基于认知负荷的人机界面综合评价方法——以森林消防指挥车显控台为例

摘要

【目的】显控台人机界面在复杂任务环境中普遍存在信息层级冗余和视觉搜索效率低等问题，导致操作员认知负荷过载，严重影响任务执行效率和操作安全性。针对这一现状，本研究提出一种基于认知负荷理论的主客观融合赋权综合评价方法，旨在通过优化显控台界面布局与信息呈现方式，降低操作员外在认知负荷，提升交互效率与任务执行效能，为复杂人机界面设计提供普适性方法论支持。【方法】为实现上述目标，本研究基于认知负荷理论与工效学原则，构建包含界面复杂度、视觉搜索效率、可达域覆盖率的多维评价体系。采用BWM法确定主观权重，并结合熵权法计算客观权重，通过主客观融合赋权模型融合主客观指标，运用模糊综合评价法对界面性能进行综合评价。通过Jack软件仿真分析显控台的可达域与可视域，并结合眼动实验、NASA-TLX量表及任务绩效进行多维数据验证优化效果。实验以12名男性被试为对象，设计11项模拟任务，对比优化前后界面性能差异。【结果】优化后的界面显著提升了任务效率和准确性：主任务完成时间缩短至（122.42±17.23）s，任务正确率提升至（95.45±8.23）%。眼动实验分析表明，注视次数从69.44±12.35减少至56.24±12.71，瞳孔扩张值从（4.03±0.23）px降低至（3.81±0.28）px。此外，NASA-TLX评分显著下降至42.61±4.54，模糊综合评分从62.51升至78.10。这些结果直观地展示了优化设计在降低认知负荷和提升任务效率方面的显著成效。【结论】本研究通过实验验证了主客观融合赋权方法的有效性。该方法通过主客观权重融合与模糊逻辑分析，有效降低了操作员的外在认知负荷，并显著提升了任务效率，为高负荷作业场景下的人机界面优化设计提供了兼具科学性与适应性的方法论支持。

关键词

人机界面 / 认知负荷 / 多维评价 / 仿真 / 眼动实验 / 视觉搜索 / 显控台 / 森林消防指挥车