在复杂、动态变化的“人-机”环境中，情境意识是影响操作者决策和绩效的关键因素。根据Endsley的定义，情境意识( situation awareness， SA) 是描述人-机-环境系统中人对外界环境进行加工，从感知(perception)信息，到理解( comprehension) 信息，直至能对未来信息状态进行预测(projection) 的三阶段认知过程。操作者在复杂人控回路中进行作业时，通过人机界面上的图像、图形、文字等信息，获得对外界环境的感知，根据一定的原则进行决策判断，并执行操作，在这一过程中操作者的操作绩效会受到SA水平的重要影响。据调查，航空飞行51．6% 的重大事故和 35．1%的非重大事故由错误的 SA 造成，空间 飞行器交会对接任务中也有因情境意识错误而对 接失败的案例。为避免因操作者SA下降导致的绩效或安全问题，从理论和应用层面对飞行 器交会对接、空间站机械臂遥操作、空间探索机器人遥操作等复杂人机界面操作任务的情境意识进 行研究，具有重要的实践意义。

在对情境意识理论模型的研究中，针对具体任务给出SA水平的预测值，是一个逐渐受到重 视的研究方向。Kirlik 等提出一种基于过程数据的SA模型，但用此方法得到的 SA 预测值 更多指向绩效而不是 SA 本身; Hooey 等建立了 SA 比例计算模型，但他们的模型并没有经过人在回路中的实验验证，且参数设置较为粗糙; 刘双 等在 Hooey 模型的基础上，创新性地提出了基 于人的注意力分配的 SA 模型，但该模型没有涉 及对 SA 第三阶段预测能力的建模，且在其验证 平台上他们认为人对所感知的信息是完全理解 的; Jones 等用模糊认知图( Fuzzy Cognitive Maps，FCM) 方法对作战指挥系统 SA 进行了建 模，但其研究主要侧重在指向目标的任务分析，对 SA 本身的关注不够，并且对 FCM 的输出等也没 有进一步探讨。

在前人研究的基础上，本研究期望发展出一个更加普适和全面的SA模型。由于情境意识是 一种复杂的高级认知活动，其影响因素众多，其中 操作者的认知特性和人机界面特性是影响SA水平的重要因素。本研究整合了这一类因素，提出了情境意识中操作者“认知预期”的概念，在刘双等两阶段情境意识水平模型思想的基础上， 将其发展为三阶段形式。并在“认知预期”的概 念下对预测模型的参数进行了重新解释;在航天器手控交会对接实验中配置模型参数，进行了模型的有效性验证。

情境意识中的“认知预期”概念

针对一个特定的人控回路操作任务，操作者 会持续对操作行为的效果、可能出现的信息更迭、 情境未来状态不断形成期待和预测，形成动态循 环。可以认为在操作者情境意识形成中，其心理 ( 认知) 预期指向的虽然是处于动态中的“未来” 事件，但操作者形成这种认知状态则是在“未来” 之前，也就是说提前的认知判断形成了“认知预期”，于是本文提出“认知预期”这一概念，定义为“在特定操作环境下预先形成的对未来的期待与预测”。

在传统心理学上，“预期”概念主要指人对未来所发生情况所做的预测，相关理论有心理控制 资源( control resources) 期望、经典动机理论、经验 决策期望值等。Endsley 对情境意识概念模型的描述中，讨论了“预先概念( preconception) ” 或“预期( expectation) ”的影响，其内容包括以下 几个方面:通过学习训练等过程，业已在心理模型 ( mental model) 中形成的对系统和任务的认识;当 心理模型发展了一定成熟的程度，将形成“自动 化”的认知机制;以及预先向操作者讲明的“任务 目标”等。综上，可将操作者“认知预期”概念内 涵总结为以下4 方面:

1) 对信息重要程度的认知。操作者对不同 种类信息重要度的预先认知直接影响其注意力分 配，由此影响 SA。

2)通过学习、训练等形成的心理模型。成熟的心理模型会使操作者对任务中可能出现的各种 情况有更清晰的认识，一般也就意味着更好的 SA 水平。

3)所呈现信息与人的认知特性相符合的程 度。在人机界面上的信息如果能有更好的“适人性( appropriation) ”，即满足人本身然的生理或心理特性，会让操作者更容易身临其境，同样也会 提高 SA。

4) 动机水平。操作者对操作表现水平的期待程度。

基于“认知预期”的三阶段SA模 型

基于 Hooey 的 SA 比例计算模型思想以及三阶段情境意识理论，对一种信息的认知状态可 能是未察觉、察觉、可理解、可预测 4 种，用 Ci 代 指对信息 i 产生的认知状态，故认为 Ci 有且仅有 4 种可能取值。Hooey 将能够理解信息认为是已 经达到完满的认知状态，故而将 C 值取为( 0， 0． 5，1) ，而本文认为对信息的认知达到能够预测 的程度才到达完满，故而将 C 值分别定义为( 0， 0． 4，0． 8，1) 。将 SA 水平认为是实际SA和理想SA的比值，其中理想 SA 指每种信息都能获得完全的认识状态( 可预测) ，将操作中需要感知的信 息编号为1 ～ n，则 C1 ～ Cn 都为1，比例形式的 SA 计算式如公式( 1) 所示:

在此省略XXX字。