念;所提设计除被注视时外似乎不吸引注意,且不被视为侵入;结果未显示渐进与立即旋转的明确差异;了解视觉环境和领域属性对形成良好SVC设计很重要。针对CARD中的特定使用:SVC在关键时点(两机最短距离)前10–15 min以上并不相关;SVC被认为对EC和PC均可用,尽管二者时间视野不同,但统一SVC触发行为比按角色定制更重要。
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