Fiabilité et modélisation cognitive de l’opérateur humain face à des signaux visuo-posturaux - HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 1997

Reliability and cognitive modeling of human operator facing visuo-vestibular signals

Fiabilité et modélisation cognitive de l’opérateur humain face à des signaux visuo-posturaux

Résumé

The work presented in this dissertation is part of a research contract established between the Directorate of Research and Technology (ergonomics division - Ministry of Defense) and the industrial and human automation and mechanics laboratory. The evolution of systems towards increasingly advanced automation very often leads to transforming human activity in means of transport by air, sea or land, into an activity of monitoring and control of a graphical interface ensuring human interactions. -machine. The resulting monotony of the task, combined with the constraints characterizing working conditions, have negative effects on the vigilance and performance of human operators and more generally on the safety of systems. It is therefore appropriate to analyze the characteristics of the work situation and the operator to meet a dual need for reliability analysis and modeling of human behavior in disturbed conditions or in the face of an accident situation. The work summarized in this dissertation aims to continue the exploration of temporary disturbances affecting the functioning of operators, disturbances linked here to the temporal, visual and postural constraints of the work situation. They include both work on vestibular stimulation of vibratory origin and studies on the presentation of visual information on a graphic screen, and are approached from a multidisciplinary perspective, reconciling human and automatic aspects. The situation analyzed is that of a human operator carrying out a task of categorizing visual signals, of limited duration and of a simple and repetitive nature; its complexity lies in the part of reflection necessary for the discrimination of these messages according to criteria defined in advance. From a methodology point of view, the data are processed within the framework of the theory of signal detection, the main originality of which is to isolate in the perceptual act, the decision-making process from the sensory process. Within this theoretical framework, three experiments were carried out. The implementation of a device for evaluating the perceptual and cognitive performances of the human operator carrying out decision-making was the subject of the first experiment. During the second experiment, the workload and the perceptual and cognitive capacity of the human operator are analyzed in the vibrational environment of a sailboat in various navigation conditions encountered during its expedition in Antarctica. The visuo-cognitive-motor tasks of the human operator during these two series of experiments were carried out with a fixed imposed time which was modulated in the third experiment. In this and last experiment, the role and effects of modifications in temporal pressure, small variations in amplitude of graphic stimuli and vestibular stimulations of vibratory origin, are examined on the performance of the human operator performing a task of detecting variation of graphic figures. The analysis of the data collected throughout the experimental phase initially uses an evaluation methodology based on a statistical model, the structure of which is Bayesian analysis of comparisons. This choice is directly suggested by the measurement of human activity. The other approach is more global because it takes into account the multivariable nature of human behavior. The data analysis technique is then multidimensional: principal component analysis. Finally, an attempt to model the phenomena observed in the visuo-postural environment studied and an identification of the experimental laws obtained make it possible to interpret the results and present them in the form of models. The implementation of these models is the subject of the last part of this dissertation. The originality then lies in the analysis of the reasoning, mental representations and automatic mechanisms linked to the various decision-making affected by a set of constraints (delay, difficulty of observation, vestibular stimulations) exerted on the human operator.
Le travail présenté dans ce mémoire entre dans le cadre d'un contrat de recherche établi entre la direction de la recherche et de la technologie (division ergonomie - ministère de la défense) et le laboratoire d'automatique et de mécanique industrielles et humaines. L'évolution des systèmes vers une automatisation de plus en plus poussée conduit très souvent à transformer l'activité humaine dans les moyens de transport par air, mer ou terre, en une activité de surveillance et de contrôle d'interface graphique assurant les interactions homme-machine. La monotonie de la tâche qui en résulte associée aux contraintes caractérisant les conditions de travail, ont des effets négatifs sur la vigilance et la performance des opérateurs humains et plus généralement sur la sécurité des systèmes. Aussi convient-il d'analyser les caractéristiques de la situation de travail et de l’opérateur pour répondre à un besoin double d'analyse fiabiliste et de modélisation du comportement humain en régime perturbé ou face à une situation accidentelle. Les travaux résumés dans ce mémoire visent à poursuivre l'exploration des perturbations temporaires affectant le fonctionnement des opérateurs, perturbations liées ici aux contraintes temporelle, visuelle et posturale de la situation de travail. Ils englobent à la fois des travaux sur les stimulations vestibulaires d'origine vibratoire et des études sur la présentation d'informations visuelles sur écran graphique, et sont abordés dans une perspective pluridisciplinaire, conciliant aspects humains et automatiques. La situation analysée est celle d'un opérateur humain effectuant une tache de catégorisation de signaux visuels, de durée limitée et de nature simple et répétitive ; sa complexité réside dans la part de réflexion nécessaire à la discrimination de ces messages en fonction de critères définis à l'avance. Au point de vue méthodologie, les données sont traitées dans le cadre de la théorie de la détection du signal dont la principale originalité est d'isoler dans l'acte perceptif, le processus décisionnel du processus sensoriel. Dans ce cadre théorique, trois expérimentations ont été réalisées. La mise en place d'un dispositif d'évaluation des performances perceptives et cognitives de l'opérateur humain effectuant une prise de décision, a fait l'objet de la première expérimentation. Au cours de la deuxième expérimentation, la charge de travail et la capacité perceptive et cognitive de l'opérateur humain sont analysées dans l'environnement vibratoire d'un voilier dans diverses conditions de navigation rencontrées au cours de l'expédition de celui-ci dans l'antarctique. Les taches visuo-cognitivo-motrices de l'opérateur humain pendant ces deux séries d'expériences ont été réalisées avec un temps imposé fixe qui est modulé dans la troisième expérimentation. Dans celle-ci et dernière expérimentation, le rôle et les effets des modifications de la pression temporelle, des faibles variations d'amplitude des stimuli graphiques et des stimulations vestibulaires d'origine vibratoire, sont examinés sur les performances de l'opérateur humain effectuant une tache de détection de variation de figures graphiques. L'analyse des données recueillies tout au long de la phase expérimentale, fait appel dans une première approche à une méthodologie d'évaluation basée sur un modèle statistique, dont la structure est l'analyse Bayésienne des comparaisons. Ce choix est directement suggéré par la mesure de l'activité de l'homme. L'autre approche est plus globale car elle permet de tenir compte du caractère multivariable du comportement humain. La technique d'analyse de données est alors multidimensionnelle : analyse en composantes principales. Finalement, une tentative de modélisation des phénomènes observés dans l'environnement visuo-postural étudié et une identification des lois expérimentales obtenues permettent d'interpréter les résultats et de les présenter sous la forme de modèles. La mise en œuvre de ces modèles fait l'objet de la dernière partie de ce mémoire. L'originalité réside alors dans l'analyse des raisonnements, représentations mentales et mécanismes automatiques liés aux diverses prises de décisions affectées par un jeu de contraintes (délai, difficulté d'observation, stimulations vestibulaires) s'exerçant sur l'opérateur humain.
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Dates et versions

tel-04461863, version 1 (16-02-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04461863 , version 1

Citer

Laurent Desombre. Fiabilité et modélisation cognitive de l’opérateur humain face à des signaux visuo-posturaux. Sciences de l'Homme et Société. Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, UVHC, (France), 1997. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04461863⟩
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Dernière date de mise à jour le 12/05/2024
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