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情境意识

Properties1
aliasesSA, 态势感知

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1 定义

在许多现代人机系统中，人都需要在持续变化的动态环境中准确感知正在发生什么、理解这些信息的含义、并预判接下来会发生什么。这种描述人在动态环境中对当前情境的掌握程度的状态就是情境意识（situation awareness，SA）。情境意识在环境持续变化、信息量大、决策后果重要的任务场景中特别重要。例如，空中交通管制员需要同时监控多架飞机的位置和状态，核电站操作员需要掌握整个系统的运行状况。这些场景下，操作者的情境意识会直接影响任务绩效和系统安全。

2 三个层次

描述情境意识最常用的是Endsley的三层次模型 [@endsleyTheorySituationAwareness1995]，指出情境意识包括三个递进层级：

  1. Level 1为感知（perception），即察觉环境中相关信息的存在及其状态。例如，管制员注意到某架飞机的高度正在下降，驾驶员发现仪表盘出现警告信息。
  2. Level 2 为理解（comprehension），即将多个信息整合起来，理解当前情境的意义。例如，管制员意识到两架飞机正在接近潜在冲突状态，驾驶员判断警告意味着发动机存在异常。
  3. Level 3 为预测（projection），即根据当前情境推测未来可能的发展趋势。例如，预测飞机将在数分钟后发生冲突，或预测某项设备故障将进一步恶化。

基于这一模型，我们可以得出情境意识对操作者的注意力和工作记忆能力有一定要求。高脑力负荷、时间压力、信息过载等因素都可能降低情境意识；成熟的经验与心智模型能够帮助操作者更高效地组织信息、理解情境并预测未来状态。也因此专家通常比新手表现出更高水平的情境意识。

3 测量方法与操作要点

与脑力负荷一样，情境意识属于内部认知状态，无法直接观察，因此可以通过主观汇报、客观绩效、生理测量等方式来测量。情境意识最常用的测量方法属于客观绩效，最具代表性的方法是SAGAT（Situation Awareness Global Assessment Technique）。该方法类似于工作抽样，是指在任务执行过程中，随机选取时间点冻结任务，并向参试者提出与当前情境相关的问题，以考察其对环境信息的掌握程度。问题通常覆盖感知、理解和预测三个层级，回答问题的正确率能够较准确地评估整体与三个层级的情境意识水平。对于SAGAT测量方法，问题的设计十分关键。以下简要总结了Endsley给出的主要注意事项：

  1. 可以通过目标导向任务分析（goal-directed task analysis，GDTA）得出SAGAT问题。该方法能将操作者的任务目标层层分解为子目标、关键决策、每项决策所需的SA信息需求，覆盖 Level 1-3三个层级。这个SA信息需求表可以直接作为SAGAT问题设计的内容蓝图，确保每道题都锚定于真实任务中不可或缺的认知需求。
  2. 问题设计应当覆盖三级、采用自引设计，而不能给参试者提示，即参试者基于自己作答的Level 1答案来回答后续的Level 2、Level 3问题，避免问题本身暗示操作者去注意其原本未察觉的信息。
  3. 冻结时间点必须随机，防止参试者有预期准备，每次冻结时长控制在5分钟以内（避免记忆衰退），两次冻结之间至少间隔一分钟（让SA恢复），且任务初始的几分钟内不冻结，让参试者先建立初始情境。询问时屏幕空白、隐藏任务界面，参试者仅凭记忆作答。同一层级问题的顺序每次随机打乱，防止参试者定向注意某类信息。不过，即使随机选取时间点，冻结任务不可避免地会影响任务的连续执行与沉浸性。
  4. 回答准确性的评分可以有容差范围，可以由领域专家设定容差范围（如航空领域高度±200英尺都算正确），参试者的作答落在容差内即计为正确。

主观测量中较常用的方法是SART（Situation Awareness Rating Technique）。该方法在任务结束后要求被试对自己的情境意识水平进行评分。与SAGAT相比，SART实施简单、成本较低，但结果容易受到个体主观判断的影响。有研究发现，客观方法（如SAGAT）与主观方法（如SART）测的情境意识之间的相关性较低，二者可能捕获的是情境意识的不同侧面 [@endsleyDivergenceObjectiveSubjective2020]。

此外，研究者也开始利用眼动、脑电（EEG）、功能近红外光谱（fNIRS）等生理信号测量情境意识。正如脑力负荷部分所述，这类方法可以实现非侵入、无延迟的连续测量，相关指标通常同时受到注意力、工作负荷和疲劳等因素影响，这些指标反映情境意识的特异性仍有待进一步验证。

4 参考文献

Endsley, M. R. (1995). Toward a Theory of Situation Awareness in Dynamic Systems. Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society, 37(1), 32–64. https://doi.org/10.1518/001872095779049543

Endsley, M. R. (2020). The Divergence of Objective and Subjective Situation Awareness: A Meta-Analysis. Journal of Cognitive Engineering and Decision Making, 14(1), 34–53. https://doi.org/10.1177/1555343419874248

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