книги из ГПНТБ / Рубахин, В. Ф. Психологические основы обработки первичной информации

НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО КОМПЛЕКСНОЙ ПРОБЛЕМЕ «КИБЕРНЕТИКА» И Н С Т И Т У Т П С И Х О Л О Г И И

В . Ф . Р У Б А Х И Н

ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

ОБРАБОТКИ

ПЕРВИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «НАУКА»

ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

Л Е Н И Н Г Р А Д • 1974

П о Н Т Р О Д Ь Н Ы Й Э К З Е М П Л Я Р

В В Е Д Е Н И Е

Многие виды современного труда связаны с приемом ;и обра­ боткой первичной информации, представленной в виде оптиче­ ских, «фотоэлектронных» и других изображений реальной обста­ новки, без формального перекодирования на символический язык. К таким видам трудовой деятельности, в частности, отно­ сится труд операторов-дешифровщиков и других специалистов, работающих с материалами, полученными с помощью средств воздушного фотографирования и радиоэлектронных средств (те­ левизионной, радиолокационной, тепловой и радиотехнической аппаратуры) при картографировании территории, геологических съемках, поиске полезных ископаемых, в транспортных изыска­ ниях, лесном деле и других отраслях народного хозяйства, а также при различных научных исследованиях, например, при изучении тектонических структур, географических ландшафтов, динамики географических процессов и т. и.

В настоящее время возможности аэрометодов значительно расширяются за счет получения и использования первичной информации из космоса в целях изучения природных ресурсов Земли, исследования поверхности Луны и других небесных тел.

Для эффективного решения перечисленных и аналогичных задач необходимы, с одной стороны, дальнейшее совершенство­ вание технических средств получения информации, а с другой — оптимизация деятельности специалистов различного [профиля и ранга, обеспечивающих обработку потоков «зашумленной» информации в сложных информационных системах.

Основным, наиболее сложным процессом обработки подобной информации является дешифрирование. Под дешифрированием понимается процесс опознания, определения качественных и ко­ личественных характеристик и оценки элементов местности и рас­ положенных на ней объектов по их изображениям применительно к конкретным целям. Различают общетопографическое дешифри­ рование, выполняемое в интересах составления топографических карт, и специальное — геологическое, геоморфологическое, гидро­ логическое, геоботаническое и т. д.

В настоящее время делаются попытки построения общей теории обработки первичной информации с выделением различных ее аспектов: методологических,' технических, ландшафтно-геогра­ фических, логических и психологических. Исследования по ука­ занным направлениям ведутся неравномерно. Некоторые общие методологические, ландшафтно-географические и логические ас­ пекты дешифрирования рассматриваются в разработках по аэро­

1* 3

и на рубежом активизировались исследования в области техни­ ческих основ обработки первичной информации, связанных с ана­ лизом факторов, влияющих на формирование изображений раз­ личной физической природы, со статистическими аспектами обнаружения и опознания объектов, с объективизацией дешифроночного процесса и т. д.

Существенное .место в общей теории обработки первичной информации принадлежит ее психологическим аспектам, ибо оператор является основным и решающим звеном в информацион­ ных дешифровочных системах, а качество его труда в большой степени зависит от учета психофизиологических факторов. С этой проблемой связаны оптимизация обработки первичной информа­ ции человеком, разработка рациональных методик дешифриро­ вания, отбор и обучение специалистов, НОТ операторов, автома­ тизация процесса дешифрирования и т. д. Практика свидетель­ ствует о том, что многие из перечисленных вопросов в настоящее время далеко не решены.

Не случайно в научно-технической литературе по дешифри­ рованию и фотограмметрии как отечественной (Фаас [рукописи],

Sadacca [334], Summerson [336], Hempenins [313]) имеется много высказываний о необходимости изучения и учета «человеческого» фактора при обработке дегаифровочной информации. В США развернуты исследования в области физиологии и психологии дешифрирования [334]. Основное внимание уделяется анализу влияния психофизиологических качеств операторов на резуль­ таты дешифрирования. К сожалению, в большинстве указанных работ, особенно зарубежных, психологические проблемы в де­ шифрировании рассматриваются с чисто «сенсорных» позиций, в целях повышения чувствительности системы «глаза-снимок». Последнее — необходимое, но не основное условие повышения эффективности дешифрирования. Главное здесь — оптимизация смысловой обработки дешифровочной информации.

Данная работа посвящена исследованию психологических и инженерно-психологических аспектов процессов обработки первичной информации. Методологической основой исследования является марксистско-ленинская теория отражения. В свете этой теории процесс отражения внешней среды детерминирован воспринимаемыми структурами и характеризуется определенной ступенчатостью в рамках единого процесса, активностью и ди­ намичностью, адекватностью на данном уровне отражения.* Перцептивный образ является результатом активного взаимо­ действия субъекта с внешним миром.

*В. И. Л е и и н. Философские тетради. Полное собрание сочинений, т. 29, М., Госполитиздат, 1963.

4

Г л а в а i

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ПЕРВИЧНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

При применении инструментальных аэрометодов информация о местности и расположенных на ней объектах поступает к по­ требителю в виде зашумленных изображений различной физи­ ческой природы. Последние можно рассматривать как своеоб­ разные первичные информационные модели, с той или иной сте­ пенью подобия отражающие элементы реальной ситуации и вза­ имосвязи между ними.

§1.1.. Концепция об оптических

ифотоэлектронных изображениях как первичных|

информационных моделях

Первичные информационные модели можно разделить на два больших класса: 1) оптические, получаемые в видимой части спектра электромагнитных колебаний — 350—900 ммк; 2) элек­ тронные, получаемые в невидимой части спектра (тепловые, радиолокационные и др.). Фотографии последних будем называть фотоэлектронными информационными моделями.

Информационные модели отражают целостные предметы внеш­ ней среды. Каждый из них является сложным объектом, в кото­ ром могут быть выделены составные части — элементы и связи между ними, образующие некоторую структуру. Структура упо­ рядочивает множество дискретных элементов в соответствии с за­ конами их организации. Причем каждый элемент сложного объекта может рассматриваться как самостоятельный объект, состоящий из элементов более низкого ранга и имеющий свою структуру. Как видно, объект некоторого /-го уровня иерархии состоит из элементов, являющихся объектами уровня /—1. Такое «квантование» может быть продолжено до уровня микроэлемен­ тов, в качестве которых при зрительном восприятии объектов человеком выступают ощущаемые градации яркости. Следова­ тельно, сложный объект является некоторой системой иерархи­ ческого характера. Основная информация об объектах заклю­ чается в их структуре, ибо если характеристики элементов не­ устойчивы, вариативны, то связи между ними являются более

6

устойчивыми, постоянными. Кроме того, поскольку объекты связаны между собой и находятся в определенных взаимосвязях с окружающей средой, структурная информация о них допол­ няется внеструктурной информацией индикаторного характера.

При подобном подходе информационная модель может рас­ сматриваться как некоторая система, имеющая определенную структуру и внеструктурные связи. В ней могут быть выделены структурная и индикаторная составляющие, роль каждой из которых в процессе опознания изменяется в зависимости от сте­ пени «разрушенности» информационной модели шумами.

Первичные информационные модели, как объекты восприятия, существенно отличаются по своему характеру от реальных пред­ метов при восприятии их в наземных условиях. В самом деле, они не передают целого ряда характеристик предметов; воспри­ нимаемые геометрические и оптические свойства изображения объектов значительно изменены и искажены по сравнению с их свойствами в натуре (например, форма изображения объектов, как правило, представляет собой необычный вид сверху; раз­ меры объектов в несколько тысяч и десятки тысяч раз меньше их реальных величин и очень непостоянны в зависимости от масштаба съемки; природный цвет объектов на черно-белых изображениях передается сравнительно ограниченной гаммой ахроматических тонов ослабленной контрастности и т. д.); эти свойства находятся в большой зависимости от атмосферно-опти­ ческих, аэронавигационных и других условий, от действия шумов.

Рассмотрим особенности первичных информационных моделей с позиций теории систем знаков.

Как показано в [74], различные плоскостные изображения пространства относятся к так называемым искусственным за­ мещающим системам и отличаются друг от друга своим содержа­ нием, способом построения и характером, зависящим от исполь­ зования изобразительных средств, степени кодированности и ин­ формационной емкости. По этим критериям рассматриваемые информационные модели заметно отличаются от проективных чер­ тежей и топографической карты. Действительно, проективные чертежи по своему построению обычно являются многоплановыми ортогональными проекциями избирательно выбранных объектов и их сочетаний, а по характеру относятся к так называемым абстрагированным изображениям [170 и др.]. Топографическая карта является ортогональной проекцией местности, а по своему характеру относится к условно-символическим, обобщенным изо­ бражениям, с использованием стабильной системы условных обозначений («картографической азбуки») для определенной группы масштабов (условные знаки рельефа и местных предметов, пояснительные условные знаки, подписи, цифровые обозначе­ ния, окраска элементов карты). При этом масштабный ряд карт сравнительно ограничен. Топографическая карта обладает рядом

7

преимуществ, которых непосредственно нет у первичных инфор­ мационных моделей; точное геометрическое подобие земной поверхности; высокие измерительные свойства по определению ко­ ординат, высот точек и уклонов местности; определенное декоди­ рование информации о внешних компонентах ландшафта; гене­ рализованное отражение больших пространств с выделением границ контуров и показом их структуры [3 и др. ]. Генерализа­ ция контуров, использование внемасштабных условных знаков для отображения важных объектов, имеющих малые размеры, снимают проблему различения сходных стимулов при пользовании картой. Как справедливо отмечает ряд исследователей (Буданов, Гамезо и др.), топографическая карта имеет определенное сход­ ство с текстуальной записью о местности, а чтение карты — с чте­ нием текста. В то же время в известном смысле карта «субъек­ тивна», ибо является результатом творческой работы геодезиста, топографа и картографа.

Наиболее детально вопросы картографической формы пере­ дачи информации с позиций семиотики и теории информации изложены в работах Бочарова [36]. Автор совершенно правильно систему картографических знаков рассматривает как определен­ ную техническую систему кодирования и предлагает буквенно­ цифровую схему логических связей в интересах построения си­ стемы знаков. В этом случае создается иерархическая структура в виде кодового дерева с iV-мерным делением для определенного класса объектов и его элементов. Суть дела сводится к последо­ вательному наращиванию признаков по мере перехода на уровень конечного множества. В указанной работе рассматриваются кри­ терии оценки содержания картографической информации: до­ стоверность, современность, состав и количество информации, точность и соответствие информации ее назначению; а также кри­ терии оценки картографической формы передачи информации: наглядность изображения, графическая и численная нагрузка карты знаковыми изображениями, соотношение количества зна­ ков и количества информации, точность передачи информации знаками, экономичность знаков, читаемость карты и др. При этом учитываются некоторые закономерности зрительного вос­ приятия отдельных знаков и их совокупности различной густоты. Вопросы логики и психологии чтения топографической карты обстоятельно изложены в работах Гамезо [72 и др.].

Итак, картографические изображения относятся к условно­ символическим, представляющим собой частный случай сигналакода с сохранением пространственно-временной структуры источ­ ника информации.

Что касается первичных информационных моделей, то они являются центральной проекцией местности и расположенных на ней объектов, построенной по законам линейной перспективы, а по своему характеру относятся к «натурно-воспроизводящим»

8

изображениям. Основные из них — аэрофотографические инфор­ мационные модели — напоминают визуально наблюдаемую кар­ тину местности с летательного аппарата. Как видно, здесь совсем иная природа кодирования информации. Рассматриваемые ин­ формационные модели непосредственно отражают местность, не в обобщенном виде, путем использования определенной «азбуки», а наоборот, со всеми деталями, со всеми «фотометрическими» переходами между ее элементами. Причем некоторые из них — в невидимых лучах. Они заметно отличаются от обычных фото­ графий.

К общим особенностям первичных информационных моделей можно отнести:

а) определенную условность («естественное» кодирование) ин­ формации за счет проективных, масштабных и других преобра­ зований, действия тепловых, радиолокационных контрастов и т. д.; б) загрубленность элементов изображения в зависимости от уровня разрешения, «обедненность» его структурного содержа­

ния за счет действия шумов; в) отсутствие взаимооднозначного соответствия между эле­

ментами моделей и реальных объектов.

Вот почему эти модели могут быть отнесены к «зашумленным» информационным моделям.

Для формального представления об отношениях между ин­ формационными моделями и их прообразами естественно исполь­

лей по отношению к источнику сообщения можно говорить только в части отражения некоторых элементно-предикатных структур. Понятие изоморфизма условно.

Зашумленные информационные модели, полученные в раз­ личных условиях формирования, в общем случае гомоморфны по отношению к отражаемым объектам, что затрудняет их обра­ ботку.

Построение информационных моделей связано с преобразова­ нием параметров объектов в параметры электромагнитных сигна­ лов; с преобразованием и усилением сигналов в приемном устрой­ стве, избирательно чувствительном к определенному диапазону волн; с формированием непосредственного изображения или системы отметок. При этом осуществляется переход от простран­ ства объектов к пространству сигналов, а затем к пространству информационных моделей и соответствующих им текущих об­ разов (схема 1.1). Эти переходы связаны с «суммацией» шумов, за счет искажения объектов естественной и искусственной маски­ ровкой, влияния атмосферно-оптических и аэросъемочных усло­ вий, несовершенства технических средств съемки. Электронные изображения с помощью специальных фотоприставок могут быть

9