一種裝甲車輛乘員顯控界面設(shè)計(jì)方法研究

李耀偉，錢 銳，張 洋

(中國(guó)北方車輛研究所，北京 100072)

目前，我國(guó)坦克裝甲車輛上廣泛裝備了綜合顯示器，承擔(dān)著對(duì)車輛信息進(jìn)行組織、分類并向乘員展示的功能，已經(jīng)成為乘員獲取車輛信息的主要途徑.乘員顯控界面的設(shè)計(jì)過(guò)程就是通過(guò)多個(gè)類型和層級(jí)的顯示窗口和操作菜單對(duì)車輛信息進(jìn)行分類、歸納和布置，形成一套帶有一定邏輯關(guān)系的顯控界面集合.

以往對(duì)多個(gè)系統(tǒng)的多種類型的信息進(jìn)行顯控界面設(shè)計(jì)時(shí)，通常是根據(jù)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)或簡(jiǎn)單地按照信息來(lái)源進(jìn)行規(guī)劃.在信息類型和所涉及系統(tǒng)不多的情況下，或者在履帶車輛任務(wù)負(fù)荷不大的情況下，乘員手動(dòng)選擇界面，調(diào)用信息查看.此種設(shè)計(jì)方法，沒(méi)有考慮乘員的心理需求，沒(méi)有充分考慮乘員的使用需求，乘員被動(dòng)地使用顯示設(shè)備，缺乏人機(jī)交互設(shè)計(jì).同時(shí)，由于缺乏規(guī)范化的設(shè)計(jì)要求，偶然性和隨意性較大，這不僅造成信息表達(dá)方式、排序和布置的混亂，極容易出現(xiàn)信息顯示布置不合理的情況，給乘員使用造成干擾和困惑;也導(dǎo)致了不同型號(hào)、不同車型的顯控界面在設(shè)計(jì)上沒(méi)有繼承性，間接增加了設(shè)計(jì)工作的工作量和復(fù)雜程度.

因此，有必要提出一套規(guī)范化的顯控界面設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以及符合乘員使用需求的信息排序、布置方法.

1 顯控界面設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

通過(guò)對(duì)多種車型的顯示界面進(jìn)行歸納總結(jié)，結(jié)合航空、電子行業(yè)的相關(guān)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［4］，形成一套較為規(guī)范的顯控界面設(shè)計(jì)準(zhǔn)則.

1.1 界面總體設(shè)計(jì)

界面采用窗口式設(shè)計(jì)方式，背景色采用黑色表示;標(biāo)題框背景色采用藍(lán)色表示.

界面文字采用粗體宋體字，顏色一般采用黑色、白色、紅色、黃色、綠色、藍(lán)色、灰色表示(使用條件如表1所示)，字體大小默認(rèn)采用24×24像素或?qū)?yīng)字號(hào)字體 (對(duì)應(yīng)18號(hào)字)，也可根據(jù)實(shí)際窗口大小和內(nèi)容采用20×20(對(duì)應(yīng)15號(hào)字)或16×16(對(duì)應(yīng)12號(hào)字)像素或?qū)?yīng)字號(hào)字體，如菜單文字可采用20×20像素字號(hào)，輔助窗口 (側(cè)窗口)可采用16×16像素字號(hào)［1］.

表1 界面文字顏色使用條件

界面窗口分為主窗口、彈出窗口和菜單窗口3 類，界面窗口大小設(shè)置如表2所示.

表2 界面窗口大小

1.2 數(shù)據(jù)顯示

1)儀表顯示.

儀表顯示為參數(shù)主界面內(nèi)容的主要顯示方式，包括圓形儀表和柱狀儀表.其中，圓形儀表顯示車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息;柱狀儀表顯示電壓、溫度、壓力、燃油量等信息.儀表數(shù)據(jù)采用綠色(數(shù)據(jù)為正常值)或紅色(數(shù)據(jù)超過(guò)報(bào)警值)表示.

2)數(shù)字(數(shù)值)顯示.

數(shù)字顯示為不適合用儀表表示的數(shù)據(jù)的顯示方式.參數(shù)名稱和單位采用白色文字表示，參數(shù)內(nèi)容采用綠色數(shù)字(數(shù)據(jù)為正常值)或紅色數(shù)字(數(shù)據(jù)超過(guò)報(bào)警值)表示.如表3所示.

表3 數(shù)據(jù)顯示顏色表示方法

1.3 狀態(tài)顯示

1)圖標(biāo)顯示.

圖標(biāo)顯示通過(guò)圖標(biāo)來(lái)表示信息的不同狀態(tài)，為主參數(shù)界面和節(jié)點(diǎn)狀態(tài)界面狀態(tài)信息的主要顯示方式，包括擋位、轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)、駐車制動(dòng)狀態(tài)、起動(dòng)抑制狀態(tài)、請(qǐng)求停機(jī)狀態(tài)和總線節(jié)點(diǎn)狀態(tài)等信息.圖標(biāo)一般采用圓形或有特殊意義的符號(hào)表示，大小可采用32×32、48×48或64×64像素［2］.

(1)節(jié)點(diǎn)通信狀態(tài)表示.

①節(jié)點(diǎn)名稱.節(jié)點(diǎn)名稱采用漢字縮略名稱表示，在能夠清楚表達(dá)節(jié)點(diǎn)屬性(使用者、功能、安裝位置等)的前提下采用盡可能少的文字表示節(jié)點(diǎn)名稱.節(jié)點(diǎn)名稱最多不超過(guò)6個(gè)漢字，當(dāng)不超過(guò)4個(gè)漢字時(shí)，用一行表示，當(dāng)大于4個(gè)漢字時(shí)，用兩行表示.

②節(jié)點(diǎn)通信狀態(tài)表示方式.節(jié)點(diǎn)通信狀態(tài)圖標(biāo)采用圓形圖標(biāo)(單通道)或上下兩個(gè)半圓形圖標(biāo)(雙通道)表示.

③節(jié)點(diǎn)通信狀態(tài)分類.節(jié)點(diǎn)(或通道)通信狀態(tài)分為3種，分別為通信正常、通信異常和節(jié)點(diǎn)掉線.其中，通信正常用綠色表示，通信異常用紅色表示，節(jié)點(diǎn)掉線用灰色表示.

(2)指控軍標(biāo)狀態(tài)顯示.指控軍標(biāo)狀態(tài)按照要求設(shè)置，狀態(tài)類型表示方式如表4所示［2］.

(3)其他狀態(tài)顯示.

①當(dāng)事件發(fā)生或信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，顯示事件觸發(fā)型狀態(tài)(如提示狀態(tài)、燈光狀態(tài)等)圖標(biāo).

②當(dāng)通訊正常時(shí)，始終顯示常顯示的狀態(tài)(如擋位、工作狀態(tài)等)圖標(biāo).

圖標(biāo)顏色與狀態(tài)類型表示關(guān)系如表4和表5所示.

表4 指控軍標(biāo)狀態(tài)類型

表5 圖標(biāo)狀態(tài)類型

2)文字顯示.

文字顯示通過(guò)文字內(nèi)容來(lái)表示顯示狀態(tài)信息，是狀態(tài)信息的主要顯示方式.狀態(tài)名稱采用白色文字表示，狀態(tài)內(nèi)容采用綠色文字(狀態(tài)正常)或紅色文字(狀態(tài)異常或告警)表示.

1.4 節(jié)點(diǎn)通訊非正常狀態(tài)下的信息顯示

當(dāng)節(jié)點(diǎn)通訊處于異?；虿辉诰€狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)的車輛信息的顯示方式如表6所示.

表6 節(jié)點(diǎn)通訊非正常狀態(tài)下的信息顯示

1.5 菜單顯示

乘員通過(guò)顯控終端菜單實(shí)現(xiàn)顯控界面的切換、操作的分類和執(zhí)行.菜單采用分級(jí)設(shè)置，層級(jí)一般不超過(guò)三級(jí)，并通過(guò)菜單項(xiàng)表示不同的信息內(nèi)容.

通過(guò)菜單項(xiàng)文字和背景顏色來(lái)顯示狀態(tài)信息，是菜單項(xiàng)的主要顯示方式.具體內(nèi)容如表7所示.

表7 菜單項(xiàng)表示方式

1.6 報(bào)警顯示

車輛報(bào)警反映車輛異常狀態(tài)，分為下面3個(gè)級(jí)別:

1級(jí)報(bào)警—— “危險(xiǎn)”.此時(shí)，車輛及其系統(tǒng)的狀態(tài)要求乘員立即停止車輛運(yùn)行并進(jìn)行處置.1級(jí)告警很可能導(dǎo)致車輛毀壞或人員傷亡 (例如:“動(dòng)力艙火警”).

2級(jí)報(bào)警—— “警告”.此時(shí)，車輛及其系統(tǒng)的狀態(tài)要求乘員立即終止執(zhí)行任務(wù)，已不能完成任務(wù)或車輛的狀態(tài)可能導(dǎo)致一級(jí)故障發(fā)生 (例如“發(fā)電機(jī)控制器過(guò)溫”).

3級(jí)報(bào)警—— “注意”.此時(shí)，車輛及其系統(tǒng)允許有條件地繼續(xù)執(zhí)行任務(wù) (例如“滅火瓶故障”)，應(yīng)盡快維修.

報(bào)警信息的顯示分為兩種方式:

1)報(bào)警圖標(biāo)顯示是通過(guò)圖標(biāo)表示報(bào)警信息的級(jí)別，在報(bào)警信息欄中顯示.其中，1級(jí)報(bào)警采用紅色圖標(biāo)表示;2級(jí)報(bào)警采用黃色圖標(biāo)表示;3級(jí)報(bào)警采用藍(lán)色圖標(biāo)表示;提示信息無(wú)圖標(biāo)表示.

2)報(bào)警文字內(nèi)容顯示是通過(guò)文字描述報(bào)警信息的等級(jí)、危及程度、具體內(nèi)容和建議措施，在報(bào)警信息欄和報(bào)警界面中顯示.其中，報(bào)警信息文字顏色與其等級(jí)對(duì)應(yīng)的顏色相同，提示信息文字顏色用綠色表示.［1］

2 基于乘員關(guān)注優(yōu)先級(jí)的信息排序布置方法

基于乘員關(guān)注優(yōu)先級(jí)的信息排序布置方法是以乘員對(duì)信息的關(guān)注程度為基礎(chǔ)的.首先對(duì)整車的信息進(jìn)行梳理，形成車輛信息數(shù)據(jù)庫(kù).然后根據(jù)車輛任務(wù)與設(shè)備重要程度以及乘員完成任務(wù)和操作設(shè)備的需求，統(tǒng)計(jì)乘員對(duì)車輛信息數(shù)據(jù)庫(kù)中每條信息的關(guān)注程度，對(duì)信息進(jìn)行分類，從而制定信息優(yōu)先排序規(guī)則和信息顯示布置規(guī)則.

2.1 信息優(yōu)先排序規(guī)則

根據(jù)車輛信息的不同類型，將信息分為A、B、C三類，其中，A類代表報(bào)警信息，B類代表行車信息，C類代表輔助信息.每一類信息分為1、2、3三個(gè)級(jí)別，1～3級(jí)按照重要程度由高到低的順序排列.由此，將信息等級(jí)劃分為一個(gè)如圖1所示的三階的信息等級(jí)劃分矩陣.

然后，根據(jù)乘員的關(guān)注程度需求為各信息類型和級(jí)別賦優(yōu)先級(jí)權(quán)值，將A類賦值為1，B類賦值為0.7，C類賦值為0.6;1級(jí)賦值為1，2級(jí)賦值為0.8，3級(jí)賦值為0.6;將矩陣中行列權(quán)值相乘得到如圖2所示的信息優(yōu)先級(jí)矩陣.

由此，根據(jù)信息優(yōu)先級(jí)矩陣確定每條信息的優(yōu)先級(jí)權(quán)值，從而形成信息優(yōu)先排序規(guī)則.

圖1 信息等級(jí)劃分矩陣

圖2 信息優(yōu)先級(jí)矩陣

2.2 信息顯示布置規(guī)則

根據(jù)乘員使用需求與人機(jī)工效對(duì)乘員顯示界面區(qū)域按照關(guān)注程度進(jìn)行劃分，結(jié)合信息優(yōu)先排序規(guī)則制定信息顯示布置規(guī)則.

根據(jù)人機(jī)功效評(píng)定乘員對(duì)顯示區(qū)域的關(guān)注程度，將顯示界面劃分為包括1號(hào)區(qū)、2號(hào)區(qū)、3號(hào)區(qū)的3個(gè)區(qū)域.所述3個(gè)區(qū)域設(shè)置為1號(hào)區(qū)與2號(hào)區(qū)在上，3號(hào)區(qū)在下.所述1號(hào)區(qū)設(shè)置于左上方，2號(hào)區(qū)位于右上方.如圖3所示，根據(jù)顯示設(shè)備與乘員的位置關(guān)系，乘員對(duì)3個(gè)區(qū)域的關(guān)注程度有所不同.以顯示設(shè)備位于乘員左前方為例，依據(jù)概率統(tǒng)計(jì)法對(duì)乘員使用習(xí)慣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)乘員使用習(xí)慣統(tǒng)計(jì)結(jié)果，乘員對(duì)于各顯示區(qū)域的顯示面積需求依次為1號(hào)區(qū)＞2號(hào)區(qū)＞3號(hào)區(qū)，各區(qū)域的信息布置密度需求為3號(hào)區(qū)＜2號(hào)區(qū)＜1號(hào)區(qū)，各區(qū)域的信息顯示視覺(jué)敏感度為3號(hào)區(qū)＞1號(hào)區(qū)＞2號(hào)區(qū).將3個(gè)顯示區(qū)域按照顯示面積、信息密度、視覺(jué)敏感度3個(gè)指標(biāo)分別賦權(quán)，將每個(gè)顯示區(qū)域的權(quán)值相乘，得到該區(qū)域的關(guān)注優(yōu)先級(jí)，如表8所示.

圖3 顯示區(qū)域關(guān)注優(yōu)先級(jí)

表8 顯示區(qū)域關(guān)注優(yōu)先級(jí)

將顯示區(qū)域的關(guān)注優(yōu)先級(jí)與信息的關(guān)注優(yōu)先級(jí)相結(jié)合，確定信息的顯示布置方案，形成信息顯示布置規(guī)則，將信息優(yōu)先級(jí)∈［0.8，1)的信息布置顯示在關(guān)注優(yōu)先級(jí)最高的3號(hào)區(qū)域，將信息優(yōu)先級(jí)∈［0.5，0.8)的信息布置顯示在關(guān)注優(yōu)先級(jí)較高的1號(hào)區(qū)域，將信息優(yōu)先級(jí)∈［0，0.5)的信息布置顯示在關(guān)注優(yōu)先級(jí)較低的2號(hào)區(qū)域.

例如:動(dòng)力艙火警為1級(jí)報(bào)警信息，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速為關(guān)鍵行車信息，冷卻液溫度和燃油量為一般行車信息，電壓和潤(rùn)滑壓力為輔助信息.按照信息優(yōu)先排序規(guī)則，動(dòng)力艙火警信息優(yōu)先級(jí)為A1，權(quán)值為1;發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車速信息優(yōu)先級(jí)為B1，權(quán)值為0.7;冷卻液溫度和燃油量信息優(yōu)先級(jí)為B3，權(quán)值為0.42;電壓信息優(yōu)先級(jí)為C1，權(quán)值為0.6;潤(rùn)滑壓力信息優(yōu)先級(jí)為C3，權(quán)值為0.36.按照信息顯示布置規(guī)則，各信息布置情況如圖4所示.

按照信息顯示布局情況設(shè)計(jì)的顯示界面如圖5所示.

圖4 信息顯示布局

圖5 顯示界面圖

3 乘員顯控界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方式

基于以上設(shè)計(jì)方法的乘員顯控界面設(shè)計(jì)流程如圖6所示.

圖6 基于乘員關(guān)注優(yōu)先級(jí)的信息排序布置流程

具體步驟是:

1)根據(jù)履帶車輛遂行的任務(wù)、分系統(tǒng)及設(shè)備的配置情況和功能，收集匯總需要為乘員提供顯示的信息，并建立履帶車輛信息數(shù)據(jù)庫(kù);

2)信息編碼模塊按照信息優(yōu)先排序規(guī)則對(duì)履帶車輛信息數(shù)據(jù)庫(kù)的每一條信息進(jìn)行編碼，生成信息排序優(yōu)先級(jí)編碼，編碼在整車信息系統(tǒng)中作為對(duì)應(yīng)信息的唯一標(biāo)識(shí)，編碼分為3個(gè)字段，首字段表示該信息的優(yōu)先級(jí)類型與等級(jí)，如A1、B3;第二字段表示該信息所屬的分系統(tǒng)，如001表示動(dòng)力系統(tǒng)，002表示傳動(dòng)系統(tǒng);第三字段表示該信息在所屬分系統(tǒng)中的編號(hào).將完成編碼的信息存儲(chǔ)在可供乘員顯控軟件檢索的信息編碼數(shù)據(jù)庫(kù)中;

3)信息獲取模塊從履帶車輛各設(shè)備、傳感終端、采集裝置或信息總線上獲取信息數(shù)據(jù)庫(kù)中各信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);

4)信息編碼檢索模塊根據(jù)信息獲取模塊獲取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的信息從編碼數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息排序優(yōu)先級(jí)編碼進(jìn)行檢索，確定信息的內(nèi)容和優(yōu)先級(jí)程度;

5)信息處理模塊對(duì)經(jīng)過(guò)信息編碼檢索模塊檢索到的信息進(jìn)行解析、標(biāo)定、換算等處理，轉(zhuǎn)換為最終向乘員顯示的數(shù)據(jù)格式;

6)信息顯示布置模塊按照信息顯示布置規(guī)則將經(jīng)過(guò)信息處理模塊處理后的信息按照優(yōu)先級(jí)排序顯示在特定的乘員顯控設(shè)備顯示區(qū)域.

乘員顯控界面設(shè)計(jì)運(yùn)行環(huán)境包括車輛總體信息設(shè)計(jì)平臺(tái)、集成處理計(jì)算機(jī)和乘員顯控終端三部分，如圖7所示.其中，車輛總體信息設(shè)計(jì)平臺(tái)用于制定信息優(yōu)先排序規(guī)則和信息顯示布置規(guī)則，建立車輛信息數(shù)據(jù)庫(kù)，并根據(jù)信息優(yōu)先排序規(guī)則對(duì)車輛信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行編碼.集成處理計(jì)算機(jī)為信息顯示處理運(yùn)行平臺(tái)，由乘員顯控軟件、信息編碼數(shù)據(jù)庫(kù)、顯卡驅(qū)動(dòng)和嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)組成，乘員顯控軟件包括信息獲取模塊、信息處理模塊、信息編碼檢索模塊和信息顯示布置模塊，用于完成信息獲取與轉(zhuǎn)換、優(yōu)先級(jí)排序編碼解釋與顯示處理功能;信息編碼數(shù)據(jù)庫(kù)用于查詢信息的排序優(yōu)先等級(jí);嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為乘員顯控軟件提供運(yùn)行環(huán)境;顯卡驅(qū)動(dòng)將乘員顯控軟件生成的圖形引擎驅(qū)動(dòng)程序轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào).乘員顯控終端從集成處理計(jì)算機(jī)接收視頻信號(hào)并通過(guò)顯示屏圖形界面的形式展現(xiàn)給乘員.

圖7 乘員顯控界面設(shè)計(jì)運(yùn)行環(huán)境

車輛運(yùn)行時(shí)，乘員顯控軟件中的信息獲取模塊周期性地接收以信息優(yōu)先級(jí)編碼為標(biāo)識(shí)的車輛運(yùn)行信息報(bào)文，并存入原始信息緩沖隊(duì)列;信息編碼檢索模塊根據(jù)優(yōu)先級(jí)編碼，按照信息優(yōu)先排序規(guī)則對(duì)原始信息緩沖隊(duì)列中的信息進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序，相同優(yōu)先級(jí)的信息按照進(jìn)入隊(duì)列的時(shí)序進(jìn)行排序，同時(shí)按照編碼內(nèi)容從信息編碼數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索對(duì)應(yīng)的信息名稱，并調(diào)用信息處理模塊對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行解析、標(biāo)定、換算等處理，轉(zhuǎn)換為最終向乘員顯示的數(shù)據(jù)格式，重新排序并處理后的信息存儲(chǔ)在顯示信息緩沖隊(duì)列中;信息顯示布置模塊按照顯示信息緩沖隊(duì)列中的優(yōu)先級(jí)順序讀取信息，根據(jù)優(yōu)先級(jí)編碼，按照信息顯示布置規(guī)則將信息布置在相應(yīng)顯示區(qū)域并生成圖形界面繪圖指令，驅(qū)動(dòng)顯卡生成視頻信號(hào).

乘員顯控終端實(shí)時(shí)地從集成處理計(jì)算機(jī)接收顯示界面視頻信號(hào)，并顯示在顯控終端顯示屏上.

目前，以上設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)環(huán)境已在某型裝甲車輛的研制過(guò)程中得到應(yīng)用，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)人員和部隊(duì)體驗(yàn)人員的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，根據(jù)該方法設(shè)計(jì)的顯控界面在人機(jī)交互流暢程度，界面友好程度，信息獲取的有效性和獲取速度方面均比以往車型有了較大幅度的提高.

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)裝甲車輛信息化水平逐步提高，傳統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、行動(dòng)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)、三防系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)等眾多系統(tǒng)能夠提供的信息也越來(lái)越多.同時(shí)，隨著感知技術(shù)、探測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，乘員的信息感知范圍越來(lái)越大，更多新的信息也加入到顯控設(shè)計(jì)的內(nèi)容之中.大幅增加的信息量不僅給傳輸和處理能力提出了新的挑戰(zhàn)，也對(duì)如何使乘員合理、高效地獲取和使用信息提出了更高的要求.裝甲車輛乘員顯控界面設(shè)計(jì)方法從乘員實(shí)際使用需求出發(fā)，提出了一套規(guī)范化的顯控界面設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以及符合乘員關(guān)注程度要求的信息排序、布置方法，其設(shè)計(jì)結(jié)果已應(yīng)用在研制項(xiàng)目中并獲得了良好的效果和評(píng)價(jià)，為裝甲車輛乘員操作流程設(shè)計(jì)與優(yōu)化工作開(kāi)辟了新的思路.

［1］GJB 1062A.軍用視覺(jué)顯示器人機(jī)工程設(shè)計(jì)通用要求［S］.總裝備部，2008.

［2］GJB 4209.作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)圖信息交換格式 ［S］.總裝備部，2001.

［3］劉秋麗，劉春光，袁 東，等.電傳動(dòng)裝甲車輛顯控終端設(shè)計(jì) ［J］.自動(dòng)化與儀表，2011，(3):4-7.

［4］王海燕，卞 婷，薛澄岐.新一代戰(zhàn)斗機(jī)顯控界面布局設(shè)計(jì)研究 ［J］.電子機(jī)械工程，2011，(4):40-43.