復(fù)雜信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計技術(shù)研究-東南大學(xué)

項目名稱：困難信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計技術(shù)探討舉薦獎種：科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎三、舉薦單位：東南高校四、項目簡介：（1）項目立項背景隨著科技發(fā)展和信息化程度的不斷推動，困難信息系統(tǒng)數(shù)字界面已成為信息化武器裝備中重要的組成部分，是軍事操作者信息獲得、推理、推斷和決策的重要操作平臺，其設(shè)計的好壞干脆影響到裝備系統(tǒng)作戰(zhàn)性能的發(fā)揮。伴隨著困難信息系統(tǒng)人機(jī)界面信息容量的激增，界面信息呈現(xiàn)與人類認(rèn)知實力間不均衡的問題日益凸顯，嚴(yán)峻影響軍事人員的操作績效,制約信息化武器裝備性能的精準(zhǔn)實施和高效發(fā)揮。因此，從人類本源的視覺認(rèn)知機(jī)理動身，基于人類認(rèn)知特性，對困難信息系統(tǒng)人機(jī)界面、人機(jī)交互進(jìn)行科學(xué)的分析、設(shè)計與評估，是確保裝備系統(tǒng)性能的最大化發(fā)揮，保障我軍在現(xiàn)代信息化斗爭中的戰(zhàn)略制勝和領(lǐng)先地位的關(guān)鍵技術(shù)。西方發(fā)達(dá)國家在相關(guān)探討領(lǐng)域開展了大量探討工作，而國內(nèi)缺乏該領(lǐng)域系統(tǒng)性的探討，東南高校就該技術(shù)難題，在國家自然科學(xué)基金、航空基金等項目的支持下，經(jīng)過七年多的技術(shù)攻關(guān)，取得了一批技術(shù)成果和顯著的探討進(jìn)展，同時將探討成果應(yīng)用到信息扮裝備系統(tǒng)的設(shè)計中，提升了我軍信息扮裝備的性能水平。本項目將視覺感知、生態(tài)融合、留意捕獲、信息流、以及認(rèn)知摩擦等重要科學(xué)理論交叉融合，創(chuàng)建了困難信息系統(tǒng)人機(jī)交互界面系統(tǒng)化的設(shè)計技術(shù)方法和準(zhǔn)則。（2）項目主要創(chuàng)新點1、融合生態(tài)界面理論的困難信息系統(tǒng)信息流結(jié)構(gòu)模型建立創(chuàng)新性地將生態(tài)界面設(shè)計的關(guān)鍵理論和技術(shù)用于困難信息系統(tǒng)數(shù)字界面人機(jī)交互設(shè)計探討中,融合信息編碼、認(rèn)知摩擦、認(rèn)知負(fù)荷和態(tài)勢感知等技術(shù)，構(gòu)建了困難信息系統(tǒng)信息層次結(jié)構(gòu)和困難特征分析流程模型、信息流的功能結(jié)構(gòu)模型等。2、困難信息系統(tǒng)界面信息認(rèn)知與行為映射模型創(chuàng)建首次從具象可視化和抽象表征動身，系統(tǒng)性提出了困難信息系統(tǒng)數(shù)字界面中從視覺信息認(rèn)知到行為決策之間的映射關(guān)系，建立困難信息系統(tǒng)“界面信息－視覺認(rèn)知”映射模型。3、困難信息系統(tǒng)人機(jī)界面認(rèn)知特性的生理學(xué)溯源首次融合高時空辨別率的腦成像技術(shù)（ERP和fMRI）與眼球追蹤技術(shù)，共同探究人類在困難信息系統(tǒng)數(shù)字界面認(rèn)知過程各階段中的認(rèn)知特性，揭示了在人機(jī)交互過程中出現(xiàn)認(rèn)知失誤、認(rèn)知困難等問題的生理學(xué)根源。4、基于多維度生理測評技術(shù)的困難信息系統(tǒng)可用性量化評估體系構(gòu)建首次提出困難信息系統(tǒng)數(shù)字界面人機(jī)交互設(shè)計基于腦成像與眼動追蹤等生理測評技術(shù)的量化評估體系，完成了困難信息系統(tǒng)人機(jī)界面信息編碼、界面布局和空間優(yōu)化安排等設(shè)計要素的可用性評估。為信息扮裝備系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計供應(yīng)了科學(xué)評價方法和設(shè)計依據(jù)。上述成果已發(fā)表論文32篇，其中SCI/EI收錄21篇，國際會爭論文12篇；培育博士生7名，碩士19名；受邀在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議作特邀大會報告10次。探討成果已勝利運用于載人航天工程、新一代戰(zhàn)機(jī)、大型艦艇、地面通訊等國家高科技和重大國防工程項目中，全面提升了我國海陸空多軍種信息扮裝備的綜合性能，保障我國在高科技領(lǐng)域和國防建設(shè)工程中具有國際競爭力發(fā)揮了重要的作用。自上述技術(shù)成果勝利實施以來，創(chuàng)建的干脆經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)18億元。五、主要完成單位及創(chuàng)新推廣貢獻(xiàn)：單位名稱：東南高校創(chuàng)新推廣貢獻(xiàn)：東南高校作為項目主持單位，主持完成了整個項目。主要探討了困難信息系統(tǒng)人機(jī)交互界面的信息組織、最佳視覺顯控界面形態(tài)與布局、視覺信息傳達(dá)元素與顯示方式以及眼動腦電生理測評技術(shù)等內(nèi)容，為困難信息系統(tǒng)人機(jī)交互數(shù)字界面供應(yīng)系統(tǒng)性的設(shè)計方法和評價準(zhǔn)則，以及人機(jī)交互界面可用性量化評估的指標(biāo)體系和方法體系。東南高校為本項目探討供應(yīng)了有力的科研環(huán)境，并在人員、資金等各方面賜予了全力支持：2009年度勝利申報了航空科學(xué)基金《面對信息化作戰(zhàn)環(huán)境的戰(zhàn)斗機(jī)航電系統(tǒng)人機(jī)交互界面設(shè)計探討》（項目號：2008556901）；2010年度勝利申報了國家自然科學(xué)基金《基于CL與SA均衡的人機(jī)交互數(shù)字界面設(shè)計探討》（項目號：71071032）；2012年勝利申報了國家自然科學(xué)基金《數(shù)字界面視覺信息認(rèn)知的腦機(jī)制探討》（項目號：71271053）。近五年來，東南高校在該技術(shù)領(lǐng)域發(fā)表國內(nèi)外期刊和重要國際會爭論文32篇，其中SCI/EI收錄21篇，國際會爭論文11篇。培育博士生7名，碩士19名；受邀做大會報告10次；與國外知名學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)聯(lián)合培育博士生8人次。在項目實施過程中，東南高校與合作伙伴共同推廣了探討項目成果，并在中國船舶重工集團(tuán)公司第709探討所、中國電子科技集團(tuán)54探討所、中國電子科技集團(tuán)28探討所和中國航天員科研訓(xùn)練中心等企業(yè)得以勝利應(yīng)用，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。單位名稱：中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇九探討所創(chuàng)新推廣貢獻(xiàn)：中國船舶重工集團(tuán)公司第709探討所（以下簡稱709所）是我國最早融合計算技術(shù)、信息技術(shù)、自動限制、數(shù)學(xué)理論探討為一體的國家重點工程探討所，以國防高新技術(shù)探討為中心，以雄厚的技術(shù)實力為依托，主要從事信息指揮系統(tǒng)、計算機(jī)加固技術(shù)、容錯技術(shù)、并行處理技術(shù)、圖像處理技術(shù)的探討與開發(fā)工作，為國防現(xiàn)代化和信息化做出重要貢獻(xiàn)。在本項目開展和推廣運用過程中，709所主要完成對困難信息系統(tǒng)數(shù)字界面綻開信息編碼和人機(jī)交互技術(shù)綻開探討，深化探討了數(shù)字界面信息編碼分析與呈現(xiàn)形式，探討和比較了多樣化編碼維度的優(yōu)劣，對困難系統(tǒng)人機(jī)界面信息元素間的層次關(guān)系綻開了深化探討和詳細(xì)設(shè)計，并重點完成了對界面布局設(shè)計的優(yōu)化，以及對以軍事操作者為中心的界面信息組織模型的構(gòu)建。除此之外，709所對于本技術(shù)成果的推廣運用做出了重要貢獻(xiàn)。單位名稱：中國電子科技集團(tuán)公司第五十四探討所創(chuàng)新推廣貢獻(xiàn)：中國電子科技集團(tuán)公司第五十四探討所作為我國電子信息領(lǐng)域?qū)I(yè)覆蓋面最寬、綜合性最強的骨干探討所，具有武器裝備科研生產(chǎn)及質(zhì)量體系方面的重要資質(zhì)，是國家授權(quán)的電子工程專業(yè)承包壹級資質(zhì)單位，電子工程甲級設(shè)計單位。本單位主要從事軍事通信、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、航天航空測控、航天電子信息系統(tǒng)與綜合應(yīng)用等前沿領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)制造和系統(tǒng)集成。在本項目開展和推廣運用過程中，完成了對多個困難軟件系統(tǒng)的任務(wù)特性和操作流程進(jìn)行分析和合理規(guī)劃；針對各類視覺數(shù)字界面元素編碼格式，實現(xiàn)了不同軟件編碼機(jī)制，從而達(dá)到快速顯示界面圖形元素效果；對不同界面刷新顯示技術(shù)進(jìn)行試驗，并選取了最優(yōu)界面刷新技術(shù)；最終參加了困難信息系統(tǒng)數(shù)字界面的設(shè)計規(guī)范修訂。大力推動該項技術(shù)成果的應(yīng)用，對本項技術(shù)成果的推廣做出重大貢獻(xiàn)。六、推廣應(yīng)用狀況：該項技術(shù)成果已勝利運用于載人航天工程、新一代戰(zhàn)機(jī)、大型艦艇等國家高科技和重大國防工程項目中，軍事人員的信息提取速率和操控速率提高近25%，認(rèn)知失誤率降低近35%，顯著提升了軍隊整體戰(zhàn)斗力，保持了戰(zhàn)斗優(yōu)勢，為推動我國信息扮裝備自主和可持續(xù)發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。應(yīng)用單位名稱應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用的起止時間應(yīng)用單位聯(lián)系人/電話經(jīng)濟(jì)效益（萬）中國船舶重工集團(tuán)公司第709探討所生態(tài)界面、態(tài)勢感知、信息編碼、眼動追蹤、腦電測評2011.12-2016.1魯愛國項目探討成果實施以來，近三年為本單位共產(chǎn)生干脆經(jīng)濟(jì)效益159784萬元。中國電子科技集團(tuán)公司第54探討所信息編碼、困難信息界面信息流構(gòu)建、認(rèn)知摩擦、生態(tài)界面、眼動追蹤2009.9-至今劉英項目探討成果實施以來，近三年為本單位共產(chǎn)生干脆經(jīng)濟(jì)效益15467萬元。中國航空無線電電子探討所615所生態(tài)界面、態(tài)勢感知、界面信息規(guī)劃2009.1-至今司玉棟項目探討成果在國防建設(shè)項目中得到廣泛應(yīng)用，具有顯著社會效益、軍事效益。南京熊貓漢達(dá)科技有限公司生態(tài)界面、認(rèn)知負(fù)荷、界面信息規(guī)劃2012．5-至今金林項目探討成果實施以來，近三年為本單位共產(chǎn)生干脆經(jīng)濟(jì)效益3000萬元。中國電子科技集團(tuán)公司其次十八探討所生態(tài)界面、均衡認(rèn)知負(fù)荷、信息編碼、眼動追蹤、腦電測評2014.1-至今謝宙宇/項目探討成果實施以來，近三年為本單位共產(chǎn)生干脆經(jīng)濟(jì)效益900萬元。江蘇金智教化信息股份有限公司信息編碼、均衡認(rèn)知負(fù)荷、信息區(qū)塊2014.12-至今李孝展項目探討成果實施以來，近三年為本單位共產(chǎn)生干脆經(jīng)濟(jì)效益2000萬元。航天員科研訓(xùn)練中心信息編碼、信息區(qū)塊、感知分層、眼動追蹤2015.4-至今蔣婷項目探討成果運用于載人航空工程二期項目中，推動了我國載人航天事業(yè)發(fā)展。七、曾獲科技嘉獎狀況：無八、主要完成人狀況：完成人1：姓名：薛澄岐職稱：教授，單位：東南高校排名：1曾獲國家科技嘉獎狀況：無對本項目技術(shù)創(chuàng)建性貢獻(xiàn)：項目總負(fù)責(zé)人，主持完成了整個項目，是整個項目探討框架和技術(shù)實施的制定者，對4個創(chuàng)新點均做出了突出貢獻(xiàn)。項目完成人帶領(lǐng)整個探討團(tuán)隊，基于生態(tài)界面理論，構(gòu)建了困難信息系統(tǒng)信息流結(jié)構(gòu)模型；探究了界面信息和視覺認(rèn)知間的映射關(guān)系；提出了將高時空辨別率的腦成像技術(shù)與眼球追蹤技術(shù)相結(jié)合，并對困難信息系統(tǒng)人機(jī)交互進(jìn)行可用性評估的理念，并提出了系統(tǒng)性的人機(jī)界面可用性量化評估方法與指標(biāo)體系。完成人在該項技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣工作中，投入的工作量占本人工作總量的70%。完成人2：姓名：魯愛國職稱：高級工程師，單位：中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇九探討所排名：2曾獲國家科技嘉獎狀況：無對本項目技術(shù)創(chuàng)建性貢獻(xiàn)：項目完成人對創(chuàng)新點1和2作出了貢獻(xiàn)。完成人對數(shù)字界面信息進(jìn)行層次關(guān)系分析，并依據(jù)分析結(jié)果對困難信息系統(tǒng)數(shù)字界面進(jìn)行設(shè)計；完成了對困難信息系統(tǒng)人機(jī)界面界面布局的優(yōu)化設(shè)計，建立了以操作者為中心的數(shù)字界面信息組織模型；對整個軟件的人機(jī)交互和操作行為模式作了深化分析和探討，提出了提升裝備系統(tǒng)性能的高效交互模式和實現(xiàn)技術(shù)。完成人在該項技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣工作中，投入的工作量占本人工作總量的50%。完成人3：姓名：王海燕職稱：副教授，單位：東南高校排名：3曾獲國家科技嘉獎狀況：無對本項目技術(shù)創(chuàng)建性貢獻(xiàn)：項目完成人參加整個項目工作，對創(chuàng)新點1-4做出了貢獻(xiàn)。項目完成人提出了信息區(qū)塊可視化方法，并通過確定信息功能區(qū)塊的屬性維度和性狀特征，實現(xiàn)了對困難信息系統(tǒng)人機(jī)界面功能區(qū)塊的具象可視化；基于腦電ERP與眼球追蹤技術(shù)對界面布局方法綻開試驗，并揭示了個認(rèn)知階段的腦機(jī)制特征，對于揭示認(rèn)知生理根源特性做出了重要貢獻(xiàn)。完成人在該項技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣工作中，投入的工作量占本人工作總量的60%。完成人4：姓名：劉英職稱：高級工程師，單位：中國電子科技集團(tuán)公司第五十四探討所排名：4曾獲國家科技嘉獎狀況：無對本項目技術(shù)創(chuàng)建性貢獻(xiàn)：項目完成人對創(chuàng)新點1和2作出了貢獻(xiàn)。完成人負(fù)責(zé)對困難軟件系統(tǒng)操作進(jìn)行分析，設(shè)計軟件操作流程，提出軟件界面設(shè)計方案；針對不同數(shù)字界面元素編碼格式，采納最優(yōu)界面刷新技術(shù)，對不同界面刷新顯示技術(shù)進(jìn)行試驗；對軟件界面視覺信息層次架構(gòu)、人機(jī)交互方式、信息元素編碼、空間布局等影響操作人員行為和認(rèn)知的關(guān)鍵要素進(jìn)行分析與設(shè)計。完成人在該項技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣工作中，投入的工作量占本人工作總量的50%。完成人5：姓名：牛亞峰職稱：講師，單位：東南高校排名：5曾獲國家科技嘉獎狀況：無對本項目技術(shù)創(chuàng)建性貢獻(xiàn)：項目完成人，對創(chuàng)新點3和4作出了貢獻(xiàn)。完成人基于腦電ERP技術(shù)，構(gòu)建了“行為—生理反應(yīng)—信息認(rèn)知時空特征屬性”映射模型；通過“設(shè)計-認(rèn)知”要素之間平衡機(jī)制構(gòu)建，提升了困難信息系統(tǒng)人機(jī)界面交互性能，提高了操作績效；提出了信息區(qū)塊布局方案的生成計算及選優(yōu)計算方法；運用灰色關(guān)聯(lián)分析探討生成方案的優(yōu)勢次序，進(jìn)行方案優(yōu)劣選擇。完成人在該項技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣工作中，投入的工作量占本人工作總量的50%。完成人6：姓名：周蕾職稱：講師，單位：東南高校排名：6曾獲國家科技嘉獎狀況：無對本項目技術(shù)創(chuàng)建性貢獻(xiàn)：項目完成人對創(chuàng)新點2和4作出了貢獻(xiàn)。完成人構(gòu)建了界面設(shè)計布局規(guī)劃的4大形式法則和12項計算指標(biāo)，并以此為基礎(chǔ)對局部信息布局規(guī)劃進(jìn)行實證檢驗，提出了界面布局規(guī)劃的定量分類評估方法；建立了界面信息規(guī)劃計算原型系統(tǒng)，實現(xiàn)了對設(shè)計的分析與優(yōu)化；解決了界面規(guī)劃關(guān)鍵性指標(biāo)提取的問題，并構(gòu)建了面對困難信息系統(tǒng)人機(jī)交互界面的美度計算體系。完成人在該項技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣工作中，投入的工作量占本人工作總量的50%。完成人7：姓名：汪海波職稱：副教授，學(xué)校：東南高校排名：7曾獲國家科技嘉獎狀況：無對本項目技術(shù)創(chuàng)建性貢獻(xiàn)：項目完成人，對創(chuàng)新點1和4作出了貢獻(xiàn)。完成人以信息加工理論為基礎(chǔ)，從留意認(rèn)知資源和工作記憶認(rèn)知容量有限性的角度構(gòu)建認(rèn)知負(fù)荷模型，推演出認(rèn)知負(fù)荷的生成機(jī)制和有效限制策略；在分析態(tài)勢感知信息加工模型、動態(tài)決策模型和信息處理鏈模型的基礎(chǔ)上，總結(jié)數(shù)字界面信息設(shè)計與態(tài)勢感知關(guān)聯(lián)的人因因素；探究了數(shù)字界面信息實體屬性符號化編碼、信息關(guān)聯(lián)屬性結(jié)構(gòu)化編碼和信息整體學(xué)問化編碼方法，提出了數(shù)字界面信息設(shè)計評價模型。完成人在該項技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用推廣工作中，投入的工作量占本人工作總量的50%。完成人8：姓名：李晶職稱：講師，學(xué)校：東南高校排名：8曾獲國家科技嘉獎狀況：無對本項目技術(shù)創(chuàng)建性貢獻(xiàn)：項目完成人對創(chuàng)新點2和4作出了貢獻(xiàn)。完成人綜合系統(tǒng)設(shè)計、以活動為中心的設(shè)計、感知分層以及感知次序編碼理論方法，構(gòu)建了人機(jī)界面的信息編碼層次結(jié)構(gòu)，提出了均衡認(rèn)知負(fù)荷的編碼原則和方法