III 基于注视熵的核电厂数字化主控室操纵员认知负荷研究 摘要：现代化核电厂主控室中，数字化（DigitalControlSystem， DCS）人机界面逐渐代替传统主控室中的模拟控制界面，界面变化导 致主控室操纵员认知负荷水平发生变化，从而影响核电厂主控室操纵 员人机交互绩效和核电厂安全运行。对核电厂数字化主控室人机界面 操纵员的认知负荷进行测量和评价，对于提高核电厂的运行安全十分 重要。 本文的研究内容主要包括两个方面，一是验证注视熵能否作为测 量操纵员认知负荷的有效指标及其与认知负荷之间的关系；二是利用 注视熵等眼动数据构建核电厂数字化主控室中操纵员的认知负荷量 化模型，并验证模型的可行性和准确性。研究的第一部分实验采用1 ×2（正常运行/事故后）实验设计，将工况分为两种，即正常工况 和事故工况（SLOCA工况）。在模拟过程中，一回路操纵员佩戴眼动 仪以记录任务完成过程中的眼动数据，本实验未涉及二次回路。利用 Python编程对眼动数据进行计算，以得到注视熵值。利用SPSS数据 分析软件对量表结果和注视熵值进行方差分析和相关性分析。结果显 示，认知负荷的F值为61.017(p<0.05)，SGE的F值为2.86(p<0.1)， GTE的F值为11.117(p<0.05)；在正常工况下，SGE与操纵员认知负 荷的相关系数为0.476(p<0.05)，GTE与认知负荷的相关系数为0.552 (p<0.05)；在事故工况下，SGE与认知负荷的相关系数为 0.746(p<0.05)，GTE与认知负荷的相关系数为0.738(p<0.05)。这一 I 结果表明注视熵与认知负荷显著正相关，注视熵可以作为认知负荷测 量的有效指标。研究第二部分在第一部分结论的基础上，利用注视时 长、SGE、GTE和单位时间内注视点的个数四项眼动指标建立认知负 荷水平量化模型，根据眼动数据对模型进行回归计算，计算出两种工 况下操纵员认知负荷的计算公式，并对其进行误差验证，发现两种工 况下误差分别为0.29和0.25，误差较小，模型准确度较高。 本研究对注视熵进行了验证，并基于注视熵等四项眼动指标提出 一种全新的认知负荷量化模型，说明了注视熵测量认知负荷水平的可 行性和准确性。本研究能够有效提高HRA数据的客观性，从而提高核 电厂安全分析水平。 关键词：核电厂主控室；人员认知负荷； NASA—TLX量表；注视 熵；认知负荷模型 II