劉維平，傅斌賀，劉西俠，金毅

（裝甲兵工程學院機械工程系，北京100072）

車載顯控終端輸入方式對乘員信息處理能力影響試驗研究

劉維平，傅斌賀，劉西俠，金毅

（裝甲兵工程學院機械工程系，北京100072）

基于自主開發(fā)的車載顯控終端作業(yè)模擬及工效測試系統(tǒng)，以任務完成時間和錯誤率為考核指標，通過作業(yè)模擬方式，以研究觸屏和鼠標兩種輸入方式對乘員信息處理能力的影響為試驗目的進行了試驗。研究結果表明：所采用的研究方法可有效區(qū)分不同輸入方式對乘員信息處理能力的影響，實際作業(yè)績效考核應以觸屏操作的績效考核指標為準；但從掌握系統(tǒng)操作功能來看，兩種輸入方式的訓練效果相同。該研究結果可為車載顯控終端輸入方式的遴選，人員科學訓練提供借鑒和參考。

兵器科學與技術；車載顯控終端；輸入方式；信息處理能力

0 引言

裝甲車輛車載顯控終端是具有綜合顯示與控制特征并用于人機交互的車載式計算機［1］，是裝甲車輛指揮體系中的重要組成部分，其信息輸入的快速性、準確性，對于裝甲車輛系統(tǒng)效能的發(fā)揮至關重要。車載顯控終端涉及功能較多，實時交互信息量大。信息處理的快速性和準確性，不但與乘員信息處理能力密切相關，同時，也與所用輸入方式有密切關系。目前，車輛信息系統(tǒng)操作的訓練和使用中，采用了鍵盤和鼠標兩種輸入方式，其中觸屏鍵盤輸入是實車使用操作的一種主要方式。鼠標輸入主要在模擬訓練系統(tǒng)中采用，用于乘員的集中培訓。

鑒于信息作業(yè)培訓和實車操作中，存在不同的輸入方式，為檢驗模擬培訓的效果，找出訓練操作與實際操作之間的關系，有必要對兩種輸入方式下信息處理速度與準確性進行甄別和分析。同時，也可為其他信息顯控終端輸入方式的選擇提供參考和借鑒。為此，本文利用車載顯控終端作業(yè)模擬及工效測試系統(tǒng)，采取被試間與被試內設計相結合的試驗方法，以任務完成時間和錯誤率為考核指標，選擇觸屏和鼠標兩種輸入方式進行了對比試驗研究，從而判斷輸入方式對乘員信息處理能力的影響。

1 試驗方法

1.1 被試人員

選取20名軍校本科學員，年齡在20～25歲（平均年齡21歲），男性，均為右利手，身體健康，矯正視力正常。

1.2 試驗儀器設備

試驗儀器為自主開發(fā)的車載顯控終端作業(yè)模擬及工效測試系統(tǒng)［2］。系統(tǒng)硬件由計算機和模擬顯控終端組成，計算機選用普通臺式計算機，模擬顯控終端選用帶觸摸屏的液晶顯示屏，外形尺寸和界面按照車載顯控終端設計，配置了觸屏和鼠標兩種輸入方式。

試驗軟件基于Labview編程語言自主開發(fā)，軟件采用模塊化設計，由系統(tǒng)管理、模擬試驗和統(tǒng)計分析3個模塊構成。管理模塊主要完成被試人員信息管理、試驗參數設置和試驗項目選擇等功能。模擬試驗模塊主要具有兩個功能:一是作業(yè)模擬，隨機生成任務信息，模擬典型信息操作功能；二是測試記錄功能，實時記錄被試人員作業(yè)的任務完成時間、操作次數與錯誤次數等參數。統(tǒng)計分析模塊主要用于對試驗數據進行分析處理。

1.3 試驗內容

試驗內容選擇主要基于以下3點原則確定:

1）典型性。試驗內容應是戰(zhàn)時常用任務，對乘員信息處理速度和準確性要求高，其操作功能具有代表性，能覆蓋系統(tǒng)的基本操作功能。

2）診斷性。試驗應能反映乘員在不同輸入方式下信息處理能力的變化，能夠診斷乘員對隨機信息的快速處理能力。

3）敏感性。任務具有隨機性，信息量大，反應方式多樣，對被試人員注意集中能力要求高。

基于上述原則，選用常用的信息錄入任務作為本文研究的試驗內容。

1.4 試驗操作流程

試驗開始后，屏幕右下角隨機出現目標提示信息，被試人員依據所看到的信息，首先選擇作業(yè)類型，進入相應的二級作業(yè)界面；其次判斷目標類型，做出相應的選擇；然后進入下一級操作，依據顯示的作業(yè)界面，錄入目標類型、數量、方位和速度等相關信息。信息錄入均以菜單單選方式進行。按確定鍵后，即完成本次作業(yè)，轉入下一次操作。

由于每次信息呈現的目標類型、數量、方位和速度等多項具體信息均是隨機組合顯現，信息短時提示后即消失，這對被試人員的快速反應、選擇反應、短時記憶、工作記憶等綜合能力要求較高，符合試驗研究的要求。

1.5 試驗設計

依據本文的研究目的，試驗分為兩部分。

試驗1為訓練效應測試，通過對被試人員訓練過程作業(yè)績效的對比試驗，比較兩種輸入方式對作業(yè)績效的影響，驗證影響的顯著性，以分析和檢驗訓練效果的合理性。

試驗2為不同輸入方式測試，每名被試人員在熟練掌握兩種輸入方式后，通過測試被試人員兩種輸入方式下的作業(yè)績效，進一步驗證不同輸入方式對作業(yè)績效影響的顯著性及與訓練過程的影響是否存在不同。

1.6 試驗方案

1）為消除練習效應和順序效應，訓練效應測試采用被試間設計，將20名被試人員編為兩組，一組以鼠標輸入方式進行訓練，另一組以觸屏輸入方式進行訓練，為減小隨機誤差，采取隨機分配被試人員的方式進行編組。

試驗前對被試人員進行專門理論培訓，向被試人員說明試驗基本程序和要求。

試驗分為5個階段，每階段進行10次連續(xù)試驗，兩階段間適當休息，以消除因疲勞有可能產生的影響。

2）不同輸入方式測試采用被試內設計。從20名被試人員中隨機抽取10人作為試驗2被試人員，試驗采取兩種輸入方式交替進行展開試驗，每種輸入方式連續(xù)進行5次試驗，兩種輸入方式的試驗之間適當休息。

被試人員完成試驗后，填寫主觀調查問卷。從輸入方式對掌握系統(tǒng)功能、信息辨識方便性、操作速度和準確性等4個方面的影響，分別對兩種輸入方式進行評價。

2 結果及分析

2.1 訓練效應測試的結果及分析

采用估算邊際均值法對兩種輸入方式下訓練過程的各階段任務完成時間和錯誤率的均值進行統(tǒng)計分析，圖1、圖2分別給出了任務完成時間和錯誤率隨訓練過程變化的統(tǒng)計結果。

圖1 任務完成時間的估算邊際均值圖Fig.1 Estimated marginal means of task completion time

圖2 錯誤率的估算邊際均值圖Fig.2 Estimated marginal means of error rate

為進一步分析兩種輸入方式對任務完成時間和錯誤率影響的顯著性，對試驗結果進行方差分析，表1、表2分別給出對任務完成時間和錯誤率影響的方差分析結果。

表1 任務完成時間的方差分析結果Tab.1 ANOVO of task completion time

1）由圖1可看出，兩種輸入方式下任務完成時間隨訓練量的增加均呈下降趨勢，表明訓練可有效提高信息處理速度；這與人的一般認知過程相吻合；且鼠標輸入方式下的任務完成時間大于觸屏輸入方式，表1的方差分析結果表明，二者存在顯著差異（P=0.004）.說明輸入方式對任務完成時間有顯著影響。

2）由圖2可看出，兩種輸入方式下的錯誤率隨訓練量的增加，變化趨勢不明顯。雖然，鼠標輸入錯誤率略高于觸屏輸入，但相差很小。而表2的方差分析結果表明，輸入方式對錯誤率影響不顯著（P= 0.061）.這一方面說明輸入方式對錯誤率的影響不夠顯著，另一方面說明錯誤率的影響因素較為復雜，它受人的能力、素質等多重因素影響，具有不確定性。

2.2 不同輸入方式測試的結果及分析

表3、表4分別給出了熟練掌握兩種輸入操作后，被試人員兩種輸入方式下任務完成時間和錯誤率方差分析的結果。

表3、表4的結果表明，被試人員熟練掌握兩種輸入操作后，輸入方式對任務完成時間的影響仍顯著（P=0.012），而對操作錯誤率的影響不顯著（P=0.207），與試驗1的分析結論吻合，進一步驗證了試驗1的結論。說明輸入方式對被試人員操作績效的影響，主要體現在任務完成時間上。

表3 任務完成時間的方差分析結果Tab.3 ANOVO of task completion time

2.3 輸入方式的主觀評價

表5給出了被試人員對兩種輸入方式主觀評價結果。由表5可看出，兩種輸入方式對于被試人員掌握系統(tǒng)功能沒有影響，輸入操作的方便性評價一致；而對于輸入操作快速性和準確性的評價存在差異，其中快速性評價差異較大；而操作準確性上，評價差異較小。主觀評價結果進一步驗證了不同輸入方式對任務完成時間影響的顯著性，而對錯誤率影響不顯著的試驗分析結果，證明試驗結果是合理、有效的。

表5 不同輸入方式的主觀評價結果Tab.5 Subjective evaluation results of different input modes

綜合主、客觀試驗結果，還可看出輸入方式對于被試人員操作的影響主要體現在作業(yè)績效上，而不影響系統(tǒng)的認知和操作功能掌握。這說明訓練過程中，如果不考核培訓人員實際作業(yè)績效，重點是讓培訓人員掌握系統(tǒng)操作功能，則采用鼠標輸入方式是合理可行的，利于擴大培訓規(guī)模，豐富培訓手段，彌補訓練器材有限的不足。

3 討論

3.1 觸屏輸入操作分析

觸屏操作時，手指直接操作觸屏，對操作目標直接作用，轉換操作目標時手指隨著注意力的轉移和視覺觀察目標的轉換而同步移動，能夠對視覺觀察目標立即操作，觸屏操作是一個直接操作過程，具有較強的指向性和同步性。

3.2 鼠標輸入操作分析

鼠標操作時，手指通過使用鼠標控制屏幕上的指針對目標進行間接操作，對操作目標間接作用，注意力轉移和視覺觀察目標轉換完成后才進行鼠標指針的移動，鼠標操作是一個間接操作過程，這在一定程度上影響了操作的指向性和同步性。

鼠標指針目標較小，對小距離移動影響不大，但對長距離移動影響較為明顯，移動鼠標指針后需要完成一個尋找并判斷指針位置的過程，較小的指針會加大這一過程的難度，延長任務完成時間，降低了操作準確性。

因此，觸屏操作的信息處理速度及主觀感受優(yōu)于鼠標操作。

Wauther-Franks［3］通過試驗得到了觸屏操作的任務完成時間小于鼠標操作的結論，與本次試驗結果相符。但Wu等［4］在試驗中發(fā)現，不論在3種導航方式中的哪一種，鼠標的操作速度都好于觸屏，探究其原因:一方面其強調熟悉程度在操作界面用戶性能中的關鍵作用，而被試人員更熟悉鼠標操作，因而鼠標操作速度優(yōu)于觸屏；另一方面，其強調在觸屏操作過程中手指或手遮擋操作目標，影響被試人員的視覺觀察，因而鼠標操作速度優(yōu)于觸屏。針對第一個問題，Holzinger［5］提出觸屏操作是一種自然的輸入方法，缺乏經驗用戶也能夠輕松掌握；對于觸屏操作過程中手指或手遮擋操作目標的問題，實踐表明，多數情況下表現并不明顯，同時，可通過顯控界面的合理布局，觸屏鍵尺寸的有效設計，有效規(guī)避其影響。如本文采用的模擬車載顯控終端界面，在操作目標布局和鍵盤尺寸設計中，參考了ISO9241—9標準［6］的建議，并結合我國成年男子人體手部食指尺寸［7］，有效避免了遮擋操作目標問題的發(fā)生。本文的兩個試驗結果，以及表5主觀評價中，信息辨識方便性的評價結果很好地證明了這一點。這與其他研究人員［3，5，8］的結果基本一致，表明觸屏操作具有更好的用戶滿意度和用戶體驗。

4 結論

1）以作業(yè)績效作為評判指標，基于典型作業(yè)任務操作，對顯控終端的輸入方式進行對比試驗研究，對于甄別不同輸入方式對乘員信息處理能力的影響是有效的，試驗證明研究方法可行，可作為各類信息終端輸入方式優(yōu)選的研究手段。

2）從熟悉和掌握系統(tǒng)操作功能看，鼠標和觸屏兩種輸入方式效果是一致的，在車載顯控終端操作培訓中，采用鼠標操作進行培訓，能使乘員有效掌握顯控終端的操作功能，利于擴大顯控終端培訓規(guī)模，豐富培訓手段，彌補訓練器材有限的不足。

3）鑒于兩種輸入方式在任務完成時間上存在的差異比較顯著，乘員顯控終端操作實際作業(yè)績效考核，應基于觸屏操作的績效考核指標為準。

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［1］ 中國人民解放軍總裝備部.GJB6106—2007裝甲車輛綜合顯控終端通用規(guī)范［S］.北京:中國標準出版社，2007. PLA General Armament Department.GJB6106—2007 General specification of integrated display&control terminal for armored vehicles［S］.Beijing:Standards Press of China，2007.（in Chinese）

［2］ Wang Q，Liu W P，Jin Y，et al.Design of the IDCTMV humanmachine ergonomics test system［C］∥The 4th International Conference on Frontiers of Manufacturing Science and Measuring Technology.Guilin，China:CEIS，2014:900-903.

［3］ Muller-Tomfelde C.Investigating temporal-spatial characteristics of mouse and touch input［J］.Lecture Notes in Computer Science，2009，5726（1）:645-657.

［4］ Wu F G，Lin H，You M L.Direct-touch vs.mouse input for navigation modes of the web map［J］.Displays，2011，32（5）:261-267.

［5］ Holzinger A.Finger instead of mouse:touch screens as a means of enhancing universal access［J］.Lecture Notes in Computer Science，2003，2615（1）:387-397.

［6］ European committee for standardization ISO 9241—9 Ergonomic requirements for office work with visual display terminals（VDTs）-part 9:requirements for non-keyboard input devices［S］.Geneva，Switzerland:Technical Committee ISO（TC）159，2000.

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Experimental Study of Influences of Input Modes of Vehicle-mounted Display and Control Terminal on Crew's Information Processing Capability

LIU Wei-ping，FU Bin-he，LIU Xi-xia，JIN Yi
（Department of Mechanical Engineering，Academy of Armored Forces Engineering，Beijing 100072，China）

Based on self-developed operation simulation and performance test system of vehicle-mounteddisplay and control terminal，the influences of input modes，i.e.，touch and mouse，on crew's information processing capability are analyzed by taking task completion time and error rate as evaluation indicators.The results show that the influences of different input modes on crew's information processing could be effectively discriminated by using the proposed method，and the touch mode should be regarded as the test mode of real operation performance test.However，the training effects of two input modes on mastering system operation functions are the same.The results can provide reference for the input mode selection of vehicle-mounted display and control terminal and the training of armored vehicle crews.

ordnance science and technology；vehicle-mounted display and control terminal；input mode；information processing capability

TJ811

A

1000-1093（2015）11-2180-05

10.3969/j.issn.1000-1093.2015.11.024

2015-02-03

劉維平（1961—），男，教授，博士生導師。E-mail:lwpyxlzh@sohu.com