Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм»




НазваниеОтчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм»
страница1/5
Дата01.10.2012
Размер0.9 Mb.
ТипОтчет
  1   2   3   4   5



Российская академия образования

Институт информатизации образования


Нестационарные алгоритмы реализации приближенных методов решения дифференциальных уравнений для описания действий оператора ПЭВМ в человеко-машинных системах


Методическое пособие для системы повышения квалификации и переподготовки руководителей и преподавателей вузов


Промежуточный отчет по теме

«Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей ПЭВМ»

(01200116499)


(Комплексная программа «Информационные и коммуникационные технологии в общем, профессиональном и дополнительном образовании»

Плана важнейших исследований РАО на 2006 год)


Москва 2006


Аннотация


Рассмотрены вопросы исследования и разработки нестационарных алгоритмов действий оператора ПЭВМ в эргатических системах с использованием приближенных методов решения дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами n-го порядка. Работа оператора ПЭВМ рассматривается как частный случай систем «человек–машина». Приведены особенности содержания и структуры человеко-машинных нестационарных систем (ЧМНС) для различного класса систем «человек–машина». Человеко-машинные системы (ЧМС) ряд авторов рассматривают как эргатические системы, однако это не отражается на математическом описании и моделировании динамических процессов в этих системах.

Проведено исследование возможностей автоматизированного проектирования эргатических систем, рассмотрены особенности индивидуальных психофизиологических и динамических характеристик оператора ПЭВМ, выполнен анализ возможностей рассмотрения человека как кибернетической системы, проведено предварительное исследование некоторых нестационарных явлений в звене «человек–машина», рассмотрена возможность применения приближенного метода решения дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами применительно к эргатическим системам удаленного управления, рассмотрены некоторые алгоритмы описания действий оператора при управлении различными объектами.

Информационные и автоматизированные системы удаленного управления с использованием сети Интернет, имеющие в своем составе операторов и группы операторов, относятся к классу систем автоматизированного проектирования эргатических систем (САПРЭС). В настоящее время практически отсутствуют методы и средства для построения класса САПРЭС, для исследования которых проведено исследование и выполнена разработка алгоритмов и моделей деятельности человека. Для анализа работы оператора индивидуальные психофизиологические характеристики определяются в результате тестирования. По результатам тестирования определяется психофизиологический портрет, который можно рассматривать как набор статических характеристик.

Человека можно представить как кибернетическую систему [48], структура которой показана на рис. 0.1.





Рис. 0.1. Структура кибернетической системы

Смысл функционирования системы состоит в осуществлении такого кругооборота информации и с таким ритмом, которые необходимы для нормального действия объекта: управляющие воздействия выдаются на объект управления по каналу прямой связи, результаты зтого воздействия воспринимаются специальной системой датчиков и передаются в управляющую систему по каналу обратной связи, переданные данные вместе с ранее накопленной информацией преобразуются управляющей системой в новые управляющие воздействия, после чего процесс обмена инфopмaцией продолжается.

Динамические характеристики человека определяются путем составления и решения дифференциальных уравнений и последующего анализа качества переходных процессов.

Результат исследования имеет практическое применение в виде методических рекомендации для пользователей эргатических систем, которые включают некоторые модели работы оператора и технологию исследования характеристик человека.

Некоторые результаты исследования использовались в техническом университете преподавателями при составлении технических заданий и выполнении курсовых проектов по дисциплинам «Системное программирование», «Базы данных», «Распределенные системы обработки информации», «Информатика», а также при выполнении дипломных проектов бакалавров, магистров, инженеров и при руководстве ими со стороны преподавателей.

На основании полученных результатов студентами старших курсов выполнялись исследования по программам НИРС с использованием WEB-технологий и сайта для дистанционного управления ЧМС.

Автором отчета является Л.Н. Пученков, к.т.н., доцент кафедры «Программное обеспечение ЭВМ и информационные технологии» МГТУ им. Баумана.

Научные руководители работы – академик РАО Э.А. Манушин и Л.Н. Пученков.


Обозначения и сокращения

АОК – автоматизированный обучающий курс

АОС – автоматизированная обучающая система

АСУП – автоматизированная система управления предприятием

БД – база данных

Браузер – программа для просмотра HTML

ДК – дистанционный курс

ДО – дистанционное обучение

Домен – область определения значений одного или нескольких атрибутов отношений

Интерфейс – совокупность средств и правил, обеспечивающих взаимодействие устройств вычислительной системы и программ

ИПК – институт повышения квалификации специалистов

ИТДДО – информационная технология дифференцированного дистанционного обучения

ИТДО – информационная технология дистанционного обучения

ИТО – информационная технология обучения

Клиент – рабочая станция вычислительной сети

ЛВС – локальная вычислительная сеть

НЛС – нестационарная линейная система

ПЗУ – постоянное запоминающее устройство

ПФ – передаточная функция

САПР – система автоматизированного проектирования

САУ – система автоматического управления

СДО – система удаленного дифференцированного обучения

Сервер – служебное устройство, т.е. ЭВМ, выполняющая определенные функции

обслуживания пользователей, специальная виртуальная ЭВМ

СЛС – стационарная линейная система

СЧМС – система «человек–машина–среда»

ЧМНС – человеко-машинная нестационарная система

ЧМС – человеко-машинная система

COM (Component Object Model) – архитектура распределенных объектов

DCOM – протокол для реализации распределенной версии COM

E-mail – электронная почта

TCP/IP – протокол передачи данных в сети Internet/Ethernet


Содержание








Стр.




Аннотация

2




Обозначения и сокращения

4




Содержание

5




Введение

6

1.

Нестационарные человеко-машинные системы

9

1.1.

Анализ и сравнительные характеристики эргатических нестационарных систем управления удаленными пользователями ПЭВМ


9

1.1.1.

Понятие о человеко-машинной (эргатической) системе

9

1.2.

Исследование основных свойств и характеристик обучаемых в эргатических системах


12

1.2.1.

Характеристики систем человека-оператора

12

1.2.2.

Человек как звено эргатической системы

13

1.3.

Психологические характеристики человека

26

1.4.

Информационные характеристики человека-оператора

31

2.

Приближенные методы исследования нестационарных человеко-машинных систем

34

3.

Основные нестационарности в системе «человек-машина»

40

3.1.

Исследование элементов, входящих в модель взаимодействия пользователей через сетевую среду


41

3.2.

Исследование систем передачи информации при диалоге пользователей

45

3.3.

Некоторые закономерности изменения параметров в системе «человек-машина»


48

3.4.

Анализ работоспособности и биологических ритмов человека

57




Список использованных источников

69












Введение


В различных НИИ, организациях, вузах и университетах России и за рубежом разрабатываются и используются информационные человеко-машинные системы и технологии типа «человек–машина» для обучения, исследования и разработки динамики систем «преподаватель–студент», «водитель–автомобиль», «пилот–самолет» и т.п. Применение новых технологий удаленного управления с использованием проводных и беспроводных систем и средств связи на базе локальных и глобальных вычислительных сетей предъявляет повышенные требования к устойчивости, качеству и надежности работы в различных режимах работы системы «человек–машина». В системах удаленного обучения появляется возможность совместной работы одного пользователя с любыми удаленными пользователями, имеющими различные вычислительные мощности, операционные системы и прикладные программы на своих ПК – рабочих местах специалистов. К таким специалистам можно отнести преподавателей, студентов, операторов информационных систем для ввода и редактирования информации, сотрудников и менеджеров фирм, а также экспертов, аналитиков и менеджеров управляющего звена, которые в процессе работы на ПК осваивают новые программные средства, могут выполнять различные диагностические тесты, упражнения и тренировки на тренажерных комплексах. Реализация этих задач обеспечивается соответствующими аппаратными и программными средствами по технологии систем «клиент – сервер» различных уровней. Вместе с тем, не решены многие вопросы проектирования систем «водитель–автомобиль–дорога–среда» с учетом возможностей и ограничений нестационарных характеристик водителя. Уравнения, алгоритмы, модели человека-оператора, как показывают результаты многочисленных исследований, являются нестационарными, что существенно затрудняет проектирование систем такого класса. Практически отсутствуют методы и средства автоматизированного проектирования нестационарных человеко-машинных систем.

Вопросы общей функциональной структуры всей системы человек–машина являются предметом исследований кибернетики. Теоретической базой для решения данных вопросов является организмизм, методологический принцип, требующий целостного подхода к изучению объектов органической природы, один из компонентов системного подхода. В данном случае этот принцип служит для объединения в единое целое основных положений теории управления и теории живых организмов. Используемый термин «машина» представляет собой обобщенное понятие управляемого физического процесса, описываемого дифференциальными и другими математическими уравнениями.

Биологическая система (биосистема) – это сложная система, обладающая рядом специфических черт: способностью расти, размножаться, реагировать на внешние воздействия и изменяться. Она обладает способностью воспринимать, хранить и перерабатывать информацию, вырабатывать сложные реакции в ответ на внешние воздействия. Живые системы являются открытыми, для которых характерны две стороны их функционирования. Одна из них – это процессы получения, накопления, передачи и использования веществ, энергии и информации. Эти процессы обеспечивают возможность сохранения структуры, рост и выполнение всех специфических функций биологической системы. Другая сторона функционирования, связанная с управлением, включает восприятие, хранение, переработку и использование информации.




Рис. 0.1. Схема потока энергии и информации в организме (по Т. Уотермену)


На рис. 1.1. показана схема потоков энергии и информации в организме животного. Энергетическая часть организма обозначена как метаболическая система, а управляющая часть содержит три блока – генетическое управление, физиологическое управление и эффекторы (конечные элементы рефлекторной дуги, изменения состояния которых служат показателем осуществления рефлекса).

Структура организма поддерживается механизмами генетического управления. Получая от остальных систем энергию и информацию, генетическая система управляет процессами синтеза необходимых веществ и поддерживает жизнедеятельность остальных систем организма. Процессы в генетической части протекают достаточно медленно, для нее характерны долгие интервалы времени, связанные с процессами роста, становления организма и его старения, процессами регенерации тканей и др.

Поведенческие реакции организма осуществляются системой физиологического управления. Процессы в физиологических системах управления организма протекают значительно быстрее, чем в генетической, поэтому генетическая система образует структуру биосистемы, в то время как быстрые поведенческие и физиологические процессы определяют ее функцию. Организация живого представляет собой единство структуры и функции – устойчивости и подвижности. «То, что называется структурой, является медленным процессом большой продолжительности; то, что называют функцией, является быстрыми процессами короткой продолжительности» [3]. Таким образом, само строение биосистемы отражает две главнейшие ее характеристики – процессы обмена веществ (открытый характер живых систем) и процессы управления.

Для создания эффективной обучающей системы необходимо провести исследование проблемы, исследовать существующие и предложить новые технологии, с помощью которых можно проектировать процесс обучения и добиться его эффективности.

В настоящее время не существует ни одной программной системы, которая бы позволяла с использованием различных научных знаний, например, теории проектирования сложных систем управления, проектировать и моделировать нестационарные системы дистанционного обучения (СДО). На практике не описаны системы автоматизированного проектирования систем дистанционного обучения (САПР СДО), поскольку чрезвычайно сложно составить достоверную модель удаленного взаимодействия обучаемого (фактически модель действий человека) со средой обучения. Поэтому в данном отчете рассматривается разработка методов и средств исследования СДО как человеко-машинной системы, которые затем используются для построения и проверки модели взаимодействия обучаемого с автоматизированным обучающим курсом (АОК). Фактически это первый шаг, необходимый для создания САПР СДО.

Для достижения поставленной цели был создан ряд инструментальных средств, позволяющих проводить построение и расчёт различных моделей взаимодействий пользователя с обучающей средой, проводить анализ результатов моделирования. Авторским научным коллективом был разработан АОК СДО asnuk.bmstu.ru для изучения среды программирования Delphi 7, состоящий из 67 параграфов, а также списка вопросов к нему. Собрана статистика изучения этого курса студентами и проведено исследование соответствия полученных данных математической модели.

В работе используются методы и средства теории автоматического управления для проектирования и исследования нестационарной информационной модели взаимодействия пользователя с системой удаленного обучения.


1. Нестационарные человеко-машинные системы


1.1. Анализ и сравнительные характеристики эргатических нестационарных систем управления удаленными пользователями ПЭВМ


1.1.1. Понятие о человеко-машинной (эргатической) системе

На определенном этапе развития для удовлетворения всё возрастающих материальных и духовных потребностей человек начинает создавать искусственные орудия труда – «машины». Получив в свое распоряжение огромные запасы энергии, новую технику и технологии, он неузнаваемо изменил свою жизнь, но вместе с тем оказался перед сложнейшей задачей – обеспечить эффективное, устойчивое и безопасное управление этой техникой.

Система «человек–машина–среда» (СЧМС) представляет собой сложную многофункциональную систему, включающую неживую, живую материю и общество.

Структура СЧМС состоит из:

машины (М) – всего того, что искусственно создано руками человека для удовлетворения своих потребностей (технические устройства, информационное обеспечение и т.д.);

человека (Ч) – человека-оператора, который при взаимодействии с машиной выполняет определенные функции управления для достижения поставленной цели;

среды, которую условно можно разбить на два вида – окружающую среду (ОС) и социальную среду (СС). Окружающая среда характеризуется такими основными параметрами, как микроклимат, шум, вибрация, освещенность, запыленность, загазованность и т.д. Социальная среда характеризуется социально-экономическими и политическими отношениями в обществе.

Человек и машина при своем взаимодействии составляют подсистему в рамках СЧМС, которая называется человеко-машинной системой ЧМС.

Основу классификации ЧМС составляют четыре группы признаков [6]:

  1. Целевое назначение системы.

  2. Характеристики человеческого звена.

  3. Тип машинного звена.

  4. Тип взаимодействия компонентов системы.

По целевому назначению ЧМС делятся на:

управляющие, в которых основной задачей человека является управление машиной;

обслуживающие, в которых задачей человека является контроль за состоянием машины;

обучающие – для выработки у человека определенных знаний и навыков;

информационные – для поиска, накопления или получения необходимой информации;

исследовательские – проведение исследований и анализ тех или иных явлений.

По характеристикам человеческого звена ЧМС делятся на:

моносистемы, в состав которых входит один человек;

полисистемы, в состав которых входит коллектив и взаимодействующий с ним комплекс технических устройств.

Полисистемы можно подразделить на паритетные и иерархические (многоуровневые). В паритетных системах между членами коллектива нет подчиненности и приоритетности. В иерархических ЧМС устанавливается организационная или приоритетная иерархия взаимодействия человека с техникой.

Деятельность человека-оператора представляет собой процесс достижения поставленных перед СЧМ целей, состоящий из упорядоченной совокупности выполняемых им действий.

Различают несколько типов операторской деятельности [10]:

оператор-технолог – человек, непосредственно включенный в технологический процесс;

оператор-манипулятор, основная роль деятельности которого – сенсомоторная регуляция (управление манипуляторами, железнодорожным составом и т.д.);

оператор-наблюдатель – классический тип оператора (диспетчер транспортной системы, оператор радиолокационной станции и т.д.);

оператор-исследователь – исследователи любого профиля;

оператор-руководитель – организаторы, руководители различных уровней, лица, принимающие ответственные решения.

По типу машинного звена условно можно выделить два вида признаков:

информационные – машины, обеспечивающие обработку информации и решающие задачи духовного плана;

материальные – машины, обрабатывающие материальные носители.

По типу взаимодействия компонентов системы в ЧМС выделяют два вида:

информационное – взаимодействие, обусловленное передачей информации от машины к человеку;

сенсомоторное – взаимодействие, направленное от человека к машине для выполнения поставленной цели.

Эффективность и устойчивость работы ЧМС зависит от многих составляющих, и в первую очередь от того, как распределены и согласованы функции между человеком и машиной.

Принципы согласования системы «человек-машина» построены на основе инженерно-психологических требований к ЧМС [5]. Эти требования, определяемые характеристиками человека-оператора и машины, учитываются в процессе проектирования, производства и эксплуатации СЧМ и предъявляются к различным ее элементам и системе в целом.

Учет инженерно-психологических требований необходим для рационального распределения функций в ЧМС: организации рабочего места; обеспечения соответствия технических средств возможностям человека по приему и переработке информации и осуществлению управляющих воздействий, оптимальных для работоспособности человека.

Согласование ЧМС начинается с требований и ограничений, которые накладывают характеристики человека-оператора на систему в целом. Задачей согласования ЧМС является подгонка параметров машины под ограниченные возможности человека. Схема взаимодействия человек–ЭВМ показана на рис. 1.1.

В зависимости от вида характеристик человека-оператора различают гигиенические, антропометрические, физиологические и психологические требования.

Гигиенические требования определяют безвредные и безопасные условия жизнедеятельности человека, обусловливают роль среды в СЧМ. Их составляют на основе санитарно-гигиенических нормативов и рекомендаций. Гигиенические требования обеспечивают соблюдение норм освещения, шума, вибрации, микроклимата и ограничивают воздействие вредных и опасных факторов производственной среды.

Антропометрические требования обусловлены антропометрическими характеристиками и свойствами человека: размером, формой человеческого тела и его частей в статике и динамике.

Физиологические требования учитывают энергетические возможности мышечного аппарата человека при эксплуатации техники, определяют силу, быстроту, выносливость и другие физические качества человека.

Психологические требования определяют соответствие ЧМС и ее элементов психологическим особенностям человека. К ним относятся особенности восприятия информации, памяти, мышления человека и закрепления им вновь приобретенных навыков. Психологические требования учитывают возможности участия человека в информационном взаимодействии в ЧМС.





Рис. 1.1. Схема взаимодействия человек—ЭВМ


При конструировании машины необходимо учитывать параметры человека и согласовывать характеристики машины с параметрами человека. Согласование в ЧМС можно разбить на два вида: информационное согласование и сенсомоторное согласование [10].

1.2. Исследование основных свойств и характеристик обучаемых в эргатических системах

1.2.1. Характеристики систем человека-оператора

В данной главе приводится попытка создать своеобразную «модель человека» как объекта исследования. Вопросы моделирования человеческого поведения занимают в психологии очень важное место, а в связи с тем, что моделирование невозможно без достаточного количества исходных данных, возникает вопрос о проведении комплексного обследования человека.

Человека с точки зрения психодиагностики можно представить в виде совокупности различных психофизиологических характеристик, набор которых полностью характеризует человека. Используя количественную оценку этих характеристик по стандартизованной шкале, можно получить определенную оценку, по которой можно проводить различные исследования человека и его поведения в различных ситуациях. Таким образом, эти данные, полученные с помощью психологических тестов и контролирующих систем, можно использовать и при прогнозировании поведения и мышления человека. Это открывает широкие возможности перед современными организациями и общественными институтами.

Данный набор характеристик получен при полном анализе технологии создания различных психологических тестов, психологических учебных материалов, современных публикаций и других материалов.

В зависимости от типа диагностической системы и ее назначения можно выделять различные свойства. Для систем контроля вводятся дополнительные показатели.

Предлагается перечень психофизиологических характеристик, условно разделенных на три части: психологические, физиологические и контролирующие характеристики.

К физиологическим характеристикам отнесены зрение, слух, обоняние, осязание, речь, нервная система. Психологические характеристики – внимание, память, воображение, мышление, темперамент, характер, воля, эмоции, личностные характеристики, мотивация, уровень интеллекта. Показатели для контролирующих систем: уровень знаний, специальные навыки, степень освоения теоретического материала, оценка знаний (обычно по пятибалльной шкале), степень освоения практического материала.

Данный перечень не является полным, но представляет собой перечень наиболее важных и существенных в диагностическом процессе характеристик человека.

При разработке данной структуры были определены тесты, с применением которых проводятся исследования указанных характеристик. Среди самых известных из них – тест «Память», тесты Ганса Юргена Айзенка и Джеймса Кеттелла.

Вопрос о комплексном исследовании человека находит свое решение при использовании данного набора признаков. Результаты данного исследования могут применяться практически в любых областях нашей жизни. В качестве примера можно использовать их для определения профессиональной пригодности или при зачислении в вуз.

1.2.2. Человек как звено эргатической системы

В. Даль в своем «Толковом словаре» дал определение понятия «Человек». В зависимости от степени развития он делит людей на четыре уровня:

первый уровень человек плотский, мертвый, едва отличается от животного;

второй уровень человек чувствительный, природный, признает лишь вещественное и закон гражданский, о вечности не помышляет;

третий уровень – человек духовный, по вере своей в добре и истине; цель его – вечность; закон – совесть, в искусе побеждает;

четвертый уровень человек благодатный, постигает по любви своей веру и истину; цель его – царство божье, закон – духовное чутье, искушение он презирает.

Н. Бердяев дает следующее определение человеку. «Человек – малая Вселенная, микрокосм, по своей природе он – центр бытия. В человеке есть весь состав вселенной, все ее силы и качества, человек – не дробная часть Вселенной, а целая малая Вселенная. Человек – точка пресечения двух миров – материального и духовного. Двойственность человеческой природы заключается в единстве духа и материи. Цель жизни лежит в области духа, а не материи».

Катастрофичность пути человеческой жизни сама по себе есть следствие, а не причина. Это лишь последствие нарушения законов через их неведение или ложное толкование.

Внешний мир по отношению к человеку пассивен. Сам человек своей волей действует на него. Поэтому враждебность или благоприятность какого-либо фактора внешнего мира зависит от самого человека. Он может сделать соприкосновение с этим фактором гармоничным или негармоничным.

Человек – очень сложная информационно-энергетическая система, которая только на несколько процентов состоит из физического тела и на 95% – из информационно-энергетических слоев подсознания [10].

Человек двойственен по своей природе, также как и окружающий мир, он состоит из двух составляющих – материальной (физиологии) и духовной (психологии)

На уровне физиологии человека можно выделить следующие основные блоки (рис.1.2):

зрительный анализатор (ЗА),

слуховой анализатор (СА),

тактильный анализатор (ТА),

коммутатор (К).

Через них осуществляется прием и преобразование входных сигналов во внутренние ощущения человека. Этот уровень решает тактические задачи обеспечения безопасности жизнедеятельности, ориентировки и перемещения человека в окружающем пространстве [10].
Физиология Психология





Рис. 1.2. Информационная модель человека

В качестве основной физиологической характеристики человека рассматриваются его ощущения, которые преобразуют сигналы окружающей среды в количественные и качественные показатели процесса приема и частичной переработки информации человеком, а также управляющие движения, обеспечивающие взаимодействие человека с окружающей средой.

На уровне психологии человека можно выделить следующие блоки (рис.1.2):

оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);

постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

блок принятия решения (БПР).

С их помощью решаются стратегические задачи, определяются цели и направления деятельности человека при минимальном риске, решаются вопросы обеспечения устойчивости и надежности поведения человека в будущем.

К группе наиболее важных психологических характеристик относятся память и мышление.

Очень важным элементом, формирующим направление деятельности человека, является цель.

Цель – это регулятор деятельности человека, это то, чего еще реально нет, но что должно быть получено в итоге деятельности. Цель выступает как опережающее отражение будущего результата этой деятельности. Чтобы преобразовать предмет труда в продукт, человек должен не только представлять себе будущее состояние этого предмета, но и получать информацию о его изменениях в процессе преобразования.

Прием информации представляет собой процесс, имеющий два уровня:

Первый (материальный) – уровень восприятия физических явлений, выступающих в роли материальных носителей информации (показания приборов и пр.);

Второй (идеальный) – уровень, который обеспечивает декодирование воспринятых сигналов и формирование на этой основе информационной модели управляемого процесса и условий, в которых этот процесс протекает. Информационная модель представляет собой синтез воспринимаемой информации и информации, извлекаемой из памяти.

Физическое тело человека проходит три этапа: рождение, развитие и смерть. Каждые 7 лет оно подвергается изменению в строении. Первые пять периодов (т.е. 35 лет) протекают по восходящей нити – развитие, созидание, усиление. После этого начинается обратный процесс разрушения и убывания [4].

Первичная информация о состоянии внешней среды и ЧМС поступает человеку с помощью анализаторов. Эта информация называется сенсорной (ощущение), а процесс ее приема и первичной переработки – сенсорным восприятием.

Ощущение — процесс, заключающийся в отражении отдельных свойств или явлений материального мира, а также внутренних состояний организма при непосредственном воздействии раздражителей на соответствующие рецепторы.

В зависимости от специфики принимаемых сигналов различают анализаторы:

зрительный (рецептор глаза);

слуховой (рецептор уха);

тактильный, болевой, температурный (рецепторы кожи);

обонятельный (рецептор носовой полости);

вкусовой (рецепторы поверхности языка);

внутренние: давления, кинестетический (рецепторы в мышцах и сухожилиях), вестибулярный (рецептор в полости уха), специальные, расположенные во внутренних органах и полостях тела.

При разработке системы «человек-машина» считается, что до 80% всей информации человеку поступает через зрительный анализатор, около 19% – через слуховой и только 1% – через тактильный.

К основным параметрам анализаторов относятся:

абсолютная чувствительность – минимальное значение раздражителя, вызывающего начальные ощущения;

предельно допустимая интенсивность сигнала – болевой порог восприятия;

диапазон чувствительности – зона восприятия сигнала от абсолютного до болевого порога;

дифференциальная чувствительность – минимальное изменение интенсивности сигнала, ощущаемое человеком;

границы спектральной чувствительности – абсолютные пороги ощущений по частоте сигнала;

дифференциальная чувствительность к изменению частоты сигнала – дифференциальный, различительный порог по частоте.

Специфической особенностью рецепторов человека является большой диапазон значений интенсивности сигналов, в пределах которого возможно эффективное функционирование анализаторов, вместе с весьма высокой дифференциальной чувствительностью к интенсивности. Такое сочетание оказывается возможным благодаря системе адаптации и сенсибилизации анализаторов (понижение и повышение их чувствительности в зависимости от средней интенсивности сигналов, воздействующих в течение некоторого времени).

Адаптация – свойство анализаторов, заключающееся в изменении чувствительности под влиянием их приспособления к действующим раздражителям.

В 1846 г. немецкий анатом и физиолог Эрнст Генрих Вебер предложил количественное соотношение между физическими параметрами сигнала (стимулами) и ощущениями человека. Он показал, что величина прироста интенсивности, вызывающая отчетливую разницу между двумя стимулами, находится в постоянном отношении к исходной интенсивности. В 1860 г. немецкий физик и психолог Густав Теодор Фехнер придал наблюдениям Вебера математическое описание, получившее название закона Вебера–Фехнера о зависимости между ощущениями и раздражителями, который формулируется так: ощущения человека L пропорциональны логарифму раздражения Х:

L = lg , (1.1)

где Х0 – порог восприятия интенсивности раздражения человеком; Х – исходная интенсивность раздражения.

Закон Вебера–Фехнера можно было бы назвать законом «жадности», так как он является самым разрушительным физиологическим законом человека. Он накладывает свой отпечаток на большинство катастроф, связанных с человеком в его социальной жизни. Войны за передел собственности, воровство, неуемная жадность и зависть – вот неполный перечень тех катастрофических моментов человека, которые им формируются.

Это обусловлено тем, что чувствительность анализатора человека изменяется обратно пропорционально входному сигналу (рис. 1.2):

К = , (1.2)

где а – коэффициент пропорциональности.

Из (1.2) видно, что с ростом входного сигнала уменьшается чувствительность человека к входному воздействию.

Положительный момент этого закона заключается в том, что он обеспечивает безопасность органов чувств человека – даже сильные входные воздействия не могут разрушить анализатор.






Рис. 1.3. Графическое представление закона Вебера–Фехнера


Отрицательная сторона этого закона проявляется на социальном уровне. Чем больше человек имеет, тем больше ресурсов требуется для удовлетворения его потребностей. Потребности человека возрастают в логарифмической пропорции, а ресурсы Земли ограничены, и для удовлетворения своих потребностей наиболее сильная и наглая часть человечества присваивает себе основную часть ресурсов (капиталистическая система). Это приводит к социальным взрывам – революциям и войнам за передел собственности.

Ощущения человека изменяются не только от силы сигнала его энергии, но и от частоты сигнала f и подчиняются закону [49]

L f = k f 2 , (1.3)

где k – коэффициент пропорциональности.
  1   2   3   4   5

Похожие:

Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconХарактер нир
Научное обоснование и разработка методов, моделей и технологии обеспечения надежности металлорежущих станков как эргатических (человеко-машинных)...
Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconРазработка и исследование самонастраивающихся алгоритмов управления в релейных системах с переменным гистерезисом
Разработка и исследование самонастраивающихся алгоритмов управления в релейных системах
Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconПрограмма вступительного испытания (собеседование/устный экзамен) по дисциплинам «Информационная безопасность и защита информации»
Формы представления моделей. Методы анализа и синтеза систем управления. Использование микропроцессоров и микро-эвм в системах управления....
Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconРазработка и исследование моделей для принятия решений в системах управления запасами с учетом неполноты данных
Системный анализ, управление и обработка информации (вычислительная техника и информатика)
Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconФакультет радиофизики и электроники Кафедра информатики разработка системы удалённого управления вычислительным кластером
Объектом работы являются вопросы создания системы удалённого управления вычислительным кластером. Цель работы – создание системы...
Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconПроект направлен на решение фундаментальной проблемы – разработку математических моделей переходных процессов в сложных физических системах, на создание вычислительных методов и комплексов программ для их численного исследования, а также на численное исследование этих моделей
Ми результатами с целью проверки применимости математических моделей, их уточнения и развития, а также построения методов численного...
Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconИнтеллектуальная идентификация хаотических процессов и сигналов
К актуальным задачам оптимизации современных телекоммуникационных сетей относятся исследование процессов непериодичного характера,...
Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconОтчет о научно-исследовательской работе «Разработка моделей и образцов стандартов для бакалавров и магистров по специальности»
«Разработка моделей бакалавра по специальности и магистра по специальности. Реализация моделей по группам специальностей»
Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconЛабораторная работа №1 по дисциплине: «Моделирование систем» На тему: «Разработка технической документации алгоритмического обеспечения систем управления средствами сапр»
Освоение навыков разработки документации по алгоритмическому обеспечению систем автоматизированного проектирования систем управления,...
Отчет по теме «Исследование и разработка алгоритмов и математических моделей оператора в человеко-машинных нестационарных системах удаленного управления дифференцированным обучением пользователей пэвм» iconРазработка и исследование алгоритмов автоматического взаимного ориентирования трехмерных дискретных моделей объектов, полученных в результате лазерного сканирования
Работа выполнена на кафедре фотограмметрии Московского государственного университета геодезии и картографии (миигаиК)
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница