Ергономічні аспекти стереоскопічних спостережень в автоматизованих комплексах і системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Національний університет “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

УДК 528.72

Ергономічні аспекти стереоскопічних спостережень в автоматизованих комплексах і системах

05.24.02 - Фотограмметрія і картографія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Чопенко Євген Федорович

Львів 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі інженерної геодезії Київського національного університету будівництва і архітектури. Міністерство освіти і науки України.

Провідна установа: Донецький державний технічний університет, кафедра інженерної геодезії, Міністерство освіти і науки України, м. Донецьк.

Захист відбудеться 26.01.2002р. о 10 год. на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 035.52.13 при Національному університеті “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА” за адресою: 79013 ,м.Львів-13, вул. Ст. Бандери 12, ауд. 518 навчального корпусу.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”, 79013, вул. Професорська, 1.

Автореферат розісланий 20.12.2001р.

Вчений секретар спеціалізованої Вченої ради кандидат технічних наук Савчук С.Г.

інженерний оператор ергономічний

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність дослідження обумовлена вимогами науково-технічного прогресу в галузі топографо-геодезичного виробництва, удосконалення геодезичних приладів, широким впровадженням ЕОМ, створенням автоматизованих комплексів і систем, які викликали гостру необхідність в комплексному підході до вивчення функціонування систем "людина-машина-середовище". Особливо гостро, необхідність застосування ергономічних методів в геодезії, проявляється під час візуальних вимірювань в складних умовах де процеси і структури інформаційної взаємодії людини та технічних пристроїв вивчені не достатньо повно. Одним з найскладніших видів візуальних вимірювань, з якими приходиться мати справу геодезисту, є процес стереофотограмметричного складання планів і карт, з якого витікає практична задача професійної підготовки операторів, зв'язаних з обслуговуванням обладнання географічних інформаційних систем (ГІС), універсальних фотограмметричних приладів. При цьому, якість кінцевого продукту залежить і від того, наскільки оперативною, надійною та стабільною, є діяльність оператора, чи здатний він сприймати ілюзію стереоефекту за парою знімків, вести вимірювальну марку, доторкаючись моделі, будувати стереомодель. Зорові інформаційні алгоритми і механізми діяльності оператора вивчені недостатньо, тому метод підготовки операторів, який застосовується на практиці в даний час, не забезпечує масової, якісної підготовки спеціалістів що обслуговують автоматизовані фотограмметричні комплекси і, окрім того, вимагає великих затрат учбового часу. Це послужило причиною дослідження умов і механізмів, які визначають досягнення високих рівнів оволодіння практичними діями при обслуговуванні ГІС (фотограмметричних приладів) та створення нового методу навчання, що дозволить зробити його, не тільки більш змістовним та коротким процесом, але і надійним засобом надбання професійної майстерності.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дана робота виконана на кафедрі інженерної геодезії Київського національного університету будівництва і архітектури в рамках наукової тематики кафедри для розв'язання прикладних задач науки і техніки.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка алгоритмів і механізмів сприймання ілюзій стереоефекту за парою знімків та удосконалення методу підготовки операторів, які виконують стереоскопічні вимірювання в ГІС, (універсальних фотограмметричних приладах). Для досягнення поставленої мети, визначені наступні задачі:

1) виявити і розглянути всю багатогранність видів дій, які створюють механізми і алгоритм діяльності оператора;

2) розробити структуру діяльності оператора;

З) розробити метод і засоби “планомірного формування навику” сприймання стереомоделі та опрацювання пари знімків;

4) розробити метод інженерно-ергономічної оцінки діяльності оператора при стереоскопічному опрацюванні відеоінформації;

5) провести порівняльний аналіз та експериментальну оцінку якості запропонованого методу навчання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що на відміну від загальноприйнятого підходу до формування навички сприймання ілюзії стереоефекту, ведення вимірювальної марки по поверхні моделі, побудови стереомоделі за парою знімків (метод “проб та помилок”), в нашому дослідженні виявлено механізми, які визначають залежність досягнення навички від способу планування та контролю виконавчих актів. В роботі показано, що найвищого рівня, практична дія досягає тоді, коли у оператора складається такий спосіб орієнтування у виконанні, в основі якого лежить планомірне формування розумових дій, перша з яких забезпечує контроль за правильністю формування ілюзії стереоефекту, друга - забезпечує контроль за правильністю вибору який керує виконавчим актом, а третя - за самим виконанням.

Вперше обгрунтовано доцільність застосування методу “планомірного формування навику” підготовки операторів опрацюванню відеоінформації , для чого, стосовно стереоскопічного опрацювання пари знімків, створено:

1) модель "людина - машина";

2) структуру діяльності оператора та схему руху функціональної інформації;

3) методику визначення ймовірності безпомилкової роботи оператора;

4) методику “планомірного формування навику” сприймання ілюзії стереоефекту. Виконано експериментальне дослідження запропонованого методу.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що застосування методу "планомірного формування навику" знімає проблему формування ілюзії стереоефекту за парою знімків як для найздібніших так і для інших операторів, що призводить до поліпшення якості отримання інформації в ГІС (викреслювання горизонталей на універсальному приладі). Збудовано модель прогнозу, яка дозволяє робити попередній відбір кандидатів у оператори. Розроблений метод “планомірного формування навику" відкриває дорогу створенню автоматизованих програм та тренажерів для підготовки операторів автоматизованих систем в геодезії.

Наслідки досліджень використані при відборі та підготовці операторів стереотопографічного відділу інституту “Укргеоінформ” для роботи на універсальних фотограмметричних приладах, в Київському національному університеті будівництва і архітектури, при формуванні навички роботи на універсальних приладах в групі студентів геодезичної спеціальності.

Особистий внесок здобувача. Всі результати досліджень дисертаційної роботи одержані автором особисто.

Апробацією результатів дисертації були обговорення на республіканських науково-практичних конференціях: "Совершенствование метода высокоточных геодезических и фотограмметрических работ при стротельстве и эксплуатации инженерных сооружений" (Киев, 1986); "Совершенствование средств и методов автоматизации топографо-геодезических работ при инженерных изысканиях" (Киев, 1987); "Автоматизация инженерно-геодезических изысканий" (Киев, 1989); "Применение геодезии в строительстве" (Новосибирск, 1986), та на науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу КНУБА (1984 - 2000).

Публікації. За темою дисертації опубліковано шість статей в наукових журналах та три статті депоновано.

Структура та об'єм роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел з 97 найменувань, містить 152 сторінки машинописного тексту, 26 рисунки, 8 таблиць.

2. ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано необхідність проведення дослідження факторів, від яких залежить якість та продуктивність праці при виконанні візуальних вимірювань в складних умовах. Доведена необхідність застосування ергономічних вимог до людини, шляхом професійного відбору та професійного навчання.

У першому розділі виконано аналіз розв'язання проблеми взаємодії людини та техніки в єдиній системі “людина-машина”. Проведено огляд літератури за проблемою дослідження, сформовано мету та основні задачі дослідження.

Проблема взаємодії людини та техніки, знайшла своє відображення в працях учених-геодезистів. Питанням використання методів ергономіки в геодезії, присвячені роботи Відуєва М.Г., Поліщука Ю.В., Білятинського А.А., Химерика Ю.А., Прокоф'єва Ф.І., Могильного С.Г., Сердюкова В.М., Фінковського В.Я., Дорожинського О.Л.

Впливу ергономічних факторів при роботі на універсальному приладі, присвячена робота О.А.Герасимової “Стереоскопические наблюдения в фотограмметрии”, де автор показує що отримані в результаті стереоскопічних спостережень величини паралаксів, вміщують похибку, яка залежить від умов, при яких проводяться спостереження, та особистих властивостей спостерігача.

В роботі “Некоторые данные о точности визирования” Ю.Ф. Кніж-ніков доводить, що джерелом помилок стереоскопічного візування, є здійснення рухової реакції рук оператора, і ця помилка рівна за величиною помилкам, отриманим за рахунок стереобачення.

Бедвел К.Х. в роботі “Око, зір фотограмметрія” доводить, що для бінокулярного сприймання, необхідно мати вірне співвідношення конвергенції та акомодації, а довге спостереження з близької відстані, призводить до стійкої дивиргенції ока та втрати просторового сприймання.

Рубахін В.Ф. в роботі “Физиологические и психологические аспекты дешифрирования аэроснимков”, багато уваги приділяє психологічним та фізіологічним аспектам дешифрування аерознімків, доводить необхідність розуміння проблеми методики професійного навчання роботі на фотограмметричних приладах.

В цей же час, в інженерній психології находять відображення питання формування навичок практичних дій. З'являються дослідження які показують, що успішність формування нових дій залежить від того, як організовано орієнтування суб'єкта в предметних умовах задачі та самої виконавчої діяльності (Запорожець В.П., Решетова З.А.). Створено вчення про закономірності поетапного становлення ідеальних форм орієнтувальної діяльності, доведена можливість планомірного управління якостями навичок, які формуються (П.Я.Гальперін, Н.С.Пантіна, Н.Н.Сачкс). Положення про те, що люба цілеспрямована дія включає в свій склад дві частини (орієнтувальну та виконавчу) стало центральним моментом теорії поетапного формування розумових дій.

Вчення про поетапне формування розумових дій, приймається в якості теоретичної основи дослідження надбання навичок сприймання стереоскопічного ефекту та викреслювання горизонталей.

Серед усіх видів візуальних вимірювань геодезиста, найскладнішими є стереоскопічні вимірювання. Здатність оператора спостерігати стереоскопічну модель, найбільш об'єктивно виявляється під час викреслювання горизонталей. Поряд з цим, не було зроблено жодної спроби планомірного формування навику сприймання ілюзії стереоефекту за парою знімків та викреслювання горизонталей. Ось чому, метою нашого дослідження було показати, що формування навичок сприймання стереоефекту та управління маркою, здійснене на основі вчення про закономірності поетапного становлення ідеальних форм діяльності, дозволяє досягти вищих показників, ніж при навчанні методом “проб та помилок”.

Все вище викладене, дозволило намітити наступну схему дослідження навички сприймання стереоефекту за парою знімків та викреслювання рельєфу на універсальному приладі: 1) виявити і розглянути всі види дій, які супроводжують опрацювання візуальної інформації оператором; 2) розробити структуру діяльності та засоби планомірного формування навику стереоскопічного опрацювання пари знімків: 3) провести планомірне формування навичок сприймання стереомоделі місцевості та ведення по ній марки; 4) провести порівняльний аналіз та експериментальну оцінку запропонованого методу навчання.

В другому розділі дисертації проведено аналіз системи “людина-машина” (СЛМ) при стереоскопічному опрацюванні пари знімків на універсальному приладі (СОПЗНУП), цифрового фотограмметричного комплексу “Дельта” стосовно створення цифрових моделей рельєфу (ЦМР), виявлено умови, що впливають на якість зорової роботи, розглянуто особливості сприймання інформації оператором, побудована схема руху функціональної інформації.

На якість та швидкість зорової роботи впливають наступні фактори: а) умови, в яких виконується візуальна робота: б) ступінь адаптації оператора до умов праці; в) анатомо-фізіологічний стан зорового аналізатора; г) ступінь втомлюваності оператора. Властивість оператора сприймати зображення пари знімків стереоскопічно, найбільш об'єктивно виявляється під час викреслювання горизонталей, а стереоскопічне опрацювання пари знімків на універсальному приладі, є системою, складеною з множини компонентів та їх зв'язків. Система “людина-машина” при СОПЗНУП, розглядається, як система складена з біологічної підсистеми “людина” та технічної підсистеми “машина” (фотограмметричний прилад). В цій системі людина здійснює трудову діяльність для розв'язування конкретних задач: побудова стереомоделі, отримання значень висот та планового положення об'єктів, викреслювання горизонталей. Крім того, людина розглядається у вигляді складної підсистеми, створеної з великої кількості біологічних компонентів: зоровий, слуховий, тактильний та руховий аналізатори; центральна нервова система, сприймання, увага, мислення, знання, уміння та інше. Ці компоненти характеризуються специфічними параметрами. Для оператора, що працює на універсальному приладі, такими є: динамічна стійкість рук та координація рухів, здатність спостерігати ілюзію стереоефекту, увага. Специфічні компоненти можуть бути антропометричного, фізіологічного та психологічного характеру.

До психологічних якостей людини можна віднести здатність сприймати, зберігати та опрацьовувати інформацію. Взаємодія окремих компонентів в системі (СЛМ) здійснюється з допомогою технічних, біологічних, біотехнічних ліній зв'язку.

Цифровий фотограмметричний комплекс “Дельта” призначений для опрацювання аерокосмічних знімків з метою отримання цифрових карт місцевості, вихідним матеріалом для створення яких служать растрові образи, отримані скануванням знімків.

Перед роботою станції проводять перевірку її працездатності, а визначення характеристик точності сканера виконують скануванням точок контрольної сітки.

Одних формальних ознак для досконалої роботи станції під час створення цифрової моделі рельєфу в автоматичному режимі недостатньо, а тому присутність досвідченого оператора є необхідною.

Для оптимального сприймання інформації, перед людиною ставляться ергономічні вимоги шляхом відбору кандидатів та їх навчанням. В основі сприймання простору оператором, лежить тісний зв'язок між вестибулярним та окоруховим апаратами, апарат бінокулярного зорового сприймання, відчуття м'язових зусиль від конвергенції очей, закони структурного сприймання: а) закон чіткості структури; б) закон доповнення до структурного цілого; в) вплив попереднього досвіду.

Згідно з законом чіткості структури, наше сприймання виділяє найбільш чіткі, за своїми геометричними властивостями, структури.

Закон доповнення до структурного цілого, дозволяє чіткі, але не закінчені структури, доповняти до геометричного цілого. Всі особливості геометричних ілюзій пояснюються тим, що наше сприймання складається не з ізольованих елементів, а має всі риси цілісного, структурно-організованого сприймання. Цим пояснюється те, що зображення знімків у фотоприладі сприймаються стереоскопічно.

Вплив попереднього досвіду може, або призвести до яскраво виражених ілюзій (стереомодель), або забезпечити підвищену правильність сприймання. При побудові стереомоделі, початкуючий оператор, не маючи навички, довго будує її, спостерігаючи очима площинні зображення знімків і набуває негативного досвіду. Це призводить до стійкої дивиргенції очей і є причиною того, що не кожний оператор, в подальшому, може спостерігати ілюзію стереоефекту.

При сприйманні предметів та ситуацій, прості форми не потребують розгорнутих пошуків, а для сприймання складних предметів, необхідне виділення пізнавальних ознак. Для зберігання образу існують мікрорухи очей, а крупні рухи ока, переміщають його з одної точки на іншу, виділяють найінформативніші точки, синтезують кінцевий комплекс ознак.

Щоб мати найповніше уявлення про те, як проходить сам процес сприймання стереомоделі та викреслювання горизонталей, нами сформована структура діяльності оператора у вигляді виконання специфічних задач. Задача перенесення інформації із знімка на планшет, викладена у вигляді розв'язання підзадач: 1) викреслювання контурів та горизонталей; 2) контроль викресленої інформації; 3) виправлення помилок. Кожна з указаних підзадач, реалізується як розв'язання підзадач нижчого рівня.

Розглядаючи зв'язки основних елементів моделі діяльності, ми з'ясували, що для побудови ілюзії стереоефекту, окрім геометричних умов, необхідно, щоб саме сприймання проводилось очима одночасно, оператор мав відповідну гостроту зору, мав здатність сприймати зображення марок та їх переміщення по зображенню знімків, а не навпаки.

На сприймання візуальної інформації впливають і непрямі ознаки, до яких відносяться: кількісні, просторові, часові, причинні залежності між предметами; ступінь ознайомлення спостерігача з об'єктом, первісними інформаційними моделями. Оцінка метрики простору за знімками відбувається лише в тому разі, коли в корі головного мозку оператора сформується стереоскопічна модель місцевості та вимірювальної марки. А вона буде спостерігатись стереоскопічно лише тоді, коли кут конвергенції, відсліджуваного на знімку предмета, не буде відрізнятись від кута відсліджування вимірювальної марки більше, ніж на 70'.

При спостереженні моменту дотику марки до моделі, кути конвергенції будуть рівними, а процес викреслювання горизонталей, є процесом порівняння кутів конвергенції відсліджуваної марки та моделі.

При навчанні операторів, роботі на універсальних приладах методом “проб та помилок”, всі перелічені вище умови, можуть не виконуватись. Оператор може спостерігати два зображення марки на фоні ситуації знімка, що не сформована в стереоскопічну модель. Враховуючи, що для початкуючого оператора таке відсліджування є первісною інформаційною моделлю, воно може вкрай негативно вплинути на подальшу роботу. Оператор може спостерігати, або ж переміщення марки відносно ситуації знімка, або ж переміщення ситуації знімка відносно нерухомої марки (ілюзія ністагму).

Для переміщення марки, оператор користується штурвалами Х та У приладу, які можуть повертатись в двох взаємно-протилежних напрямках з швидкостями, які можуть змінюватись від нульової до найвищої. Оператор може сформувати сімдесят різноманітних сполучень команд рукам по чотири, а для того, щоб марка рухалась в потрібному напрямку, він повинен вибрати лише одне, але вірне. Ці умови можуть впливати на процес формування навички інтерферуюче і, враховуючи значення попереднього досвіду, таке формування може розтягнутись в часі, а в деяких випадках, оператор не формує необхідну навичку. Тому необхідно розробити метод, де процес сприймання стереоефекту та навички управління вимірювальною маркою, є результатом поступового узагальнення орієнтувальної діяльності і перетворення її у внутрішню перцептивну дію.

Третій розділ дисертації присвячений розробці методу формування навички стереоскопічного викреслювання горизонталей на універсальному приладі, визначенню надійності роботи людини в системі “оператор - прилад”.

В традиційному методі підготовки операторів, який називається методом “проб та помилок”, характерним є те, що процес тренування оператора, є процесом самонавчання. Тобто, оператор самостійно знаходить правильні прийоми сприймання стереомоделі та управління приладом, виконавши попередньо множину невірних. Відсутність динаміки в процесі навчання, призводить до подовження терміну навчання. Цей метод не дозволяє об'єктивно оцінити поточний рівень окремих складових навички. Тому навчання треба розподілити на етапи. На першому, оператор повинен освоїти всю гаму рухів штурвалами та їх комбінацій, а образно-концептуальну модель рухів, довести до рівня навички. На другому етапі, проводиться планомірне формування навички сприймання ілюзії стереоефекту та прогнозування переміщення марки так, щоб вона торкалась до поверхні стереомоделі. На третьому етапі, оператор навчається методам побудови самої стереомоделі, її горизонтування та масштабування.

Починаючи навчання, оператор знайомиться з органами управління маркою, а процес переміщення її вподовж осей Х та У, доводить до автоматизму. Для досягнення цієї мети, розроблено тест “лабіринт”, який стимулює оператора до активних пошукових рухів очей. Для відпрацювання правильних команд рукам, забороняється реверсування рухів штурвалів. Для контролю здобутої навички, пропонується викреслити по пам'яті тест, складений з перпендикулярних напрямків.

Після цього, оператор формує навичку управління маркою з допомогою сумісних повертань штурвалів в одному напрямку, з застосуванням нового тесту та контролю.

Аналогічно проводиться формування навичку управління маркою з допомогою сумісних повертань штурвалів в протилежних напрямках, з обов'язковим обмеженням реверсивних рухів штурвалами; відпрацьовується навичка управління, з допомогою сумісних повертань штурвалів в різних напрямках; в довільних напрямках з довільною швидкістю.

Тільки довівши навичку до автоматизму, оператор приступає до складнішого виду візуальної роботи, формування навички сприймання ілюзії стереоефекту. Навчання починають з опрацювання стереомоделі геометричних фігур, а закінчують - викреслюванням горизонталей.

Наступним етапом навчання є вивчення правил побудови стереомоделі та удосконалення навички в процесі практичної роботи.

Надійність роботи визначається ймовірністю успішного виконання людиною задачі, на заданому етапі функціонування системи, на протязі заданого інтервалу часу. Серед помилок процесу викреслювання горизонталей, виділяють помилки: проектування, операторські, виготовлення, технічного обслуговування, внесені помилки та помилки контролю. Основними помилками оператора вважають незадовільну підготовку, неправильну послідовність обробки стереопари, незадовільні умови роботи та оснащення інструментами, недостатнє стимулювання.

Порівняльний аналіз та експериментальну оцінку якості запропонованого методу навчання проведено в четвертому розділі роботи. Для цього сформовано дві групи операторів по вісім чоловік. Одна навчалась методом “проб та помилок”, а друга методом “планомірного формування навику”. Основним критерієм дослідження взято точність ведення марки по стереомоделі та час, витрачений на побудову горизонталі. При певних умовах за точністю співпадання реальної та еталонної горизонталей можна судити про особливості сприймання оператором стереомоделі місцевості. Щоб виключити з експерименту помилки приладів, зовнішніх умов, технологічного опрацювання, контрольну частину експерименту проведено на одному і тому ж приладі. В якості робочої, застосовувалась стереопара діапозитивів з чітко вираженим рельєфом. Різниця висот на стереопару досягала 45м, висота перерізу горизонталей - 5м.

Під дією різноманітних факторів, оператор допускає більші, чи менші відхилення марки від поверхні моделі, формуючи величину уі , яка визначає відхилення реальної горизонталі від еталонної. Експериментальні групи пройшли теоретичний курс навчання, мали достатній рівень знань. У кожного оператора визначалась гострота стереобачення, яка була достатньою для даного виду діяльності. Для контролю надбаної частини навички в першій групі, кожний з операторів викреслював горизонталі, на початку та в кінці кожної, з п'яти неділь навчання. Підраховувалось: середнє значення відхилення горизонталей, викреслених учнем, від еталонних; час викреслювання; число грубих (пошукових) відхилень. Як еталон приймались ті ж горизонталі, дворазово викреслені більш досвідченими операторами. Відхилення вимірювались в шести десяти, точках намічених раніше. За середніми відхиленнями у і для кожного оператора було побудовавно графік числової послідовності у = f(t) процесу навчання. Графічно проведена апроксимація, вказала на параболічний вид функції y = f(t), яку виразили рівнянням параболи вищого порядку

yi = a1 + a2i + a3i2 + a4i 3 + ... . (1)

Невідоме число членів розкладу в рівнянні ( 1 ) знайшли з допомогою методу Чебишева, шляхом послідовного повторювання зрівноважувальних обчислень, збільшуючи кожного разу число невідомих аі в новому розв'язку, доки сума зменшуючись, не стала відповідати середній величині виміряних відхилень. В нашому випадку було достатньо розв'язати рівняння з трьома членами розкладу. Рівняння поправок для всіх учасників експерименту однакові і відрізнялись лише вільними членами. Остаточне рівняння апроксимуючої кривої для першого учасника експерименту мало вигляд

. ( 2 )

Як видно з аналізу коефіцієнтів рівнянь, що описують процес зміни навички, вони мають тенденцію зменшуватись в процесі навчання, тому для прогнозування, більш пізнім спостереженням, доцільно надавати більшу вагу ніж раннім, а розглянуті вище рівняння можуть спричинити значну похибку в прогнозі. Тому, для прогнозування процесу навчання, доцільно застосовувати метод експоненціального згладжування, сутність якого полягає в тому, що числовий ряд згладжується з допомогою зваженої поточної середньої, вага якої підкоряється експоненціальному закону і характеризує значення процесу в кінці інтервалу згладжування. Для прогнозування процесу навчання операторів першої групи, використали функцію

. ( 3 )

Це рівняння логарифмуванням привели до лінійного виду

ln yi = a0 + a1t + . ( 4 )

Для операторів першої групи, вони мали вигляд :

ln y1 = 1.169 - 0.0389t + 0.0045t2 ;

ln y2 = 1.051 - 0.1560t + 0.5570t2 ;

ln y3 = 0.591 - 0.561t + 0.0072t2 ;

ln y4 = 1.578 - 0.3180t + 0.3430t2 ;

ln y5 = 1.517 - 0.7000t + 0.9710t2 ;

ln y6 = 0.345 - 2.0080t + 0.1570t2 ;

ln y7 = 0.756 - 0.7200t + 1.4440t2 ;

ln y8 = 0.590 - 0.187t + 0.0088t2 .

Контрольна група операторів:

ln y = 0.263 - 0.101t + 0.0052t2;

ln y = 0.192 - 0.074t + 0.001t2 .

Прогноз на шосту неділю навчання, визначався за формулою

(5 )

де - параметр згладжування.

Результати відхилень за п 'ять неділь та прогноз на шосту неділю, зображені на рис.1. Значення першого коефіцієнта цих рівнянь, характеризує величину середнього відхилення горизонталі від еталону, значення другого коефіцієнта, характеризує швидкість процесу навчання. Тому ці два коефіцієнти доцільно використовувати для попереднього відбору кандидатів у оператори фотограмметричних приладів.

Друга група учасників експерименту навчалась працювати на універсальних фотограмметричних приладах застосовуючи розроблений раніше методу “планомірного форму-вання навички”. Контрольна горизонталь в цій групі операторів могла бути проведена лише на початку та в кінці всього періоду навчання. Для визначення суттєвості впливу на здобуту навичку, застосовувались метод однофакторного дисперсійного аналізу, та метод порівняння середніх двох вибірок. При дисперсійному аналізі для того, щоб фактор “метод навчання” х було признано суттєвим, необхідно і достатньо, щоб оцінка дисперсії значимо відрізнялась від оцінки , де

( 6 )

вибіркова дисперсія розсіювання “між серіями” з числом ступенів вільності , а

( 7 )

вибіркова дисперсія по кожній серії окремо, з числом ступенів вільності

.

Перевірку ноль-гіпотези, про однорідність цих вибіркових дисперсій здійснювали з допомогою критерію Фішера

( 8 )

Якщо, обчислені за результатами спостережень дисперсійні співвід-ношення F перевищували табличні , найдені за розподіленням Фішера, для вибраного рівня значимості q , при відповідних ступенях вільності та , то вплив фактору х признавався суттєвим.

Результати обробки відхилень по кожному оператору, та результати вимірювання швидкостей викреслювання показують, що в першій групі, яка навчалась методом “проб та помилок”, вплив методу навчання, можна вважати суттєвим у двох операторів. В другій групі, яка навчалась з допомогою методу “планомірного формування навику” суттєвим, вплив методу навчання можна вважати в п'яти випадках.

Збільшення швидкості ведення горизонталі після курсу навчання, в першій групі склало в середньому 40%, а в другій групі - 76%, що також, свідчить на користь методу “планомірного формування навику”.

Для порівняння методів підготовки операторів, застосовувався і метод порівняння середніх відхилень, отриманих у двох вибірках.

Для та двох незалежних вибірок з реалізацій та до параметрів та , висувається гіпотеза , що між відхиленнями немає систематичних розходжень. Якщо ж , то може бути, або , або , тому доцільно брати двосторонню альтернативу. Згідно з критерієм Стьюдента, для перевірки гіпотези , при двосторонній альтернативі порівнювались значення

 ( 9 )

та , з верхньою межею розподілу. Якщо, при цьому

(10)

то гіпотеза - відхиляється, в противному разі - ні.

Даний критерій застосовано до порівняння середніх в першій та другій групах, до навчання та після нього.

До навчання, за результатами вимірів, згідно з формулою (9) отримали

Тому на 1% рівні значущості, гіпотеза про рівність та середніх, не відхиляється, що дозволило зробити висновок про те, що вибірки характерні для цієї групи операторів, тобто між ними немає значних відхилень.

Після проведення курсу навчання за різними методиками, отримали

.

Тому на 1% рівні значущості, можна стверджувати, гіпотеза про рівність та - відхиляється. Тобто, між середніми відхиленнями, є систематичні похибки, а це, в свою чергу, свідчить про те, що підготовка операторів з використанням методу “планомірного формування навику” більш ефективна, ніж метод “проб та помилок”, що в свою чергу, свідчить про доцільність його застосування при підготовці операторів для роботи на універсальних фотограмметричних приладах та автоматизованих комплексах і системах.

П`ятий розділ дисертації присвячений перспективам застосування роботи при виконанні геодезичних вимірювань.

Надійність роботи автоматизованих систем картоскладання буде тим вищою, чим досконаліше оператор володітиме необхідними професійними навичками. Матеріали дослідження методів формування навичок опрацювання відеоінформації виконаних в даній роботі, можна використати: для розробки програм контролю придатності та для навчання операторів автоматизованих фотограмметричних систем; для розробки тренажерів сприймання відеоінформації та ілюзії стереоефекту за парою знімків.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій поставлені та вирішені актуальні наукові задачі удосконалення методів підготовка операторів, що виконують візуальні вимірювання в складних умовах опрацювання інформації в фотограмметрії, геодезії та суміжних з ними областях наук.

Основні наукові результати дисертаційної роботи, підтверджені практичними результатами, полягають в наступному.

1. Встановлено, що найскладнішим видом візуальної роботи оператора-фотограмметриста є стереоскопічні вимірювання. Здатність оператора сприймати зображення стереоскопічно, найефективніше визначається під час викреслювання горизонталей.

2. Розроблено модель системи "людина-машина-середовище" та модель "людина" стосовно опрацювання знімків на універсальному фотограмметричному приладі. Проаналізовано процес створення цифрової моделі рельєфу з допомогою цифрового фотограмметричного комплексу “Дельта”.

3. Розроблено структуру діяльності оператора, що дозволило виділити основні її види: сприймання вихідної інформації, здатність сприймання ілюзії стереоефекту, прогнозування напрямку переміщення марки по поверхні стереомоделі, усвідомлене управління маркою.

4. Сформульовано метод "проб та помилок" формування навички сприймання стереоскопічної моделі, який включає в себе багаторазове повторення рухових операцій.

5. Встановлено, що формуванню здатності стереоскопічного сприймання знімків методом проб та помилок заважають:

а) зневажання (не знання) на початковому етапі навчання геометричних умов спостереження знімків та вимірювальної марки;

б) зневажання (не знання) законів сприймання складних форм (чіткості структури, доповнення до структурного цілого, вплив закріпленого попереднього досвіду);

в) зневажання (не знання) фізіологічних законів сприймання (функція вестибулярного апарату, апарат бінокулярного зорового сприймання, відчуття м'язових зусиль від конвергенції очей), що призводить до виникнення ілюзії ністагму;

г) інтерферуючий вплив на сприймання керуючих рухів штурвалами приладу.

6. Розроблено метод “планомірного формування навику” сприймання стереоефекту та роботи на універсальному приладі, який включає три етапи: а) освоєння гами рухів штурвалів та їх комбінацій; б) планомірне формування здатності сприймати ілюзію стереоефекту за парою знімків; в) навчання методам побудови стереомоделі. На основі методу запропоновано засоби, які дозволяють скоротити термін навчання та підвищити якість роботи оператора.

7. Розроблено підхід до визначення надійності роботи людини в системі "людина-прилад". Визначені причини та подана класифікація основних помилок роботи оператора.

8. Досліджено розвиток процесу опанування навичкою з допомогою методу "проб та помилок", для чого: а) з допомогою методу найменших квадратів виявлено основний тренд числових послідовностей; б) з допомогою методу експоненціального згладжування проведено прогнозування процесу навчання. Аналіз моделі прогнозу дає можливість робити попередній відбір кандидатів у оператори.

9. Досліджено метод “планомірного формування навику”, для чого застосовано метод однофакторного дисперсійного аналізу та метод порівняння середніх двох вибірок. Встановлено, що “метод планомірного формування навику", більш ефективний, ніж метод "проб та помилок", сприяє: формуванню навички сприймання стереоефекту, підвищенню точності та швидкості викреслювання горизонталей, коригуванню стихійно сформованої навички для всіх операторів.

10. Розроблений метод “планомірного формування навику", дозволяє намітити основні напрямки його використання: а) для професійного відбору кандидатів у оператори; б) для навчання операторів систем з стереоскопічним візуальним спостереженням.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Полищук Ю.В., Горго Ю.П., Чопенко Е.Ф., Сухов А.Е. Влияние психофизиологических характеристик человека на результаты геодезических измерений // В кн. Инженерная геодезия. - Киев, 1986. - Вып. 29. - С. 62 - 65.

2. Чопенко Е.Ф., Кизим Л.И. Об эффективности обучения стереорисовке рельефа на универсальных приборах // В кн. Инженерная геодезия. - Киев, 1987. - Вып. 30. - С. 90 - 92.

3. Чопенко Е.Ф. Надежность человека, как звена системы “человек - фотограмметрический прибор” // В кн. Инженерная геодезия. - Киев, 1989. - Вып. 32. - С. 104 - 106.

4. Чопенко Е.Ф., Чуланов П.А. Об особенностях формирования навыка стереоскопической рисовки рельефа на универсальных приборах // В кн. Инженерная геодезия. - Киев, 1990. - Вып. 33. - С. 105 - 110.

5. Чопенко Е.Ф. Моделирование движения марки по стереоскопической модели местности. - Киев, КГТУСА, 1996. - 16с. // - Деп. в ГНТБ Украины, 12.03.96г. - № 714 - Ук 96.

6. Чопенко Є.Ф. Характеристика системи “людина - машина” при стереоскопічній обробці пари знімків на універсальному приладі. - Київ, КДТУБА, 1996. - 10 с. // - Деп. в ДНТБ України, 12.03.1996 р.-№715-Ук 96.

7. Чопенко Є.Ф. Дослідження методів підготовки операторів стереоскопічного викреслювання рельєфу на універсальних фотограмметричних приладах. - Київ. КДТУБА, 1996. - 51 с. // -Деп. в УкрІНТЕІ, 29.10.1996 р.

8. Чопенко Є.Ф. Ергономічні аспекти візуальних вимірювань. // - В кн. Інженерна геодезія. - Київ, 1998. - Вип. 39. с. 157 - 162.

9. Чопенко Є.Ф. Впровадження тренажерів в систему професійної підготовки операторів автоматизованих картографічних систем. // В кн.. Інженерна геодезія. - Київ, 2000. -Вип. 42.- с. 234 - 241.

Размещено на Allbest.ru