塔里木河流域水量調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)用戶界面設(shè)計(jì)

史靚

（黃河水利委員會(huì)信息中心，河南鄭州450004）

塔里木河流域水量調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)用戶界面設(shè)計(jì)

史靚

（黃河水利委員會(huì)信息中心，河南鄭州450004）

計(jì)算機(jī)用戶界面是人們操作和控制整個(gè)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是協(xié)調(diào)和連接計(jì)算機(jī)與人們之間信息交換的橋梁。分析了用戶界面的布局原則，根據(jù)塔里木河流域水量調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能，探討了該監(jiān)控系統(tǒng)各級(jí)界面的設(shè)計(jì)和實(shí)施辦法。

塔里木河流域；水量調(diào)度；遠(yuǎn)程監(jiān)控；用戶界面設(shè)計(jì)

0 引言

塔里木河流域具有自然資源豐富和生態(tài)環(huán)境脆弱的雙重特征，實(shí)施流域水資源統(tǒng)一調(diào)度是維護(hù)自然資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要手段。對(duì)塔里木河流域內(nèi)的重要引水工程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)塔里木河流域近期綜合治理目標(biāo)的基本要求和必要手段。它可以克服流域地域廣袤、交通不便帶來的時(shí)空困擾，使水量調(diào)配者在遠(yuǎn)方的調(diào)度中心就能夠?qū)崟r(shí)觀看各個(gè)引水工程的現(xiàn)場運(yùn)行情況和引放水?dāng)?shù)據(jù)，及時(shí)下達(dá)調(diào)度指令，從而實(shí)現(xiàn)水資源的科學(xué)管理。

塔里木河流域管理局遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋“四源一干”共6個(gè)管理系統(tǒng)及其所屬的12座現(xiàn)地站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。已建成的東河灘樞紐、恰拉樞紐、阿其克河口分水樞紐、大西海子、中游渠首5個(gè)現(xiàn)地監(jiān)控站點(diǎn)接入到本監(jiān)控系統(tǒng)中。已有的監(jiān)控站點(diǎn)因建設(shè)年代、所處地理位置等情況不同，其功能與本次設(shè)計(jì)的要求不完全相同，所具備的遠(yuǎn)程監(jiān)控建設(shè)條件也各有不同。為了統(tǒng)一接入到本次建設(shè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，需要對(duì)原有接入站點(diǎn)的功能進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控界面進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)功能

塔里木河遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)塔里木河流域管理局總調(diào)中心、各源（干）流局分調(diào)中心及其所屬現(xiàn)地站監(jiān)控系統(tǒng)的多級(jí)監(jiān)控。監(jiān)控界面不僅要實(shí)現(xiàn)水量調(diào)配者對(duì)所管轄范圍內(nèi)的閘門引水情況、閘門運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，對(duì)閘站、閘門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，還需要展示流域范圍內(nèi)重要站點(diǎn)的洪水預(yù)警信息和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，并展示系統(tǒng)的存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)等信息。為了更好地展示系統(tǒng)功能，先要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

該系統(tǒng)的總體功能分為以下9項(xiàng)：水閘信息采集與告警，引水量計(jì)算，云臺(tái)和攝像機(jī)控制，水閘閘門控制，對(duì)用戶進(jìn)行身份驗(yàn)證并賦予相應(yīng)權(quán)限，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史信息進(jìn)行查詢檢索，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行管理，手動(dòng)錄入［1］。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 界面布局原則［2～3］

界面設(shè)計(jì)除了滿足系統(tǒng)的功能性要求之外，還要滿足人的審美、認(rèn)知、使用習(xí)慣等需求。界面的整體布局應(yīng)遵循以下原則。

2．1 版面布局簡明清晰

界面的整體布局需要將大量的信息合理安排在界面中，密密麻麻的顯示會(huì)給人留下?lián)頂D不堪的感覺，不利于用戶把注意力集中到有用的信息上，從而增加查找有用信息所花費(fèi)的時(shí)間。所以，在元素之間和元素組周圍留出適當(dāng)?shù)目瞻?，?huì)使屏幕結(jié)構(gòu)合理，方便用戶閱讀、查找。如果信息量大，可以采用屏幕上下翻滾或者界面跳轉(zhuǎn)的方法顯示。這樣，既可以保證界面的美觀性，又可以保證信息量的完整性。從人機(jī)工程學(xué)角度來看，簡單明了的版面布局能有效提高人機(jī)交互效率。

2．2 合理利用最佳視域和有效視域

界面布局要注意等量分割、黃金分割等法則。大量人機(jī)工程學(xué)方面的研究表明，人在頭部靜止、眼睛正?；顒?dòng)的狀態(tài)下，水平方向左25°為最佳區(qū)視域，垂直方向0°到下30°為最佳視域。因此，界面中重要的、交互頻率高的信息應(yīng)盡量落在人的最佳視域內(nèi)。另外，應(yīng)注意信息板塊之間的邏輯關(guān)系，避免用戶漫無頭緒地瀏覽。

圖1 塔河遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig．1 Function structure of Tarim River remote monitoring system

2．3 版面布局順序合理

一般人用眼習(xí)慣是從左到右、從上到下地搜尋，并按順時(shí)針方向掃讀。由于人眼的視覺機(jī)能不完全對(duì)稱，當(dāng)眼睛在偏離中央位置同樣距離的視域范圍內(nèi)時(shí)，眼睛對(duì)屏幕各象限的觀察效率會(huì)按照左上、右上、左下、右下的順序遞減。所以，在界面設(shè)計(jì)中，功能模塊的重要程度也應(yīng)該盡可能的按照此順序來排列。

2．4 屏幕不能擁擠

人機(jī)工程學(xué)實(shí)驗(yàn)表明：屏幕總體覆蓋率不能超過40%，分組覆蓋度不應(yīng)該超過62%［3］，否則容易造成用戶的不安和心理負(fù)擔(dān)。但是，屏幕覆蓋率太低，會(huì)導(dǎo)致用戶注意力分散。因此，布局設(shè)計(jì)中屏幕不能太擁擠，也不能太松散。

2．5 協(xié)調(diào)界面視覺平衡感

版面布局的視覺平衡相當(dāng)重要，對(duì)使用者的心理影響也很明顯。版面布局的視覺平衡與界面元素大小、形狀、色彩等因素都有十分密切的關(guān)系。不對(duì)稱的視覺界面會(huì)讓人覺得整個(gè)畫面是傾斜的，而對(duì)稱的視覺平衡看起來即整潔又有整體感，信息的識(shí)別率也高。

3 界面框架設(shè)計(jì)

界面設(shè)計(jì)首先要滿足系統(tǒng)的功能要求。方便用戶使用是衡量軟件可用性的重要指標(biāo)。在信息內(nèi)容繁多的情況下，把目標(biāo)和任務(wù)機(jī)構(gòu)化是幫助用戶記憶、學(xué)習(xí)的必要手段。在具體設(shè)計(jì)中，可先把任務(wù)分解為若干個(gè)子任務(wù)，再把子任務(wù)分解為更加細(xì)致的次級(jí)子任務(wù)，直到用戶能直觀理解并完成任務(wù)，即可停止分解。在進(jìn)行軟件界面整體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理利用有限的界面空間資源。

登錄塔里木河遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主界面后，設(shè)計(jì)系統(tǒng)分主頁界面、洪水預(yù)警界面和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)控制界面3個(gè)一級(jí)界面。監(jiān)控主頁界面選用塔河流域地圖作為顯示區(qū)域的主體，選用界面跳轉(zhuǎn)的方法進(jìn)行流域二級(jí)界面和監(jiān)控站點(diǎn)三級(jí)界面的信息展示。

3．1 一級(jí)和二級(jí)界面

3．1．1 一級(jí)和二級(jí)界面設(shè)計(jì)方案

根據(jù)界面布局原則，選擇塔里木河流域地圖作為系統(tǒng)界面的主體，還有菜單欄和信息導(dǎo)航區(qū)等副體。把地圖顯示區(qū)放置在界面視覺中心處，既符合用戶的視覺認(rèn)知規(guī)律，又符合界面的黃金分割原理，也最容易引起讀者的視覺注意。

常用的軟件整體布局有“T”字形界面布局、“口”字形界面布局、左右對(duì)稱布局等方式。本次設(shè)計(jì)選用“T”字形界面布局，即界面的上方顯示的是菜單欄，左下方為導(dǎo)航區(qū)，右下方是地圖顯示區(qū)域。這一界面結(jié)構(gòu)清晰、主次分明。塔河遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主界面示意圖如圖2所示，主界面各分區(qū)的功能如表1所示。

圖2 塔河遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主界面示意圖Fig．2 Main interface sketch of Tarim River remote monitoring system

表1 塔河遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主界面各分區(qū)功能表Tab．1 Each partition function of main interface of Tarim River remote monitoring system

3．1．2 一級(jí)和二級(jí)界面實(shí)施

軟件界面標(biāo)題欄采用一些柔和、中性化的顏色。整體界面以簡約、清爽的藍(lán)白搭配為主。根據(jù)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)出地圖界面和概化圖。

（1）塔里木河流域地圖和源干流地圖。塔里木河流域地圖內(nèi)不同地區(qū)采用不同的顏色加以區(qū)分，各地區(qū)的顏色均以淺淡為主，色彩柔和，具有親和力。前景色與背景色反差不宜過大。故流域地圖的背景色選用白色，易與多種色彩搭配。不同界面之間的風(fēng)格一致。圖3為塔里木河流域地圖，圖4為塔里木河源干流地圖。

圖3 塔里木河流域地圖Fig．3 Tarim River valley map

圖4 塔里木河源干流地圖Fig．4 Main stream of Tarim River?source

（2）概化圖。概化圖的主體由阿克蘇河流域、葉爾羌河流域、和田河流域、開都－孔雀河流域和塔里木河干流流域組成。采用概化圖的形式全面顯示流域水系內(nèi)各個(gè)主要監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的PLC狀態(tài)、水位、流量信息。概化圖基本樣式如圖5和圖6所示。

圖5 PLC通訊狀態(tài)圖Fig．5 PLC communication state diagram

圖6 洪水預(yù)警狀態(tài)圖Fig．6 Flood warning state diagram

在概化圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到某個(gè)閘群或閘站上時(shí)，在其右下角以表格形式實(shí)時(shí)顯示出監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的PLC通訊狀態(tài)、警戒水位、流量信息等參數(shù)。

3．2 監(jiān)控站點(diǎn)界面

監(jiān)控站點(diǎn)界面是塔里木河遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的三級(jí)界面，也是各個(gè)水閘的信息展示界面。由于絕大部分操作者都習(xí)慣用右手操作，所以把監(jiān)測(cè)和監(jiān)控功能模塊放在界面的右上角、把視頻模塊放在界面下方。圖7為監(jiān)控站點(diǎn)界面。

塔里木河遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分水閘門界面各分區(qū)的主要功能見表2。

圖7 監(jiān)控站點(diǎn)界面Fig．7 Monitoring site interface

3．2．1 監(jiān)控站點(diǎn)界面設(shè)計(jì)方案

在界面右上角功能區(qū)域內(nèi)，按照現(xiàn)場閘站俯視圖的來水方向進(jìn)行構(gòu)圖，顯示整個(gè)水閘的全貌。鑒于塔里木河流域分水閘門眾多，若所有的功能模塊都放在同一操作界面內(nèi)，從視覺上看，會(huì)使界面擁擠。與操作無關(guān)的界面元素也會(huì)分散用戶的注意力，增加用戶的記憶負(fù)擔(dān)。從現(xiàn)有的系統(tǒng)功能來看，將系統(tǒng)的功能在軟件界面中合理地體現(xiàn)出來，提高用戶操作效率、降低用戶的認(rèn)知和記憶負(fù)擔(dān)，是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。本設(shè)計(jì)把閘群按照引水功能分解為幾個(gè)更小的水閘單元，查看某分水閘時(shí)，只顯示此分水閘門的全部信息，其余分水閘門的信息暫不顯示。這一界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精簡了許多信息負(fù)荷，使分水閘門的功能更加緊湊協(xié)調(diào)，用戶操作起來方便快捷。設(shè)計(jì)監(jiān)控站點(diǎn)包括狀態(tài)模塊、視頻模塊和啟閉模塊。

（1）狀態(tài)模塊。工作現(xiàn)場監(jiān)測(cè)設(shè)備采集上來的數(shù)據(jù)通過PLC傳給監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)經(jīng)過控制系統(tǒng)處理后，再通過狀態(tài)界面顯示出來。狀態(tài)模塊的流程圖如圖8所示。

表2 塔河遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分水閘門界面分區(qū)主要功能表Tab．2 Main function of diversion gate interface of Tarim River remote monitoring system

圖8 狀態(tài)模塊流程圖Fig．8 State module flow chart

（2）視頻模塊。視頻信息通過視頻編碼器采集后，通過監(jiān)控系統(tǒng)的視頻控件，顯示在視頻界面中。視頻界面的右側(cè)是云臺(tái)控制按鈕，左側(cè)是各個(gè)攝像機(jī)控制按鈕，中間是視頻窗口。圖9為視頻界面流程圖。

圖9 視頻模塊流程圖Fig．9 Video module flow chart

（3）啟閉模塊。啟閉界面按照現(xiàn)場水閘閘房的實(shí)際場景進(jìn)行模擬畫圖。界面顯示分水閘門的閘孔數(shù)和閘門的實(shí)時(shí)開啟度。若點(diǎn)擊某號(hào)閘門，則彈出該閘門的啟閉控制窗口界面。彈出界面的左邊顯示閘門的工作狀態(tài)，右邊顯示閘門的運(yùn)行指示信息、開啟度控制信息、閘門控制按鈕和閘門狀態(tài)等信息。操作者可根據(jù)自己的權(quán)限級(jí)別對(duì)閘門進(jìn)行控制。圖10為啟閉模塊流程圖。

另外，界面上還有數(shù)據(jù)查詢、告警等功能，告警、趨勢(shì)和信息界面的信息通過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫直接顯示出來，供用戶讀取。

3．2．2 監(jiān)控站點(diǎn)界面實(shí)施［4］

按照設(shè)計(jì)方案，界面顏色采用了富有科技感的藍(lán)色，與主界面的顏色基本保持一致，并且選用秋季胡楊林作為底圖，使界面更具有塔里木河流域的生態(tài)特色。設(shè)計(jì)出的實(shí)際效果圖如圖11～圖14所示。

各分水閘門監(jiān)測(cè)監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)選擇多窗口多層覆蓋模式，能實(shí)現(xiàn)界面之間的切換，操作界面始終保持在最頂層，其余界面自動(dòng)隱藏。這種多窗口多層覆蓋模式功能區(qū)的劃分很清楚，便于盡可能多地顯示信息，并且充分利用了版面資源。點(diǎn)擊返回總圖按鈕，則可返回到監(jiān)測(cè)監(jiān)控界面，選擇查看其他分水閘門的情況。

圖10 啟閉模塊流程圖Fig．10 Opening and closing module flow chart

圖11 監(jiān)控監(jiān)測(cè)界面總圖Fig．11 Monitoring interface general layout

圖12 啟閉界面Fig．12 Opening and closing interface

圖14 啟閉—彈出界面Fig．14 Opening and closing pop-up interface

4 結(jié)語

用戶界面是應(yīng)用軟件的一個(gè)重要組成部分。一個(gè)好的軟件不僅要功能強(qiáng)大，還要有一定的藝術(shù)品位?；谝陨弦娊?，軟件開發(fā)工作應(yīng)加強(qiáng)用戶界面的設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的塔里木河監(jiān)控系統(tǒng)界面通過一段時(shí)間的運(yùn)行，具有界面友好、操作方便的優(yōu)點(diǎn)，操控人員可實(shí)時(shí)根據(jù)水閘現(xiàn)場運(yùn)行情況，及時(shí)處理突發(fā)事件，真正實(shí)現(xiàn)以人為本、科學(xué)管理水資源的目標(biāo)。

［1］廉娟．以水利信息化帶動(dòng)水利現(xiàn)代化—塔里木河流域水量調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)概述［J］．中國西部科技．2011，10（15）：70－71．

［2］吳永春，黃毓瑜．軟件界面設(shè)計(jì)技術(shù)討論與實(shí)踐［J］．工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2007（6）：52－55．

［3］林影麗．以人為本的用戶界面設(shè)計(jì)［J］．機(jī)械工程師，2013（3）：65－66．

［4］高遠(yuǎn)．基于WEB的人員管理信息系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．福建電腦，2009（9）：13－14．

[責(zé)任編輯 楊明慶]

黃河水院在2017年全國職業(yè)院校技能大賽測(cè)繪賽項(xiàng)中再摘桂冠

2017年全國職業(yè)院校技能大賽高職組“科力達(dá)”杯測(cè)繪競賽于6月2日至6月6日在昆明冶金高等專科學(xué)校隆重舉行，來自全國31個(gè)省（市）、自治區(qū)的82所高職院校參加了本次比賽。黃河水院選派指導(dǎo)教師朱曙光、李永川和選手李小濤、孫夢(mèng)洋、鮑騰飛、張京華組成參賽隊(duì)參賽，參賽隊(duì)師生憑借扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)、嫻熟的專業(yè)技能和團(tuán)結(jié)協(xié)作、頑強(qiáng)拼博的職業(yè)精神再創(chuàng)佳績，以團(tuán)體總分第2名的優(yōu)異成績獲得團(tuán)體一等獎(jiǎng)。在競賽中，黃河水院代表隊(duì)的成績位列二等水準(zhǔn)測(cè)量分項(xiàng)中第1名、1∶500數(shù)字測(cè)圖分項(xiàng)第2名。這也是該校連續(xù)第六年在全國職業(yè)院校技能大賽測(cè)繪賽項(xiàng)中獲得一等獎(jiǎng)。

據(jù)悉，自2012年全國職業(yè)院校技能大賽首次設(shè)置測(cè)繪賽項(xiàng)以來，參賽隊(duì)數(shù)逐年增加，2017年競賽共設(shè)“二等水準(zhǔn)測(cè)量”和“1∶500數(shù)字測(cè)圖”兩個(gè)分項(xiàng)，共有82支代表隊(duì)、164名指導(dǎo)教師、328名選手、492名師生參賽，參賽規(guī)模達(dá)到了歷史新高。大賽先后由河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院、昆明冶金高等專科學(xué)校三所院校承辦。黃河水院代表隊(duì)在歷年賽場上均發(fā)揮穩(wěn)定，共獲得團(tuán)體一等獎(jiǎng)16項(xiàng)，是全國大賽該賽項(xiàng)中獲團(tuán)體一等獎(jiǎng)次數(shù)最多的高校。

（修池）

Design on Tarim River Basin Water Dispatch Remote Monitor System User Interface

Shi Jing
（Information Center of Yellow River Conservancy Commission，Zhengzhou 450004，Henan，China）

Computer user interface is the key link of people to operate and control the whole computer software system and the information exchange bridge to coordinate and link computer and people．It analyzes the user interface layout principle，according to the Tarim River basin water dispatch remote monitoring system function，it discusses each interface design and implementation methods of this monitoring system．

Tarim River basin；water dispatch；remote monitoring；user interface design

P332.3

A

10．13681／j．cnki．cn41－1282／tv．2017．03．008

2017-03-15

新疆塔里木河流域水量調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件開發(fā)及集成（JSY-20120910-01（2））。

史靚（1980-），女，河南開封人，工程師，碩士，主要從事水利信息化、軟件開發(fā)等方面的研究工作。