深度態勢感知就是認知資源的自適應供給。單靠符號計算不能提供智能，更準確地說，它不能提供意向性。

摘要

當前的團隊訓練中，使用較多的是從團隊心理建設層面出發的團隊訓練法，而較少的從人因工程的角度考察團隊在完成具體任務中的表現與可能出現的失誤以及原因。雖然團隊情景意識的概念很早被提出，但是目前并沒有公認的、可操作性強的團隊情景意識的概念模型，團隊情景意識的維度與關鍵影響因素仍不清晰，因此，建立一個適用于小人數團體的團隊情景意識十分重要。

本研究基于個體情景意識與共享情景意識的模型和分布式團隊情景意識模型，參照切克蘭德方法論，運用解釋結構模型建立了團隊情景意識的結構模型，提出了矩陣式團隊情景意識概念模型。它的特點在于增加了機在團隊情景意識中的貢獻，并且定義團隊中任務分配的最小單元不再局限于一個自然人、一個機器或是一個人機組合，而把它延伸到某個時間某種能力下的某個團隊個體或其它組合。減少團隊之間存在“返回現象”的交互。并且嘗試建立適應團隊情景意識的人機交互模式和矩陣式任務分配機制。

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關鍵詞：團隊、情景意識、人機交互、矩陣式

第一章 緒論

1.1課題研究背景及意義

中國載人航天事業的快速發展使得更多的任務需要兩人甚至多人合作完成。人因工程在團隊成功完成任務的過程中起著十分重要的作用，當前的團隊訓練中，使用較多的是從團隊心理建設層面出發的團隊訓練法，注重的是團隊成員之間信任、交流、契合度等培養，而較少的從人因工程的角度考察團隊在完成具體任務中的表現與可能出現的失誤以及原因。雖然團隊情景意識的概念很早被提出，但是目前并沒有公認的、可操作性強的團隊情景意識的概念模型，團隊情景意識的維度與關鍵影響因素仍不清晰，針對團隊情景意識的研究較為缺乏，同時較為零散，總結分析的難度較大。因此，建立一個適用于小人數團體的團隊情景意識十分重要。

1.2情景意識研究現狀

情景意識的概念最早出現在航空領域中，是為了描述飛行員對于作戰飛行過程的理解狀態^[10]。隨著科技的不斷進步，越來越多的復雜系統需要人們進行操作已完成特定的任務，而情景意識也被越來越多的研究者作為人因學的一個重要概念進行了諸多研究。

在情景意識研究的早期，不同的學者有著不同的定義，其中Dominquez（1994）將情景意識定義為“一種個體化的、通過從環境中持續的抽取信息并且結合之前的知識與經驗而發展出的一個連續的心智圖像（mental picture），且利用這個圖像對未來的事件進行感知與預測”。Fracker（1991）對情景意識的定義則是“一種工作記憶中已有知識與環境中新信息的整合，是形成對情景未來發展的預測以及將要采取的行動的綜合”。Smith與Hancock（1995）則從人機系統的角度出發，將情景意識定義為“人機系統中能夠不斷的產生系統完成績效所需要的瞬時知識與行為的不變量”，將個體的知識與環境狀態之間的差異看作是指導情景評價行為與從環境中獲取所需信息的來源^[9]。從這些定義中可以看出，不同學者對情景意識的關注點并不相同。而Endsley（1995）則從信息加工理論出發，利用信息獲取、加工、輸出的三階段模型，將情景意識描述為“操作者對當前環境中的關鍵因素進行知覺、對其重要的意義進行理解并且對后續的狀態進行預測”的過程^[2]。Endsley將情景意識的過程分為了覺知—理解—預測三個階段，可操作性強，也更加的直觀，因此以她的定義最為大家所接受^[6]。

相比于定義，概念模型能夠更加詳細且直觀的描述某一認知結構的組成成分及其相互關系，研究者可據此展開相應的測量方法與應用研究。因此，在情景意識的研究中，除了定義之外，研究者們針對情景意識的概念模型也提出了不同的觀點。Smith和Hancock（1995）在Niesser知覺環模型的基礎上，從情景意識的動態性出發，提出了情景意識知覺環動態模型（圖1-1）。在他們的模型中，人機系統中的環境信息（Environment Information）、認知圖式（Schema of Present Environment）與知覺探索（PerceptualExploration）三者共同構成了一個動態的環路。其中環境信息能夠改變（modifies）認知圖式，而認知圖式則引導（direct）知覺探索行為，知覺探索行為又能夠獲取（samples）新的環境信息，三者構成一個閉合回路，而情景意識就是這個過程中處于中心的常量（invariant），將環境信息、認知圖式和知覺探索聯結起來^[9]。這個模型雖然強調了情景意識的動態性與在人機中的重要作用，但是它在實際操作中難以應用，也無法對情景意識進行一個量化的測量^[10]，因此并沒有廣泛的采用。但是它強調的情景意識的動態觀點，是研究者們非常關注的。

除了知覺環模型之外，Endsley（1995）在自己對情景意識定義的基礎上提出了情景意識的信息加工三階段模型。在她的模型中，除了情景意識本身“覺知—理解—預測”的三階段之外，還包括了情景意識與長時記憶、圖式、工作記憶等其他認知過程的交互。在這個模型中，基于過去的經驗以及知識而發展出的心智模型是發展和保持情景意識的關鍵要素。心智模型引導著操作員從環境中獲取情景意識所需要的關鍵信息，并且結合過去的訓練與經驗理解這些信息，進而對未來可能發生的情況進行一定的模擬與行動。由于心智模型的概念也存有一定的爭議，本身沒有很好的理解，因此對這個模型有一定的批評聲音。但是由于這個模型可操作性強，能夠指導研究者針對不同的階段進行情景意識的測量與訓練，因此也是最為廣泛接受的模型^[9]。

圖1- 2 Endsley的信息加工模型（引用自Endsley 1995）

1.3?團隊情景意識研究現狀

1.3.1團隊情景意識的定義與影響因素

作為現代社會中人們進行工作的基礎單位，團隊的重要性越來越受到人們的重視。以往的針對團隊的研究中較多的是團隊心理學層面的團隊建設、領導力研究、溝通、沖突等方面的內容，較少的從人因學的角度出發，對團隊績效、團隊內個體之間的有效溝通、團隊與環境的交互等方面進行研究。情景意識的研究者將個體情景意識的概念延伸開去，指出團隊情景意識是團隊的人因學研究中重要的概念與領域。但是由于團隊本身的復雜性，針對團隊的情景意識研究目前仍然存在一個較為初級的階段。雖然Endsley等人（2001）在提出三階段的模型中就指出了團隊情景意識與個體情景意識不同的地方^[24]，但是目前仍然沒有一個大家公認的團隊情景意識的定義。不同的學者從各個方面針對團隊情景意識進行探討。

Salas（2005）作為團隊情景意識的早期研究者之一，針對團隊進行了一個定義，他將團隊定義為“由兩個或者兩個以上個體組成的、利用多種信息源完成同一個目標的組合”。在1995年的文章中，Salas（1995）提出團隊情景意識應當包括兩個方面，一個是團隊中個體的情景意識，而另一個則是團隊過程（team processes）^[25]。在他的定義中，團隊情景意識的關鍵是團隊成員之間的溝通。依照Endsley的個體三階段情景意識模型，成員之間的溝通與信息交流能夠在各個層面對團隊情景意識產生重要的影響。在基礎上，他提出團隊情景意識應當是“特定時刻團隊成員之間對當前情景的共享認知”，并且認為團隊情景意識來源于“個體先驗存在的相關知識與預期、從環境中得到的信息以及包括注意分配、覺知、數據提取、理解以及預期等認知技巧的交互”。他強調了團隊過程以及溝通對團隊情景意識的重要影響。

除了Salas之外，Nofi（2000）則將團隊情景意識定義為“對特定情景的共享覺知”，Perla（2000）將其定義為“在特定情景下團隊所有人以同樣的方式對當前環境的理解”，Sotout（2006）則認為團隊情景意識包含了團隊中個體的情景意識以及不同成員之間共享的理解。Wellens（1993）將其定義為“在兩個或者多個個體之間共享的對當前環境的中的時間、意義以及對未來預測的共同觀點”^[9]。這些定義與Endsley對團隊情景意識的定義都著重強調了團隊成員之間“共享的”“共同的”部分。Endsley（2001）在對團隊情景意識的探討中將其定義為個體的SA與成員之間共享的SA的綜合^[24]。與Endsley對個體情景意識的定義不同的是，目前的這些定義雖然從概念的角度闡釋了團隊情景意識，但是可操作性不強，無法對團隊情景意識的實際研究有具體的指導意義。

Shu等人（2005）則根據前人的定義結合自己的理解，提出了團隊情景意識是基于個體的情景意識與交互情景意識（mutual awareness，指A個體對B個體的情景意識以及對B個體對自己情景意識覺知水平的覺知）的覺知兩個部分^[26]。他們通過概念分析、概念符號化以及公式推導等方式給出了一個團隊情景意識的建立過程，這個過程較為復雜。除此之外他們還研究了影響團隊情景意識的幾個因素，包括共享信息顯示、溝通交流、共同的知識基礎、角色分配等。與前人的定義相比，Shu等人的定義更加具有可操作性，并且方便在實驗中發展出針對性的測量。

除了關注團隊的個體、團隊過程、共享情景等概念之外，Garbis（1998）等人以分布式認知（Distributed Cognition）為基礎，提出了關注團隊中的連接與整體的分布式團隊情景意識的觀點（Distributed Team Situation Awareness）^[27]。Stanton（2006）認為團隊情景意識不存在于個體的層面，因為對于團隊來說，情景意識是一種“在系統中特定時間與特定任務下的動態的知識”^[28]。在這種觀點下，情景意識不僅僅存在于團隊的個體上，而且包括了團隊中使用的各種信息采集與信息溝通的設備之中。這個觀點與Endsley等人定義的團隊情景意識的觀點有著很大的區別，也是團隊情景意識研究中不可忽視的一個流派。由于該定義的可操作性較差，因此目前并沒有針對其影響因素的研究；但是從他們的定義中可以發現溝通是團隊情景意識的重要影響因素。

1.3.2 團隊情景意識的模型

在團隊情景意識定義的基礎上，不同的學者提出了不同的情景意識模型。根據上文所述，Endsley（2001）在2001年的文章中就對團隊情景意識進行了一定的分析，指出團隊情景意識除了依賴于個體水平的情景意識之外，還有屬于團隊的獨特的過程^[24]。而Salas（1995）等人也指出團隊情景意識絕對不簡單是個體情景意識水平的加和，并且對早期的研究進行了總結^[25]。雖然不同學者針對團隊情景意識的定義較多，但是總體而言概念模型主要有以下兩個：

（1） 基于個體情景意識與共享情景意識的模型

對于團隊來說，個體作為組成團隊的基本單位有著重要的作用；而團隊本身也依賴與個體之間的溝通與交流，因此團隊可以被看作是個體以及個體與個體溝通交流的整體（圖1-3）。從這個角度出發，Endsley（2001）提出團隊情景意識包含了個體的情景意識以及由溝通帶來的個體之間的情景意識的共享，即每個成員所共有的情景意識^[9,24]。

對于個體而言，只需要了解自己行為的目標與操作關鍵因素即可，但是對于團隊而言，成員需要了解團隊的目標以及在協作的過程中對于其他成員情景意識的了解與合作。Salas（1995）等人也是基于此而提出了基于個體情景意識與共同情景意識的模型，即由團隊過程中的溝通，共享信息，團隊共同目標和角色分配等過程形成的每個團隊成員擁有的情景意識^[25]。而結合信息加工模型，團隊情景意識除了擁有空間上不同成員之間的分布外，而需要成員在團隊過程的特定時間節點下，對當前環境和團隊狀況的共同的意識。這個模型能夠較好的反映團隊情景意識中個體獨有和與其他人共享的兩部分的組成。

在這個模型的基礎上，Shu等人（2005）提出了基于個體的情景意識與交互情景意識（Mutual Situation Awareness）的模型，其中交互情景意識是指團隊成員對團隊其他成員情景意識水平的了解以及對團隊其他成員對自己情景意識水平了解程度的信心^[26]。這個模型可操作性強，但是缺點同樣明顯，他們的模型在兩人團隊中就顯得較為復雜，三人團隊中的交互情景意識（Mutual Awareness）的定義與測量更加復雜；同時這個定義只包含了個體層面的結構，對團隊層面的描述與分析較少。但是這個模型仍然具有很強的啟發性，后來被很多研究者所借鑒^[29]。

（2）分布式團隊情景意識模型

除了以上模型之外，分布式團隊情景意識模型的來源則是分布式認知理論，即在團隊過程中將不同的個體和參與的設備都看作是一個個小單位，而這些單位之間匯聚起來的加工過程和加工模式是團隊的本質（圖1-4）。分布式團隊情景意識的概念也同樣是如此，Garbis等人（1998）提出這個模型并不是從個體成員之間的共享情景意識或者共有的情景意識出發，而是從整個團隊的角度出發，認為團隊情景意識應當是不同成員的情景意識溝通匯聚的結果^[27]。Stanton等人（2006）對分布式團隊情景意識模型進行了較為詳細的總結，他們認為團隊情景意識的重點是團隊的溝通交流上，認為這種溝通和交流才帶來了團隊情景意識。團隊作為一個更高層面的有機體，它擁有獨立于個體情景意識之外的、依賴但有高于個體層面的情景意識，個體情景意識的覺知—理解—預測模型也同樣可以用于分布式團隊情景意識的理解中。

Endsley的模型認為這種過程僅僅是依賴個體、存在于個體之中，個體之間共享的情景意識也是個體情景意識的一部分。對于分布式團隊情景意識來說，將團隊看作一個有機的整體，因此團隊層面有它的獨立的感知—理解—預測的過程，只不過在每個過程中都是團隊的小單位在工作。例如對于一個消防團隊來說，前方的傳感器和火情觀察員是團隊的感知單位，而對于火情消防員來說他有基于自身任務的三階段模型；而消防團隊的隊長或者指揮則肩負著對于火情的理解以及根據自己的知識做出合理預測的任務。因此從整個團隊的角度來說，指揮員是處于理解和預測階段的^[28]。

分布式團隊情景意識的核心是根據團隊對信息處理的過程，將團隊層面的任務分配到不同的團隊個體中，因此可能會出現團隊的傳感器等非人類單位也會參與到團隊情景意識模型中的現象。在模型中的表現就是不僅僅有團隊中的個體處于模型中，團隊中的非個體也在模型中。同時不僅僅個體與個體之間存在溝通，個體與非個體之間也存在溝通，甚至非個體與非個體之間也存在溝通。團隊情景意識受到這三種溝通的影響。與Endsley等人的團隊情景意識模型相比較，該模型具有較強的獨立性。

比較來看，Endsley的模型適用小規模以及中等規模的團隊，在這兩個規模的團隊中，成員之間情景意識還存有較大的重疊以及共享的部分，但是對大型團隊來說就不太實用，在大型團隊中完全可能出現兩個成員之間的情景意識沒有也沒必要有重疊部分的現象；對于大型團隊來說，分布式團隊情景意識模型能夠較好的進行分析，可以根據團隊中每個個體角色的不同進行歸類，并且畫出相應的連接網。但是同樣的，該模型對于人數較少的團隊來說就不太適用了，因為可能會出現將同一個個體歸結到三階段模型的不同的階段的現象，這個時候Endsley的模型能夠更加準確也更加簡潔的描述團隊情景意識。

1.4論文主要內容安排

論文的主要章節安排：第一章：介紹情景意識的相關概念以及團隊情景意識的研究現狀，同時介紹此研究的意義；第二章：建立團隊情景意識的概念模型，在此基礎上簡歷概念模型；第三章：針對團隊情景意識建立適當的人機交互模型并實現矩陣式任務分配；第四章：采用CPLEX軟件進行矩陣式任務分配機制的建模；第五章：指出研究中存在的不足和改進方法，對研究做出總結。

總結

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