人因工程学第9章 人的信息处理系统解析

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1、第九章 人的信息处理系统 叶 锋 华北电力大学工业工程 华北电力大学工业工程 第九章 人的信息处理系统 随着科学技术的进步，特别是电子计算机的飞跃发 展，人在系统中的作用发生了根本性的转变。系统中的 操作人员正在逐步地从直接控制人员转变成监视人员和 决策者。生产过程中信息在时间和空间上密集化，对作 业者劳动过程产生很大影响，作业者面临着大量的信息 加工要求，必须保持注意力高度集中，并具有较高的反 应速度和准确性。因此,了解人的信息处理系统构成， 掌握信息处理过程和特征不仅对系统设计人员更好的完 成系统设计，提高系统效率有重要作用，同时也是脑力 负荷研究的基础。 华北电力大学工业工程 为了解释人

2、的认知活动，认知工效学家将人模拟成一个与 计算机类似的信息处理系统。人的信息处理系统的基本组成部分 如图9-1所示。 第一节 人的信息处理系统模型 一、人的信息处理系统结构 图9-1 人的信息处理系统的结构图 华北电力大学工业工程 （一）感知觉系统：人的信息处理的第一个阶段是感觉。在这一 阶段，人通过各种感觉器官接受外界的信息，然后把这些信息 传递给中枢信息处理系统。 （二）中枢信息处理系统：人的认知系统接收从感知系统传入的 经过编码后的信息，并将这些信息存入本系统的工作记忆中， 同时从长时记忆中提取以前存入的有关信息和加工规律，进行 综合分析后做出如何反应的决策，并将决策信息输出到运动系 统

3、。 （三）反应（运动）系统：它执行中枢信息系统发出的命令，产 生人的信息处理系统的输出。 第一节 人的信息处理系统模型 一、人的信息处理系统结构 华北电力大学工业工程 第一节 人的信息处理系统模型 二、信息、信息量与信息传递模式 （1）信息。信息是能消除事先不能确定的情况的信号或知识，它 存在于一切事物中，是一种抽象量。 （2）信息量。信息量是人机系统中设计时考虑的重要参数。有关 信息量的计算通常选用对数单位进行度量。 华北电力大学工业工程 第一节 人的信息处理系统模型 二、信息、信息量与信息传递模式 （3）信息传递模式。 人机系统中，信息在信息源和信宿（信息接 收者） 之间传递过程通常有三种

4、模式： 1）信息源发出的信息被信宿完全接收。 2）信源发出的信息在传递过程中消耗殆尽。 3）从信源发出的信息虽然有些损耗，信宿收到的信 号也混有某些噪声成分，但仍有部分信源发出的信息被 有效地传送到了信宿。 华北电力大学工业工程 第二节 感知系统的信息加工 华北电力大学工业工程 （一）感觉（Senses）及其特性 人通过感觉器官获得关于周围环境和自身状态的各种信息 。感觉器官中的感受器是接收刺激的专门装置。 n感觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物个别属性的反映。 n人通过自己的感觉器官获得关于周围环境的各种信息, 因此感觉 是人的信息处理系统的输入子系统. 感觉器官中的感受器是接受 刺激的

5、专门装置. 在刺激物的作用下, 感受器的神经末梢发生兴 奋, 兴奋沿神经通道传送到大脑皮层感觉区产生感觉. 第二节 感知系统的信息加工 一、感觉与知觉系统 华北电力大学工业工程 （一）感觉（Senses）及其特性 感受器按其接受刺激的性质可分为视、听、触、味、肤觉 等多种感受器。其中视觉、听觉和嗅觉接受远距离的刺激。一 般来说，一种感觉器只对某种形式的刺激特别敏感，这种刺激 就叫该种感觉器的适宜刺激. 除适宜刺激外, 感觉器对其他刺 激不敏感或根本不反应. 例如可见光是眼的适宜刺激, 一定频 率范围的声波是耳的适宜刺激。电或机械刺激虽然也能在眼内 引起感觉, 但需要较大能量, 而且这种感觉是相

6、当粗糙的。人 的感觉和各类感受器的适宜刺激见表9-1。 第二节 感知系统的信息加工 一、感觉与知觉系统 表9-1 人的感觉和各类感受器的适宜刺激 感 觉 感 受 器适宜刺激刺激源 视觉眼睛一定频率范围的电磁波外部 听觉互一定频率范围的声波外部 旋转半规管肌肉感受器内耳液压变化，肌肉伸张内部 下落和直线运动半规管内耳小骨位置变化内部 味觉舌头和口腔的一些特殊细胞溶于唾液中的一些化学物质外部 嗅觉鼻腔粘膜上的一些毛细胞蒸发的化学物质外部 触觉主要是皮肤皮肤表面的变形弯曲接触 振动觉无特定器官机械压力的振幅及频率变化接触 压力觉皮肤及皮下组织皮肤及皮下组织变 形接触 温度觉皮肤及皮下组织 环境媒介的

7、温度变化，或人体接触物 的温度变化，机械运动，某些化学物 质 外部或接触 面 表层痛觉 确切的感觉尚不清楚，一般认 为是皮肤的自由神经末梢 强度很大的压力、热、冷、冲击及某 些化学物质 外部或接触 面 深层痛觉一般认为是自由神经末梢极强自压力和高热 外部或接触 面 位觉和运动觉肌肉、腱神经末梢肌肉拉伸，收缩内部 自身动觉关节不清楚内部 华北电力大学工业工程 n每种感觉通道都有其特殊的功能和作用， 但 也都有其局限性. 这种局限性可能直接影响信 息输入，进而可能影响更高水平的信息处理。 n例如，眼睛视网膜中视锥细胞和视杆细胞这两 类感受器的感光特性限制了信息显示中颜色编 码的使用范围。 第二节

8、感知系统的信息加工 华北电力大学工业工程 （一）感觉（Senses）及其特性 第二节 感知系统的信息加工 一、感觉与知觉系统 n感觉阈限 n感觉器官可接受外界刺激的范围 1.绝对阈限 2.相对阈限 华北电力大学工业工程 n绝对阈限 n外界刺激必须达到一定强度才能引起人的感觉。 n绝对感觉阈限的下限 n刚刚能引起感觉的最小刺激量。 n强度比这个值低的刺激不能引起人的感觉。 n绝对感觉阈限的上限 n能产生正常感觉的最大刺激量。 n作用于感觉器官的刺激强度若超过这个上限，就会 引起痛觉，严重时甚至于造成感觉器官的损伤。 第二节 感知系统的信息加工 表9-2几种主要感觉器官的绝对辨认能力 感觉 刺激维

9、度绝对辨认能 力(bit/刺激) 辨认的 刺激数 研究者 视觉在直线上 (在直线度盘上) 3.2510Hake、Garner(1951) 点(指针)的位置3.9010Coonan、Klemmen(in Miller,1956) 颜色(主波长)3.109Eriksen、Hake(1955) 明度2.305Eriksen、Hake(1955) 简单几何图形的面积2.20 2.60 5 6 Pollack(in Miller,1956) 直线的长度2.603.0078Pollack(in Miller,1956) 直线倾斜度2.803.30711Pollack(in Mler,1956) 弧度(其弦

10、不变)1.602.2045Pollack(in Miller,1956) 听觉纯音强度(音响)2.305Gamer(1953) 纯音频率(音高)2.507Pollack(1952、1953) 味觉食盐水浓度1.904Beebe-Center、Rodgers、Connell(1955) 振动觉振动强度2.004Geldard(in Miller,1956) 振动持续时间2.305Geldard(in Millef，1956) (胸部)振动位置2.807Geldard(in Miller,1956) 电击电击强度1.703Hawker（l960) 电击持续时间1.803Hawker、Warn(19

11、61) 华北电力大学工业工程 n差别感觉阈限 n当信号刺激的能量分布落在绝对感觉阈限的上 下限之间时，人借助于感觉器官不仅能够确定 刺激的有无，而且能觉察刺激的变化或差别。 刚刚能引起差别感觉的刺激之间的最小差别量 ，叫差别感觉阈限，也叫最小可觉差。 n 每一种感觉器官的差别感觉阈限不是一个绝对 数值，它随最初的刺激强度而变化，并且两者 之比是一个常数，这一关系被称为韦伯定律。 第二节 感知系统的信息加工 华北电力大学工业工程 n韦伯定律 I/I=K 式中： I是初始刺激强度 I为引起差别感觉的刺激强度的增量 K为常数. 韦伯定律只适用于中等强度的刺激, 而不适用于极弱或极强的刺激. 华北电力

12、大学工业工程 感觉 韦伯比例 音高(2000赫) 0.0003 重压(400克) 0.013 明度(1000光量子) 0.016 举重(300克) 0.019 响度(1000赫, 100分贝) 0.088 橡皮气味(200嗅单位) 0.104 皮肤压觉(5克/毫米) 0.136 咸味(3克分子/公升) 0.200 最优条件下各种感觉的韦伯比例 华北电力大学工业工程 （二）知觉（Perception） 第二节 感知系统的信息加工 一、感觉与知觉系统 人们通过感官得到了外部世界的信息，这些信息经过头脑的 加工（综合与解释），产生的对事物整体的认识，就是知觉。知 觉以感觉作基础，是现实刺激和已储存的

13、知识经验的相互作用的 结果，是一种主动的和富有选择性的构造过程。 知觉作为一种活动过程，包含了互相联系的几种作用：觉 察、分辨和确认。在知觉过程中，人对事物的觉察、分辨和确认 的阈限值是不一样的。如果说人们觉察一个物体比较容易，那么 要确认这个物体就要困难得多，需要的加工时间也较长。 华北电力大学工业工程 （二）知觉（Perception） 第二节 感知系统的信息加工 一、感觉与知觉系统 n知觉是人脑对直接作用于感觉器官的客观事物和 主观状况的整体反映。 n把感受到的外界刺激与贮存有大脑中的信息进行 比较, 对外界刺激进行编码, 使它成为人的信 息中心能够识别的形式。 n是感觉的第二个阶段 华

14、北电力大学工业工程 第二节 感知系统的信息加工 二、感知过程中的信息存储 （1）感觉储存。感觉储存又称感觉记忆或瞬时记忆。它是 外界输入刺激后人对信息加工的第一个模块，感觉记忆的储存 时间大约为0.25 s2 s。 （2）感觉储存的编码。感觉储存编码形式主要依赖于信息 的物理特征，因而具有鲜明的形象性。 （3）感觉储存和工作记忆的交互作用。工作记忆是感觉记 忆和长时记忆的中间阶段，即输入信息经过再编码，使其容量 扩大。 （4）感知映象的衰退和储存容量。 感知记忆(包括视觉映象 和听觉映象)随时间消逝而衰退。实验研究表明，感知记忆中残 存的信息数量随时间的消逝而遵循指数曲线规律迅速下降。 华北电

15、力大学工业工程 第二节 感知系统的信息加工 三、感知系统的信息加工 人的知识经验和现实刺激是产生知觉所必需的。人的知觉过程所 包含的信息加工方式主要体现为自下而上的加工和自上而下的加工两种 方式。 （1）自下而上的加工。 指由外部刺激开始的加工，通常指先对较 小的知觉单元进行分析，然后再转向较大的知觉单元，经过一系列连续 阶段的加工而达到对感觉刺激的解释。 （2）自上而下加工。是由有关知觉对象的一般知识开始的加工。 由此可以形成期望或对知觉对象的假设。 一般说来，在人的知觉活动中，非感觉信息越多，他们所需要的 感觉信息就越少，因而自上而下的加工占优势；相反，非感觉信息越少 ，就需要越多的感觉信息，因而自下而上的加工占优势。 （一）信息加工方式 华北电力大学工业工程 第二节 感知系统的信息加工 三、感知系统的信息加工 模式是指由若干元素或成分按一定关系形成的某种刺激结 构，也可以说模式是刺激的组合。模式识别是人的一种基本的 认 知能力或智能，在人的各种活动中都有重要的作用。 人的模式识别可看作一个典型的知觉过程，它依赖于人的 知识和经验。一般说来，模式识别过程是感觉信息与长时记忆 中的有关信息进行比较，再决定它与哪个长时记忆中的项目有 着最佳匹配的过程。关于匹配过程的实现方式，有三种主要模 型:（1）