一种考虑路径依赖的人误机理建模方法技术

一种考虑路径依赖的人误机理建模方法，其步骤如下：一：分析人机交互任务，明确底层操作类型及其所调用的具体认知功能，包括基本任务分析、认知行为分析和人误模式分析；二：明确异常信息模式，判断该异常信息模式与认知混淆导致的人误模式之间的相关性；三：明确各项任务的基本认知资源需求；四：评估六项稳定的绩效形成因子即PSFs水平；五：根据认知过载和认知混淆对经PSFs调整后的人误概率进行相关性调整，从而得到考虑路径依赖的人误概率；通过以上步骤，本发明专利技术提出了人为失误机理模型，建立了人为失误和同一人机交互演化路径中其他异常事件的相关关系，以此为基础，解决了路径依赖对人误概率的影响问题。

A Modeling Method of Human Error Mechanism Considering Path Dependence

【技术实现步骤摘要】
一种考虑路径依赖的人误机理建模方法
本专利技术提供一种考虑路径依赖的人误机理建模方法，它是一种人机系统安全性分析领域的建模与量化方法，注重从信息层次解决人机交互演化路径对人误的影响问题。
技术介绍
人机交互(ManMachineInteraction,MMI)是工程实践中最常见、最典型的场景之一。随着系统硬件自动化和可靠性水平不断提高，人机系统(ManMachineSystem,MMS)对人机交互的要求越来越高，人机交互失误已成为人机系统整体安全性的薄弱环节。事故调查表明，人机交互失误的主要原因是人机交互过程中出现了认知失误。事实上，认知失误受到人、机、环等因素及异常事件耦合的影响。当出现故障或者环境扰动异常态时，人机交互任务进程受到影响，人可能需要同时完成若干任务，处理人机界面所提供的大量信息。不同的任务进程可能导致任务负荷过重、信息关系复杂，或者关键信息缺失的情况，这些都可能使操作者无法正常完成认知信息处理，从而出现失误。可见，认知失误的发生和人机交互演化路径息息相关。当前，基于“人为失误由情景环境诱发”的基本认识，结合认知模型提出了一系列认知失误机理模型，如多资源理论(Multi-resourceTheory)模型、情景意识(SituationAwareness)模型、注意力分配(AttentionAllocation)模型等。但是一方面，这些认知失误机理存在一个潜在假设，即人为失误只受到当前情景环境的影响，没有对具有路径依赖性的人为失误进行解释。另一方面，现有机理模型没有直接对影响认知过程最为重要的因素——信息进行分析，而是将其投影到绩效形成因子(PerformanceShapingFactors,PSFs)框架中，间接分析其影响；PSFs对人误的影响主要通过调整人误概率，体现为“修正”的思想，没有表现出明确的影响关系，因而对人为失误解释不够充分。因此，需要进一步从信息层面考察具有路径依赖的人为失误机理。
技术实现思路
1、目的本专利技术提供一种考虑路径依赖的人误机理建模方法，从信息层次解决人机交互演化路径对人为失误的影响问题。2、技术方案本专利技术是一种考虑路径依赖的人误机理建模方法，考虑路径依赖的人为失误机理如图1所示，该方法包括如下五个步骤：步骤一：分析人机交互任务，明确各项任务的底层操作类型及其所调用的具体认知功能，辨识该操作涉及到的人误模式，并根据实际场景实例化，主要包括基本任务分析、认知行为分析和人误模式分析，具体的结构化人误模式分析方法如图2所示；步骤二：明确人机交互过程中出现的异常信息模式，判断该异常信息模式与认知混淆导致的人误模式之间的相关性；步骤三：明确各项任务的基本认知资源需求，计算并行任务的总认知资源需求，判断是否发生认知过载，若发生认知过载，则人误模式与异常信息模式的相关性增加一等；步骤四：评估六项稳定的绩效形成因子(即PSFs)水平，调整两项随任务进程动态变化的PSFs水平；步骤五：利用绩效形成因子(即PSFs)调整名义人误概率，再根据认知过载和认知混淆对经PSFs调整后的人误概率进行相关性调整，从而得到考虑路径依赖的人误概率。通过以上步骤，从认知过载、认知混淆以及PSFs累积的角度提出了人为失误机理模型，建立了人为失误和同一人机交互演化路径中其他异常事件的相关关系，以此为基础，解决了路径依赖对人误概率的影响问题。其中，在步骤一中所述的“基本任务分析、认知行为分析和人误模式分析”，其内容说明如下：(1)基本任务分析人机交互过程包括三类任务，分别为主任务：即预定所需执行的一系列任务；临时任务：临时性指派给操作者需要其完成的任务，可能与某项主任务并行；告警任务：应对系统故障所进行的任务，包括发现告警信息和执行应急流程；采用层次任务分析(HierarchicalTaskAnalysis,HTA)，将各任务条目按照“目标(任务)、子目标(子任务)、操作和计划”的结构进行自上而下的分析；此外，还需梳理清楚各项任务之间存在的顺序、并行、决策等关系；(2)认知行为分析认知过程分为感知、决策和响应三个阶段，每个阶段包含某些认知功能；人的认知行为就是在认知过程的不同阶段调用不同的认知功能以完成信息处理过程。表1人机交互人误模式分类框架上列“表1”改成以叙述方式表达如下：任务操作可划分为15种类型，每一种操作类型调用感知、决策、执行三种不同认知功能中的若干种，具体为：协调调用决策和执行功能；通信调用执行功能；对比调用决策功能；诊断调用决策功能；评价调用决策功能；识别调用决策功能；执行调用执行功能；保持调用执行功能；监视调用感知和决策功能；观察调用感知功能；计划调用决策功能；记录调用决策和执行功能；调整调用感知和执行功能；扫视调用感知功能；检查调用感知和决策功能；根据认知功能的不同，可对人误模式进行分类，具体为：根据感知功能，人误模式划分为观察目标错误、辨识错误、没有进行观察、观察不及时4类；根据决策功能，人误模式划分为决策失误1类；根据执行功能，人误模式划分为动作方式错误、动作时间错误、动作目标错误、动作顺序错误、动作遗漏等5类；任务分析完成后，根据任务操作的描述，将每个操作划分为一种类型，划分方式参考认知可靠性与失误分析方法(CognitiveReliabilityandErrorAnalysisMethod,CREAM)中对15种操作类型的归纳，如表1所示，每一种操作类型对应着不同的认知功能；(3)人误模式分析参考CREAM方法，将感知功能失误模式划分为观察目标错误、辨识错误、没有进行观察、观察不及时4类；将决策功能失误模式划分为决策失误1类；将执行功能失误模式划分为动作方式错误、动作时间错误、动作目标错误、动作顺序错误、动作遗漏等5类，如表1所示；根据每种操作类型对应的认知功能，即可确定操作可能发生的人误模式，然后根据实际场景实例化。其中，在步骤二中所述的“明确人机交互过程中出现的异常信息模式，判断该异常信息模式与认知混淆导致的人误模式之间的相关性”，说明如下：人机交互过程中，人所获得的信息包括人机界面提供的任务信息、告警信息和通讯信息等；由于故障、环境扰动等因素的干扰，人可能无法获得正确和完整的信息，例如任务信息和通讯信息可能出现不正确、不完整、不及时等异常模式；告警信息可能出现虚警(信息不正确)、漏警(信息不及时)等异常模式；在这种情况下，人不能正确地捕捉所需要的信息，就会导致人为失误；异常信息模式主要导致感知阶段失误，采用“相关性”对上述异常信息模式导致人误模式的“可能性”进行描述，如表2所示；借鉴人员失误概率预测技术(TechniqueforHumanErrorRatePrediction,THERP)，将相关性划分为5个等级：零相关(ZD)、低相关(LD)、中等相关(MD)、高相关(HD)和全相关(CD)；具体而言，当相关性较大时，表示出现某种异常信息模式时直接引起人误模式的可能性大；当相关性较小时，表示出现某种异常信息模式时不太可能直接引起人误模式；当相关性为零时，表示表示出现某种异常信息模式时不会直接引起人误模式；表2异常信息模式和认知功能失误对应关系模型上列“表2”改成以叙述方式表达如下：根据异常信息模式的不同，导致不同人误模式的可能性也不相同，异常信息模式与人误模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑路径依赖的人误机理建模方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：分析人机交互任务，明确各项任务的底层操作类型及其所调用的具体认知功能，辨识该操作涉及到的人误模式，并根据实际场景实例化，包括基本任务分析、认知行为分析和人误模式分析；步骤二：明确人机交互过程中出现的异常信息模式，判断该异常信息模式与认知混淆导致的人误模式之间的相关性；步骤三：明确各项任务的基本认知资源需求，计算并行任务的总认知资源需求，判断是否发生认知过载，若发生认知过载，则人误模式与异常信息模式的相关性增加一等；步骤四：评估六项稳定的绩效形成因子即PSFs水平，调整两项随任务进程动态变化的PSFs水平；步骤五：利用绩效形成因子即PSFs调整名义人误概率，再根据认知过载和认知混淆对经PSFs调整后的人误概率进行相关性调整，从而得到考虑路径依赖的人误概率。

【技术特征摘要】
1.一种考虑路径依赖的人误机理建模方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：分析人机交互任务，明确各项任务的底层操作类型及其所调用的具体认知功能，辨识该操作涉及到的人误模式，并根据实际场景实例化，包括基本任务分析、认知行为分析和人误模式分析；步骤二：明确人机交互过程中出现的异常信息模式，判断该异常信息模式与认知混淆导致的人误模式之间的相关性；步骤三：明确各项任务的基本认知资源需求，计算并行任务的总认知资源需求，判断是否发生认知过载，若发生认知过载，则人误模式与异常信息模式的相关性增加一等；步骤四：评估六项稳定的绩效形成因子即PSFs水平，调整两项随任务进程动态变化的PSFs水平；步骤五：利用绩效形成因子即PSFs调整名义人误概率，再根据认知过载和认知混淆对经PSFs调整后的人误概率进行相关性调整，从而得到考虑路径依赖的人误概率。2.根据权利要求1所述的一种考虑路径依赖的人误机理建模方法，其特征在于：在步骤一中所述的“基本任务分析、认知行为分析和人误模式分析”，其内容说明如下：(1)基本任务分析人机交互过程包括三类任务，分别为主任务：即预定所需执行的一系列任务；临时任务：临时性指派给操作者需要其完成的任务，可能与某项主任务并行；告警任务：应对系统故障所进行的任务，包括发现告警信息和执行应急流程；采用层次任务分析即HTA，将各任务条目按照“目标即任务、子目标即子任务、操作和计划”的结构进行自上而下的分析；此外，还需梳理清楚各项任务之间存在的顺序、并行和决策关系；(2)认知行为分析认知过程分为感知、决策和响应三个阶段，每个阶段包含一些认知功能；人的认知行为就是在认知过程的不同阶段调用不同的认知功能以完成信息处理过程；任务分析完成后，根据任务操作的描述，将每个操作划分为一种类型，划分方式参考认知可靠性与失误分析方法即CREAM中对15种操作类型的归纳，每一种操作类型调用感知、决策、执行三种不同认知功能中的若干种，具体为：协调调用决策和执行功能；通信调用执行功能；对比调用决策功能；诊断调用决策功能；评价调用决策功能；识别调用决策功能；执行调用执行功能；保持调用执行功能；监视调用感知和决策功能；观察调用感知功能；计划调用决策功能；记录调用决策和执行功能；调整调用感知和执行功能；扫视调用感知功能；检查调用感知和决策功能；(3)人误模式分析参考CREAM方法，根据认知功能的不同，对人误模式进行分类，具体为：将感知功能失误模式划分为观察目标错误、辨识错误、没有进行观察、观察不及时4类；将决策功能失误模式划分为决策失误1类；将执行功能失误模式划分为动作方式错误、动作时间错误、动作目标错误、动作顺序错误和动作遗漏5类；根据每种操作类型对应的认知功能，即能确定操作可能发生的人误模式，然后根据实际场景实例化。3.根据权利要求1所述的一种考虑路径依赖的人误机理建模方法，其特征在于：在步骤二中所述的“明确人机交互过程中出现的异常信息模式，判断该异常信息模式与认知混淆导致的人误模式之间的相关性”，说明如下：人机交互过程中，人所获得的信息包括人机界面提供的任务信息、告警信息和通讯信息；由于故障、环境扰动诸因素的干扰，人可能无法获得正确和完整的信息，任务信息和通讯信息可能出现不正确、不完整、不及时诸异常模式；告警信息可能出现虚警即信息不正确、漏警即信息不及时诸异常模式；在这种情况下，人不能正确地捕捉所需要的信息，就会导致人为失误；异常信息模式导致感知阶段失误，采用“相关性”对上述异常信息模式导致人误模式的“可能性”进行描述；借鉴人员失误概率预测技术即THERP，将相关性划分为5个等级：零相关、低相关、中等相关、高相关和全相关；具体而言，当相关性较大时，表示出现某种异常信息模式时直接引起人误模式的可能性大；当相关性较小时，表示出现某种异常信息模式时不太可能直接引起人误模式；当相关性为零时，表示出现某种异常信息模式时不会直接引起人误模式；根据异常信息模式的不同，导致不同人误模式的可能性也不相同，异常信息模式与人误模式间的相关关系具体为：信息不正确与观察目标错误间的相关关系为低相关到中等相关；信息不正确与错误辨识间的相关关系为中等相关到高相关；信息不正确与观察没有进行间的相关关系为零相关到中等相关；信息不正确与观察不及时间的相关关系为零相关到中等相关；信息不正确与决策失误间的相关关系为低相关到全相关；信息不完整与观察目标错误间的相关关系为零相关到低相关；信息不完整与错误辨识间的相关关系为低相关到高相关；信息不完整与观察没有进行间的相关关系为零相关到低相关；信息不完整与观察不及时间的相关关系为零相关到中等相关；信息不完整与决策失误间的相关关系为零相关到高相关；信息不及时与观察目标错误间的相关关系为零相关到低相关；信息不及时与错误辨识间的相关关系为零相关到中等相关；信息不及时与观察没有进行间的相关关系为中等相关到高相关；信息不及时与观察不及时间的相关关系为中等相关到高相关；信息不及时与决策失误间的相关关系为零相关到中等相关。4.根据权利要求1所述的一种考虑路径依赖的人误机理建模方法，其特征在于：在步骤三中所述的“明确各项任务的基本认知资源需求，计算并行任务的总认知资源需求，判断是否发生认知过载，若发生认知过载，则人误模式与异常信息模式的相关性增加一等”，其作法步骤如下：(1)确定诸任务基本认知资源需求由于不同任务对认知资源的需求量不同，需要根据实际情况进行测量，这在设计初期难以实现，因此采用半定量的方式加以解决；具体而言，将任务对资源的要求分为0、1、2三个等级，分别代表对认知资源没有需求、任务的基本认知资源的需求以及复杂任务的基本认知资源的需求；根据多资源模型，每个任务的基本认知资源需求用如下向量表示：TC＝{VF,VA,AS,AV,C,RS,RV}式中，“VF、VA”中的V表示视觉即Visual，“AS、AV”中的A表示听觉即Auditory，C表示认知即Cognitive，“RS、RV”中的R表示反应即Response；“VF”中的F表示焦点即Focal，“VA”中的A表示外周即Ambient，“AS、RS”中的S表示空间的即Spatial，“AV、RV”中的V表示言语的即Verbal；TC中每个元素都代表了一个认知资源占用维度；根据任务分析确定的不同操作类型的基本认知资源需求如下：协调的基本认知资源需求为C＝2、RV＝1；通信的基本认知资源需求为AV＝1、RV＝1；对比的基本认知资源需求为AF＝1；诊断的基本认知资源需求为C＝2；评价的基本认知资源需求为C＝2；识别的基本认知资源需求为C＝2；执行的基本认知资源需求为RS＝1；保持的基本认知资源需求为RS＝1，也可能包含VA＝1、AS＝1、AV＝1中的诸种，需根据实际情况判断；监视的基本认知资源需求为VF＝2；观察的基本认知资源需求为VF＝1；计划的基本认知资源需求为C＝1；记录的基本认知资源需求为RV＝2；调整的基本认知资源需求为RS＝1，也可能包含VF＝1、AS＝1、AV＝1中的诸种，需根据实际情况判断；扫视的基本认知资源需求为VA＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：马烁，曾声奎，郭健彬，赵健宇，秦泰春，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11