在有人/无人协同中面向复杂信息系统的直观界面设计与多模态评估研究

为何更聪明的屏幕在高压任务中重要

现代军事任务越来越依赖有人飞机与无人机群协同作战。指挥员必须在几秒钟内从拥挤的雷达屏幕和状态面板中筛选信息，在这种情况下混乱可能导致未发现威胁或误伤友军。这项研究提出了一个看似简单但影响重大的问题：如果我们将这些复杂界面重新设计，使其在一瞥之间更“显而易见”——用图片、颜色和动态而非冗密文字——人们能否思考更快、保持更冷静，并依然做出正确判断？

把直觉感受转为界面设计

研究团队基于“直观交互”的理念：我们如何自动把红灯理解为危险、把断链理解为连接丢失。心理学与人因工程研究表明，这类内在模式——身体反应、日常符号与熟悉图标——可以被利用，使用户不必有意识地解码每条信息。在本项目中，这些想法应用于战斗管理屏幕，主要显示三类信息：目标与武器的存在状态（状态）、无人机即将采取的动作（意图）以及整体战局的进展（态势）。通过将每类信息映射到简单的形状、颜色与运动，团队旨在创造“自释其意”的显示，出现的瞬间就能被理解。

从专家草图到可运行的战斗显示

设计这种界面并非凭直觉。团队首先采访有经验的操作员与系统设计者，例如提问“哪种符号能让你不假思索地识别出被干扰的无人机？”从这些访谈中提炼出眼睛、波动、链条与区域等关键词，然后将其转化为粗略图标集。第二组专家在边做边思考的方式下测试这些原型。任何不是所有人都能正确理解的符号都被反复修改，直到每个元素都能瞬间被识读。最终界面使用飞机轮廓代替文本标签，用亮度表示威胁等级，用闪烁高亮标出无人机的下一步位置，用准星或波浪线表示攻击或干扰，并在每个目标下放置小型局部标记以显示是否进入关键射程。

将直观屏幕付诸检验

为检验这些想法在实践中是否有效，30名受训空军人员在模拟指挥台上执行模拟战场任务。有时他们使用传统的文字密集型显示；有时使用新的直观版本，布局与配色经过精心匹配，唯一区别在于信息的编码方式。系统在他们查找特定无人机、导弹、威胁等级、链路故障或处于射程内的目标时记录了响应速度与准确性、眼动轨迹，以及通过与心理负荷相关的脑电信号记录的大脑反应。事后，参与者在广为使用的NASA‑TLX工作负荷量表上评估任务的主观难度。

更快的眼动，更轻的大脑负担

直观屏幕在低到中等信息负荷下持续带来帮助。操作员的响应更快——通常每次查询快上数百毫秒——且查找正确条目所需的注视次数与跳动更少。诸如轻微闪烁的动态提示在突出无人机未来位置方面尤其有效，而广泛被理解的符号（例如表示攻击的瞄准标记）在说明即将动作时优于更隐晦的专业代码。脑电测量同样支持这一结论：一个称为P300的关键信号会随处理努力和延迟而增大，但在直观显示下其幅度更小且出现更早，表明大脑运作更高效。对于信息密集的高负荷任务，这种优势有所缩小，表明没有任何界面可以完全消解极端复杂性。

对处于环路中人的意义

在对优化版直观界面的后续测试中，新一组操作员在态势感知、任务有效性和主观精神负担方面均优于传统布局。简言之，通过将数字和术语转化为与日常经验相一致的清晰图像、颜色编码与运动，系统使人们更快地发现威胁与机会，同时减少心理疲劳。尽管这一工作在实验室、面向狭窄用户群完成，但它为未来的控制室设计（无论军事或民用）提供了具体可行的方案，使人类操作员能在不被压垮的情况下与智能机器保持同步。

引用: Qu, J., Chen, S., Dang, S. et al. A study on design and multimodal evaluation of intuitive interfaces for complex information systems in manned/unmanned cooperation. Sci Rep 16, 4746 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35017-3

关键词: 直观界面, 人机协作, 态势感知, 眼动追踪与脑电, 有人–无人协同