舰船导航系统的人机交互界面设计及评价研究.pdf

第45卷第2 3期2023年12 月舰船科学技术SHIP SCIENCEANDTECHNOLOGYVol.45,No.23Dec.,2023舰船导航系统的人机交互界面设计及评价研究林玥（南昌工学院，江西南昌330 10 8）摘要：为便于用户理解舰船导航系统的各项功能和使用方法，更有效地利用系统完成舰船导航，研究舰船导航系统的人机交互界面设计及评价方法。以最大距离色彩对比度、最大距离对比度为优化目标，建立舰船导航系统人机交互界面设计模型，确定人机交互界面设计方案；通过变异系数法，确定人机交互界面设计方案评价指标权重；利用逼近理想解排序法，结合评价指标权重，得到人机交互界面设计方案评价结果。实验证明：该方法可有效设计舰船导航系统人机交互界面，且视觉效果较优；可有效评价人机交互界面设计方案，及时发现设计方案中的不足，并加以改进。关键词：舰船导航系统；人机交互界面；评价方法；色彩对比度；距离对比度；逼近理想解排序中图分类号：TB472文章编号：16 7 2-7 6 49(2 0 2 3)2 3-0 18 2-0 4Research on design and evaluation of man-machine interaction(Nanchang Institute of Science and Technology,Nanchang 330108,China)Abstract:In order to facilitate users to understand the functions and use methods of ship navigation system,and to usethe system more effectively to complete ship navigation,the design and evaluation method of man-machine interaction inter-face of ship navigation system is studied.With maximum distance color contrast and maximum distance contrast as optimiz-ation objectives,the design model of ship navigation system human-computer interaction interface is established,and thedesign scheme of human-computer interaction interface is determined.The coefficient of variation method was used to de-termine the evaluation index weight of human-computer interaction interface design scheme.The evaluation result of human-computer interaction interface design scheme is obtained by using approximate ideal solution sorting method combined withevaluation index weights.Experiments show that this method can effectively design the man-machine interface of ship navig-ation system,and the visual effect is better.This method can effectively evaluate the design scheme of human-computer in-teraction interface,find the deficiency in the design scheme in time,and improve it.Key words:ship navigation system;human-computer interaction interface;evaluation method;color contrast;range contrast;approximating the ideal solution sort0引言导航系统是确保舰船安全航行的重要设备，而人机交互界面设计则是影响导航系统可用性和效率的关键因素。随着科技的不断发展，人机交互界面设计在舰船导航系统领域得到了广泛关注 2-3。通过良好的人机界面设计，用户可以更容易地理解舰船导航系统的各项功能和使用方法，从而更有效地利用系统进行舰船导航 4。高志方等 5 研究以人为本的交互界面评价方收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 3作者简介：林玥（19 9 3），女，博士，讲师，研究方向为计算机视觉及计算机图形学。文献标识码：Ainterface of ship navigation systemLINYue法。但该方法主要依赖于用户的反馈和评价，因此评价结果存在一定的主观性和不准确性。为解决上述问题，研究舰船导航系统的人机交互界面设计及评价方法，提高舰船航行的安全性和效率。1人机交互界面设计及评价1.1舰船导航系统的人机交互界面设计舰船导航系统人机交互界面内存在m个界面元doi:10.3404/j.issn.1672-7649.2023.23.034第45卷件，舰船导航系统人机交互界面内第i、j个元件为Vi、y jo v;与v,间的色彩对比度为：zij=V(L;-Li)+(ai-aj)+(bi-bi)其中：v;与y,的亮度是Li、L j；L a b 模型内a色彩通道值是aivaj；b 色彩通道值是bi、b j ovi与vi间的相关程度是kij。如果舰船导航系统的人机交互界面内，元件间相关性强时，那么将这2 个元件放置较近距离的位置上，防止人机交互界面色彩太乱，影响操作人员视觉效果，降低舰船导航系统人机交互界面的操作效果，进而影响舰船航行安全性。vi与v,间的距离色彩对比度为：mdijGi=mj-1i-1其中：di,为v;与v,间的距离；为元件相关程度划分阅值。d;的计算公式如下：dj=/(xi-x)+(vi-y)。其中：舰船导航系统的人机交互界面内，V,与y的坐标是(xiy)、(y)。舰船导航系统的人机交互界面内元件距离对比度为Di，代表舰船导航系统人机交互界面元件间视觉对比程度和相对距离的关系，与相对距离具有负相关关系，D，越大，人机交互界面内关系密切的元件间距离越小，利于提升舰船导航系统操作人员的操作便利性，进一步提升舰船航行安全性。D，的计算公式如下：D=22mmWidijj-1i=1其中，wi为权值。依据式（2）与式（4），在元件布局时的约束条件下，建立以最大距离色彩对比度、最大距离对比度为目标的人机交互界面设计模型，公式如下：mf(i)best=max2(a1 Gi+a2 D),i=1其中，1、2 为 G,与D;的权值。林玥：舰船导航系统的人机交互界面设计及评价研究l;+li+|xi-x;l 0,2ui+i+bi-yl8,利用逼近理想解排序法（Techniquefor orderPrefer-ence by Similarity to ideal solution，T O PS I S)，对得到的(2)舰船导航系统人机交互界面设计方案进行评价，了解人机交互界面设计方案中的不足，并加以改进，得到更佳的人机交互界面设计方案，提升舰船导航系统人机交互界面的视觉效果与操作效果。舰船导航系统人机交互界面设计的评价指标体系如表1所示。表1人机交互界面设计的评价指标体系(3)Tab.1 Evaluation index system of human-computer interaction in-一级指标视觉显著性界面可用性(4)操作经济性情感体验性舰船导航系统人机交互界面设计的评价指标体系，主要从4个方面进行考虑，分别是视觉显著性、(5)界面可用性、操作经济性、情感体验性，通过评价舰船导航系统人机交互界面，确保操作人员在操作导航界面时，能够简洁明了并清晰地展示航行信息，使用183约束条件为：(6)terface design二级指标舰船导航系统主要功能元件显著性辅助元件显著性功能导航布局合理性布局新意性界面条理清楚响应速度操作习惯一致性信息清楚区分性导航任务满意度界面美观:184户能快速获取并理解这些信息，从而做出准确的航行决策。同时使用户在与舰船导航系统交互时感到舒适和愉悦，从而提高用户对舰船导航系统的满意度和信任度。利用TOPSIS评价舰船导航系统人机交互界面设计方案的具体步骤如下：步骤1建立原始舰船导航系统人机交互界面设计评价指标矩阵0，表达式如下：0 (or).,(=1,;=,n),舰船科学技术均值与标准差i，公式如下：n1Ti=n3）计算各舰船导航系统人机交互界面设计评价指标相应的变异系数，公式如下：(7)U=一第45卷rii(12)i-1(13)其中，n为一级指标数量，n为二级指标数量。步骤2 确定人机交互界面设计评价指标权重，建立加权矩阵。通过变异系数法，确定各人机交互界面设计评价指标的权重i，归一化处理O，能够获取标准化矩阵Q与加权标准化矩阵Qi，Q i j 的计算公式如下：(8)步骤3求解舰船导航系统人机交互界面设计方案评价的正负理想解P+与P-，公式如下：p=maxQrr),P-=minQr。步骤4求解舰船导航系统人机交互界面设计方案，和P+与P-的欧式距离，公式如下：H=Z(B-Pt),=1n其中，B为第i个舰船导航系统人机交互界面设计方案。步骤5求解B；和理想解的相对贴近度，公式如下：H+H(11)Si=4）归一化处理Ui，得到各指标的权重。2结果与分析以某舰船导航系统为实验对象，该舰船导航系统包括无线电导航系统、卫星导航系统、惯性导航系统、天文导航系统、声呐导航系统等。其无线电测定卫星服务的接收频点是2 49 1.7 5MHz，接收通道数是10，接收灵敏度为-16 0.6 dBW。利用本文方法设计人机交互界面，结果如图1所示。图中，本文方法可有效设计舰船导航系统人机(9)交互界面，且交互界面色彩并不杂乱，搭配更为和谐，操作人员在长时间使用后仍能保持较好的视觉舒适度，色彩选择不仅符合人机交互设计的通用准则，更考虑到了舰船导航系统的实际使用环境。同时本文方法设计的人机交互界面主要功能元件基本集中在左侧，便于操作人员进行任务操作，使得操作人员可以(10)更快地找到并理解所需操作，大大降低了误操作的可P）能性。菜单导航识别系统航行时间时间信息6min磁撞点预测限制3NM12min经过位置分B:航迹GLT航行时间航迹控制面板30S2023-01-01 04:11:41主系统电源输入规划路线时间S舰船导航识别系统方位角海图目标符号以S为舰船导航系统人机交互界面设计方案的评本船信息价标准，其值越高，舰船导航系统人机交互界面设计位置效果越佳。利用变异系数法确定人机交互界面设计评价指标权重的具体步骤如下：1）标准化处理界面设计评价指标体系，获取第i个一级人机交互界面设计评价指标的第 个二级评价指标的标准值ri。2）求解各人机交互界面设计评价指标标准值的平GPS1-对地航向GPS1对地航速GPS1水速度手动操作航首向陀螺仪图1舰船导航系统人机交互界面设计效果Fig.1 Design effect of man-machine interaction interface of shipnavigation system380.0079/N13552.0760E318.5011kn0.1kn296.2第45卷利用本文方法对舰船导航系统人机交互界面设计方案进行评价，评价标准如表2 所示，评价结果如表3所示。从表3可以发现，本文方法可有效评价舰船导航系统人机交互界面设计方案，从评价结果中了解到，仅有界面美观指标的评价结果为较好，其余指标的评价结果均为非常好。为此，需要对人机交互界面的界面美观性进行改进，改进后的人机交互界面设林玥：舰船导航系统的人机交互界面设计及评价研究舰船导航识别系统航行时间电源输入方位角航迹规划路线控制面板时间目标符号菜单导航识别系统航行时间时间信息6min碰撞点预测限制3NM185LT2023-01-01 04:11:41主系统海图12min327计效果如图2 所示。从图2 可以发现，对界面美观性进行改进后，本文方法设计的舰船导航系统人机交互界面，能够更加符合人眼的审美需求。各元件之间的空白适当，避免了视觉上的拥挤感，使得整个界面看起来既不空旷也不拥挤，这样的设计既考虑到了实用性，也考虑到了艺术性。3结语本文对舰船导航系统的人机交互界面设计及评价表2 人机交互界面设计方案评价标准Tab.2 Evaluation criteria of human-computer interaction interfacedesign scheme相对贴近度(0,3)(3,6)(6,8)(8,10)表3人机交互界面设计方案评价结果Tab.3Evaluation results of human-computer interaction interfacedesign scheme二级指标权重舰船导航系统主要功能元件显著性0.48辅助元件显著性0.52功能导航0.31布局合理性0.19布局新意性0.27界面条理清楚0.23响应速度0.35操作习惯一致性0.28信息清楚区分性0.37导航任务满意度0.58界面美观0.42经过位置航迹G本船信息位置GPS1-对地航向GPS1对地航速GPS1水速度手动操作航首向陀螺仪图2 改进后的人机交互界面设计效果Fig.2 Improved human-computer interaction interfacedesign effect进行研究，并提出了相对应的设计与评价方法。研究结果表明，本文方法可有效设计人机交互界面，提升界面的用户体验效果。未来可深入研究用户行为和心理，了解用户对界面设计的需求和偏好；探索新的交评价标准互方式和设计模式，提高界面设计的创新性和实用差性；结合人工智能、虚拟现实等技术，提升舰船导航一般系统的智能化和可视化程度。较好非常好相对贴近度9.48.89.68.19.38.59.99.88.99.27.8630s参考文献：1庞玺斌，梁成程，张闯.一种舰船组合导航系统混合误差模型及应用 J.船海工程,2 0 2 0,49(5)：12 7-132.2段艳花,刘子建，宁铎.基于眼动技术的TMA界面评估及优化 .图学学报,2 0 2 2,43(4):7 45-7 52.DUAN Yan-hua,LIU Zi-jian,NING Duo.Evaluation and opti-mization of TMA interface supported eye movement technolo-gyJ.Journal of Graphics,2022,43(4):745-752.3】王大颜，瞿珏，王崴，等.防空反导装备指控舱显控台界面布局优化设计与评价 .空军工程大学学报（自然科学版)2021,22(5):104-111.4】李亚鸿，董占勋，储程.基于质量屋的数字李生系统用户界面优化和可用性评价 .计算机集成制造系统，2 0 2 3,2 9(6):1941-1949.LI Ya-hong,DONG Zhan-xun,CHU Cheng.User interface op-timization and usability evaluation for digital twin system basedon house of qualityJj.Computer Integrated Manufacturing Sys-tems,2023,29(6):1941-1949.5高志方，吕靖雯,彭定洪.面向用户感性需求的入机交互设计方案评价方法 .系统科学与数学,2 0 2 3,43(3):6 10-6 2 8.分38:0.0079N13552.0760/E318.51lkn0.1kn296.22107