智能人机系统的人机融合交互研究综述

目的 对人机融合的研究现状进行了梳理和分析,旨在为智能人机系统研究提供理论支撑.方法 从人机交互和人工智能的概念出发,结合多通道信息融合、人机融合认知决策机制、生理测量和人机融合协作模式等研究,对人机融合和智能人机交互的研究现状、研究热点与趋势进行了分析和归纳.结果 智能机器的信息处理逻辑与人类之间的沟通障碍,抑制了人工智能技术对人机资源整合的工效学意义,人机融合的研究促进了人工智能技术与人机交互的精准合作.结论 智能人机系统中,人、机、物理环境的融合不足是当前学界面临的挑战.人机融合研究应以感知识别、多通道信息融合、认知决策为着力点,帮助机器有效学习、理解、预测人类交互意图,探寻人机对话协作模式的影响要素.人机融合的群体智能对未来人机交互发展有着举足轻重的意义,通过多模态生理融合与自适应的可视化表征机理研究建立认知效率和可视化表征的联系,根据生理指标的变化构建意图空间并指导人机融合协作模式的研究.     

航战座舱显控交互研究进展与人机协同发展趋势

目的 为了应对态势信息急速增长的复杂空战环境,人机协同作战应运而生,座舱显控交互是实现人机协同方式的通道,对快速取得战场优势,完成作战目标有着重要影响。方法 梳理了航战座舱显控系统的发展、相关代表人物与研究成果;基于人机协同作战环境中面临的挑战,探究座舱显控的研究现状与趋势;从座舱显控界面信息表征设计和交互的实现形式方面归纳梳理人机协同作战下的座舱显控交互设计研究热点;提出未来座舱显控交互的发展趋势。结论 航战座舱显控交互与人机协同作战密切相关。在智能技术支持与人机协作需求的共同驱动下,人机协同作战下的座舱显控交互向着任务相关、信息呈现、认知融合的界面设计与多通道的交互手段相结合的方向发展。     

智能交互系统中人机组队协同工效提升的模型构建

目的 智能交互系统在城市救援及日常生活中应用越来越广泛,探讨了人机组队作业中人机协同工效提升的内在机制和规律,以构建人机组队协同的相容性理论模型并应用于复杂系统中人机组队的设计和优化。方法 采用跨学科交叉分析和文献调研分析的方法,分别对认知心理学、工程心理学和计算机科学等不同领域文献进行充分检索和分析,系统梳理了从智能体的界面设计及自动化水平、操作员状态与情境感知能力、人机关系及交互方式等对人机协同工效的影响因素;并通过共享心理模型、自然主义决策模型、多重表征模型尝试对人机如何协同的机制进行探讨和分析,指出了目前研究中存在的问题和不足。在此基础上提出较为系统的智能交互系统中人机组队相容性理论模型。结果 该模型通过对人、智能体、环境和任务特征进行分析,并从物理相容性、认知相容性和情感相容性三个角度,对人机组队协同工效提升的内在规律和机制进行深入探讨,有效提升人机组队协同的系统工效和用户体验,避免安全事故的发生。结论 智能交互系统中人机组队的相容性模型可用于未来人机协同工效提升的理论和实践研究,也可用于未来智能人机交互系统,特别是智能化时代人机组队的设计和优化,满足众多复杂的人机系统(如商用飞机驾驶舱、核电站中央控制室)人机高效协同设计的需求,为建立自然高效人机协同作业的交互模式提供科学依据。     

双人协作任务中协作绩效的神经人因学探讨

目的 从神经人因学的视角出发,探讨双人协作任务中协作绩效的神经生理机制及其影响和促进.方法 采用文献调研和分析方法,分别对神经人因学、神经工效、人机交互、脑机接口等不同领域的相关文献进行了分析,首先系统梳理了神经人因学领域中双人协作任务中绩效的研究技术和方法;其次探讨了神经人因学视角下,协作任务中的绩效表现及其神经机制;再次在此基础上探讨了协作绩效的影响因素及如何增强和促进问题;最后总结了下一步神经人因学领域协作绩效研究如何在未来智能人机交互领域应用.结论 神经人因学视角下,双人协作任务中协作绩效的研究有助于理解人机协同作业或人机组队操作中,操作者之间的人际表征对协同、组队操作的影响作用,研究成果可直接应用于协同作业系统的设计和优化,特别是未来智能时代人机组队的设计和优化,满足众多复杂的人机系统协同作业设计的需求,为建立自然高效协同作业的交互模式提供科学依据.     

认知神经科学与人机交互的融合:人机交互研究的新趋势

目的厘清认知神经科学与人机交互研究融合的发展历程、存在的问题与其未来发展趋势。方法采用文献元分析法,分别对认知神经科学、人机交互、脑机接口等不同领域的相关文献进行了分析,首先简要介绍了认知神经科学的发展历程,叙述了脑功能成像技术的演化进程;其次论述了认知神经科学领域的研究结果对人机交互研究的支持作用;然后叙述了基于认知神经科学和脑成像技术的人机交互研究的认知模型发展历程,并简要介绍了一些从认知神经科学和脑成像角度开展的人机交互研究;接着重点介绍了认知神经科学与人机交互研究结合的典型领域,即脑机接口领域,介绍了脑机接口的发展历史、脑机接口的认知模型、脑机结构研究存在的问题;最后总结了认知神经科学与人机交互融合的必要性和可能性,在对目前现状进行总结的基础上预测了未来的发展趋势。结论认知神经科学与人机交互研究的融合,为人机交互研究提供了新的思路和方法,未来的基于认知神经科学的人机交互研究,可以更好地揭示人机交互过程中的用户特征和交互规律。     

工业系统的智能交互模式及人因工效研究综述

随着物联网、CPS、大数据等技术的出现和发展,生产制造、航空驾驶、安全监控等工业系统已进入第四次工业革命的智能转型升级。目的 工业系统的智能交互模式与人因工效是人机协同共生的关键核心问题。方法 从工业制造的智能化转型、航空航天的人机协同、核电安全智能监控等多个重大行业背景出发,分析人—信息—物理系统智能交互的发展趋势;剖析工业智能背景下国内外人因工效测评技术、评价模型及多源指标关联性研究进展;梳理智能化工业系统的信息表征发展趋势及多通道交互研究方法。结论 从国内外研究综述表明,需要从多学科交叉融通的角度构建智能化工业系统的人机交互研究体系,这将极大地改善系统中的人（任务执行者）获取信息、知识推理、判断决策的认知绩效,达成智能交互的人机物闭环,实现人（自然人、机器人）、信息系统、物理系统的充分感知融合,即人机协同共生模式。     

人机智能协同研究综述

目的 智能系统在智能制造、智慧城市、医疗健康、生活服务等各种场景中越来越广泛地存在,为应对人与智能系统的交互中所面临的诸多挑战,从技术和体验的视角分析人机智能协同中的关键问题。方法 对从人机交互到人机智能协同的发展脉络与研究范围进行梳理,提出综合技术视角和体验视角的研究框架;从智能系统的特征出发,梳理出技术视角下人机智能协同所带来的新兴问题;从体验的视角探讨如何推动实现人机智能协同;在此基础上总结人机智能协同的发展趋势。结论 总结了人机交互演进的三个阶段;提出了技术视角下人机智能协同的关键问题,包括人机能动性分配、动态学习和修正、情境自适应及主动响应模式;探讨了体验视角下人机智能协同的可解释性、信任问题、情感化及公平负责等问题;指出了人机智能协同全方位、多类型及体系化的发展趋势。     

以驾驶员为导向的汽车人机界面识别系统研究

随着大数据、移动互联网、现代人工智能等先进技术在汽车运输管理领域的创新发展和广泛应用,车身内部空间、人机交互界面、操作处理方式和交互处理正在不断发生改革。目的 为了探索研究现阶段智能汽车的发展趋势,深入了解汽车界面识别系统的模式和技术进步,推动人工智能领域的进一步发展,系统分析了当前市场背景下,智能驾驶汽车人机界面识别系统多模式的体现形式。方法 从人机交互的角度出发,以BMW汽车案例为主,通过以驾驶员为导向,进行智能汽车仪式感设计研究分析,重点阐述蓝牙技术、汽车界面显示设备、数字智能化、智能控制系统、共享技术、情感交互六个领域在驾驶系统的现状及未来的发展趋势,剖析互联网时代现阶段智能汽车统筹发展,深入研究汽车界面识别系统在人机领域的实际应用。结果 结合学术界和汽车产业市场,分析智能汽车界面识别系统的能力和技术的重要性,以及在未来一段时间内智能汽车发展的趋势。结论 指出提升汽车识别界面的技术水平是当前国内智能汽车厂商和信息技术服务公司的发展重点,提升汽车内饰的用户体验以激发消费潜力,拓宽消费市场是未来汽车人机交互的发展重点。     

智能技术在交互式绘画设计中的应用及其创作机制研究

目的 随着智能技术的快速发展与进步，交互式绘画面临着前所未有的机遇和挑战。智能技术在人机交互领域的发展突破了限制，使得互动过程更加人性化、智能化和多样化，但其创作机制尚未构建，亟须理论指导与规范约束。方法 首先分析了智能交互艺术在绘画中的应用，然后讨论了智能技术、创作主体与观众在交互式绘画中的相互关系，并构建了智能交互绘画的创新机制。结论 智能交互艺术在创作过程中形成的人机认知共生、智能技术支撑、创意主体协作、创意行为约束的智能互动艺术创作体系，可以更好地理解交互艺术的创作机制，更好地把握交互艺术的创作规律。     

智能机械臂在沙画创作中的辅助创新实践

目的 随着智能技术在人机交互领域的发展,设计学科创作领域的智能协同更加多样化,沙画需要依靠智能技术的力量突破创作技法上的困境。方法 本文结合人工智能的发展和在设计方面的应用技术,分析了和沙画相结合的技术基础,梳理了沙画创作的流程,并确定了沙画领域中的应用需求及创作主体与人工智能的关系,结合机械臂辅助沙画师创作,以人机协同《沙画颂祖国》项目对可行性进行论证。结果 本研究将形成人机认知共生、智能技术支撑、创意主体协作、智能互动创作的体系,不仅切实解决了沙画行业辅助创作的难题,而且增加了设计学科交互的多样性,提供了未来融合的新方向。     

单兵智能头盔在消防救援中的探索与应用

目的 在消防装备于高层建筑、地下建筑、大型商业综合体等复杂救援环境中无法满足信息感知和状态感知需求的背景下,探索和分析智能头盔当前在应急救援、军队作战、采矿安全等领域的应用研究现状,以期解决当前消防救援活动中环境视野差、协同效率低、救援人员健康状态无法保证等问题,提高消防救援装备的功能性和保障性,避免救援活动中可能发生的安全事故。方法 人工智能、多设备协作、多模态感知等概念是智慧消防新的发展结合点,以消防救援装备的智能化、集成化趋势为基础,提出了利用增强现实技术满足视觉增强、信息协同、物体识别等信息感知需求,利用脑电监测技术满足人员健康状态监测、疲劳预警等状态感知需求。结论 在城市快速发展的背景下,单兵智能头盔在消防救援领域的应用具有可靠性高、功能扩展性强、任务辅助效率高等优势,但同时面临功耗大、重量大、设备交互研究不足等挑战;适用于消防救援场景的单兵智能头盔有动态舒适性多目标优化、多通道类人感知和意图协同交互、系统故障诊断及容错控制等方面的设计研究趋势。     

作战无人机系统的人、机功能动态分配模拟仿真

研究了人的处境意识在作战无人机的任务管理和操作环节中的作用和地位,应用软件编程构建了目标判别任务条件下,基于人的监视效率变化的人-机界面自动调节环节。初步实现了作战无人机任务管理过程中的人、机功能动态分配仿真,并进行了模拟实验。结果表明具有自动调节功能的界面更有利于保持操作人员的处境意识水平。     

基于态势感知的汽车人机界面设计研究

目的 通过基于态势感知的智能驾驶汽车人机交互界面设计研究、实践与评估,为汽车人机界面设计提供指导.方法 以智能汽车自动巡航控制功能的切入场景为主要研究对象,通过文献查阅明确了驾驶员使用该功能的流程与应用场景.然后,介绍了态势感知相关理论模型,设计了不同状态下三层级的信息架构;最后,结合界面空间布局,进行了交互界面设计实践.结果 以态势感知的感知、理解、预测3个层级为基础,结合典型应用场景,分析了ACC功能中AR-HUD和W-HUD上的信息,通过信息架构设计、关键原型和典型效果图等设计实践对理论进行了可行性验证.结论 通过基于态势感知设计的人机交互界面能有效厘清信息的显示内容和过程,提高界面的可用性.     

人机系统可靠性设计研究进展

目的 研究人机系统可靠性设计理论。方法 通过对可靠性概念的描述,进而对机械可靠性、人的可靠性、人机系统可靠性的研究现状、主要分析方法及应用等方面的文献进行梳理与综合分析。初步构建了人机系统可靠性设计研究框架。结论 指出人机系统可靠性设计的未来发展趋势,为该领域进一步的研究提供参考。     

面向人机交互的轨道维护工程机械内室设计研究

目的 轨道维护工程机械是典型的复杂产品,根据用途需要自行研发制造,致使内室人机交互成为设计研究的难点。方法 根据轨道维护工程机械运动行驶、静态作业和移动作业三种形式,以及作业人员组和作业机械组两部分结合的行业现状,从界面、通道和用户三个方面,分析轨道维护工程机械的多类型界面组合、多通道信息传递和多用户行为协同的人机交互特点。依据开发过程的系统特性,界定轨道维护工程机械内室人机交互的概念,构建设计原则,并提出内室人机交互设计模型。结论 轨道维护工程机械内室设计以作业工况为核心,具有轨道交通和工程机械双重属性。内室人机交互既要符合轨道行业标准,也要顺应作业规范要求,结合工业设计与人机工程满足人机交互的作业工况。最后对磁浮轨道维护车内室人机交互进行设计应用,为理论与实践研究提供参考。     

基于战场时空信息一体化的战斗机智能座舱

目的 针对未来战斗机座舱面对复杂空天地一体化信息战场环境,剖析战役级OODA环中重要节点及相关态势感知信息认知模型若干概念,理清其中座舱信息通道和OODA环流程场景下飞行员具体需求,为飞行员在空中获得一体化信息态势感知快速切入敌方OODA环,实施打击并取得战场优势提供指导。方法 从战斗机迭代发展出发,分析座舱的演变过程,探讨当下技术发展对未来座舱的信息结构和整体布局产生的影响及带来的趋势。通过文献查阅提出了飞行员在OODA环各作战环下态势感知信息需求。通过一体化模型整合在不同阶段和场景下的战斗机作战信息,形成座舱内作战一体化体系,并通过概念设计平衡战斗机座舱中飞行员动作需求与信息空间布局,达成初步验证和表达理论框架。结论 通过分析OODA环结合态势感知模型进行战斗机智能座舱信息系统一体化设计研究,以飞行员的战斗流程中动作需求为中心,通过一体化框架进行战斗机智能座舱设计整合了多源、多层、多量信息,构建了以飞行员在OODA环作战流程中作战任务动作为中心的信息一体化的战斗机座舱设计,对未来战斗机设计具有指导意义。     

人机融合创新设计

目的 设计历经以农业经济为主导的设计1.0时代与以工业设计为主导的设计2.0时代,如今正在步入以创新设计为主导的设计3.0时代.设计3.0时代的到来对创新设计,尤其是创新设计人本构成要素中,人机融合层面提出了更高要求.方法 从人因学及工程心理学等人因学科角度出发,以人机融合相关理论及方法为研究对象,通过文献调研总结提升人机融合水平的人因学科新理论及新方法,并针对所总结的人因学科方法理论进行概念性阐述.结论 人因学科中,以情境意识、脑力负荷和可调节自主为代表的部分理论,以及认知状态建模、基于生物电信号的控制等通用技术方法,可以作为人机融合创新设计的支撑,从而促进人机融合创新设计的发展,丰富创新设计人本构成要素内涵.