《空中交通管制员人机交互界面设计探索》-工学论文，计算机论文-论文范文参考-科学狗论文网

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空中交通管制员人机交互界面设计探索

范文

佐江丽

摘要：为探究管制员在与相关设备进行人机交互过程中的相关特征，邀请8位管制学员进行材料观察实验，并通过眼动仪记录管制实验过程中的眼动数据，分析管制学员实验后的相关眼动数据。结果表明，被试在注视屏幕时距屏幕边界具有一定的范围，但是距不同的边界距离值不同;此外可以发现，被试对浅蓝色和绿色更加敏感。这一研究成果可在今后的管制员交互设备界面中加以应用，促进管制员的工作更加安全和高效。

关键词：管制员;人机交互;界面范围;色彩偏好

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）32-0239-02

人机界面fHuman Machine Interaction，HMI）也即用户界面，是人与计算机、设备或系统之间传递和进行信息交换的接口，它可以实现计算机信息与人类认识形式之间的转换。而友好的人机界面可以使用户在接触时更加方便操作，想要的信息和功能都能方便找到和使用，HMI的性价比越来越高，即实现交互界面的人性化。

当前阶段，研究人员对于人机交互的研究越来越成熟，在多领域均有应用。但对于管制员人机交互方面的研究相对较少。洪远曾在人机交互的基础上研究了管制员的工作负荷问题，通过眼动实验及数据分析，得到相关眼动指标和管制员工作负荷之间的关系，便于今后建立管制员工作负荷测量模型。何潇等从管制员和飞行员的数据链通信角度出发，研究了CP-DLC人机交互界面存在的不足，并对相关界面进行了改进，这是对管制员人机交互探索的有效探索。而眼动技术是进行人机交互研究的有效方法，并得到广泛认可，例如数控机床操纵面板和智能界面设计等。

由于从未有学者从基础研究中探索管制员在与管制相关设备进行人机交互时的注视特征，为了弥补这一研究不足，并为今后的管制交互设计提供设计参考，故开展下述相关的实验研究。

1实验设计

1.1研究对象

根据人机交互研究的基本理论，发现交互问题的可能性，可用表示为公式：

p=1-（1-A）n（1）

其中，n为参与实验的人数。A是实验对象发现任一问题的可能性。且Nielsen和Landauer发现，λ=31%。本项研究中的研究对象为8人，根据公式可知，8名实验对象可以发现人机交互中94.9%的相关问题，实验具有可行性。

所有实验对象均为管制学员，熟悉计算机基本操作，无色盲、色弱或高度近视等影响实验结果的视觉缺陷。

1.2实验目的

1）测试用户的界面全局视觉搜索特点

通过将三个不同形状（五角星、椭圆和圆角矩形）的实验素材铺满页面，以分析用户在进行视觉搜索时重点关注的区域，进而可以得出用户在扫视界面时最佳的范围和最优的长宽比。并且通过该实验，可以发现被试习惯的界面注释区域，以便在实际应用中将重要信息或按钮置于该区域。

2）测试用户的色彩偏好

实验通过测试十种基本色（包括深红色、红色、橙色、黄色、浅绿色、绿色、浅蓝色、蓝色、深蓝色和紫色），探索管制员对颜色的敏感程度，作为今后相关软件设计配色的参考。

1.3实验平台

实验通过计算机与眼动仪共同搭建界面基础实验评估平台。计算机显示器为27英寸，分辨率为1920x1080。实验使用的眼动仪为Tobii X2-30 Compact，采样率为30Hz，它可实现无屏幕式眼动追踪，允许较大的头动范围，并且不会对被试形成干扰，能够提供准确的数据和稳定的追踪能力。在计算机上安装tobii眼动仪的运行软件后，可通过USB接线将眼动仪连接至计算机，并利用支架固定在电脑屏幕上进行实验。

1.4实验过程

1）实验前准备

每位被试实验一次性完成。实验内容置于PPT中，每页PPT的自动播放时间为1min。全局视觉搜索特点测试共3页，色彩偏好测试共四页，增加黑、白两色后共12种基本色，拉丁方均匀排列于界面内，共设计不同的四种排列方式。

2）实验步骤

①测试人员按照（1）中内容提前准备实验素材，并导人实验所用计算机中，并配置相关硬件设备并调试眼动仪;

②被试静坐于试验台前，主试讲解实验任务，并提醒被试在实验前眼动仪校准时的注意事项;

③被试进行眼动仪校准，校准后效果如图1所示：

④被试进行正式实验。依次观看7页PPT中的实验测试素材，每页素材的浏览时长为1min。

1.5实验注意事项

1）为使得校准结果准确且不影响后续使用，要求被试在进行眼动校准时，尽量不要眨眼;

2）在测试对象进行眼动校准和实验的过程中，周围人应位于距眼动仪2m以外的位置，避免眼动仪捕捉到测试对象以外的瞳孔信息导致后续实验结果不准确。

2数据分析及讨论

2.1全局视觉搜索特点测试结果分析

熱点图可以反映管制员在实验中的浏览和注视情况，被试对某一区域的注视越多，该区域的颜色越偏向于红色。通过对8名被试的实验热点图进行分析，可以得到被试在屏幕上的主要注视区域，以被试5为例，其实验热点图如图2所示。

因此，由热点图可见，不同被试间注视区域、注视时长有所差异f热点图红色分布区域有所差异。但主要集中在屏幕上方、中部、左侧区域。因此对8名被试的眼动数据热点图进行重合叠加后计算，计算方法如下：

式中，l1=61.75 cm，l2=31.12 cm，且考虑到实验用的显示器可能与实际软件应用显示器存在一定差异，不能简单计算测量注视点集中区域与屏幕边界的距离，因此计算了注视区域与屏幕边界距离占屏幕边长的比值。计算结果如下表1所示。

由计算结果可推断，被试的注视热点区域具有以下规律：

1）在屏幕显示内容无差异的情况下，被试注视区域与屏幕左侧边缘的距离较小，相较于右侧，相差屏幕长度的2.2%，即被试观察屏幕左侧区域的内容更多;

2）在屏幕显示内容无差异的情况下，被试注视区域与屏幕上端边缘的距离较小，相较于下方，相差屏幕宽度的5.4%，即被试观察屏幕上方区域的内容更多;

3）以上（1）（2）中结果与当下多数网页和软件设计的基本布局相符，因此在接下来的软件设计过程中，可将重点、重要信息主要布置在软件界面的左侧、上方位置;

4）根据计算结果，可以认为，软件打开的默认界面也可按照这一被试注视习惯位置出现，并以长宽比约为2：1的比例为软件默认打开形式;

5）该实验中设置了3个不同的界面，以避免实验内容差异导致的实验结果差异性，而实验结果表明，不同形状的实验结果差异σ<0.03，在误差允许范围内，因此，在计算过程中作均值处理。

2.2色彩偏好测试数据分析

实验后，按照屏幕中12个不同的颜色边界，将屏幕划分为12个相同大小的兴趣区（AOIs），并提取相关的眼动数据，通过对不同区域平均注视时长、总注视时长、注视时长百分比和AOIs注视次数等数据的处理，汇总后可知被试偏好的颜色如下表2所示。

类似的，可以得到8位被试在不同眼动材料中对颜色的偏好情况，详见表3。

明显可见，表2是根据兴趣区中的不同眼动指标数据得到各个测试材料中的被试颜色偏好，表3是根据不同被试在四个测试材料中的热点图得到的，对两个表格中各种颜色被偏好的次数进行叠加后得到表4。

由表2可知，最受被试偏好的颜色为浅蓝色，其次为绿色，此外，黄色和深红色二者不分上下，因此，在接下来的软件颜色选择上，可以有意向地增加以上四种颜色元素。

3结论

本项研究通过实验，分析得到管制员人机交互界面的合适大小及管制员地颜色的偏好情况，主要可以得到如下结论：

1）软件界面的有效边界距离为：距屏幕左侧7.4%、距屏幕右侧9.6%、距屏幕上方10.6%、距屏幕下方16%;

2）根据颜色偏好测试实验的数据分析，结果显示，最受被试偏好的颜色是浅蓝色和绿色，建议今后在以后的软件设计中多加应用。

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