虚拟注释对施工机械遥操作表现的影响 ——以挖掘机为例

作     者：洪子锐 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏星

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：施工机械遥操作 虚拟注释 情景意识 认知负担 不利视线 

摘      要：随着我国经济的快速发展,建设需求逐渐多样化,极端施工环境下作业给施工安全带来挑战。传统机械施工方式下,施工机械操作员的人身安全受到直接威胁。施工机械遥操作（teleoperation）是施工自动化发展过程中应对极端危险环境中的施工危险的有效手段,但其间接的环境感知方式在不利视线条件影响下限制了操作员情景意识（Situational Awareness）的形成,阻碍了施工机械遥操作的广泛应用。而虚拟注释作为一种易于理解的信息呈现形式,具有提升操作员的情景意识和操作表现的潜在能力,因此探究虚拟注释对于施工机械遥操作的影响具有理论意义和现实价值。为研究人在施工机械遥操作中对虚拟注释的反应,本文首先从人的认知心理角度分析了注意力、认知负担、SpA、虚拟注释设计等因素对信息整合处理的影响,提出相关认知模型。其次,基于UML建模对实验系统进行了需求分析和系统设计,利用Unity3D平台进行实验系统开发,为实验验证打下基础。最后,通过模拟实验设计将被试分为实验组（有虚拟注释辅助）和控制组（无虚拟注释辅助）在不同视线条件下进行操作实验,利用统计方法对实验数据进行对比分析并讨论了虚拟注释的实验影响效果。实验结果显示不利视线条件下实验组相比控制组的操作碰撞数显著更少,主要减少的碰撞发生在驾驶舱右侧盲区,但是任务完成时间显著增加且后部碰撞有增多趋势。结果表明正确设计的虚拟注释能有效在不利视线条件下帮助操作员整合多源信息,克服视觉感知限制并减少操作碰撞。其中一些负面结果可能来源于操作中的基础视角的形成和虚拟注释应用带来的认知负担,相关推论需要未来研究进一步探究。