壓路機顯示界面警示信息優(yōu)化設(shè)計研究

姚君 苑夢迪

關(guān)鍵詞：壓路機顯示屏;界面警示信息;優(yōu)化設(shè)計;層次分析法;遺傳算法

1壓路機顯示界面樣本分析

壓路機在碾壓作業(yè)過程中容易發(fā)生安全事故，駕駛室顯示屏方便駕駛員及時查看車輛運行狀況及故障信息的提示，同時降低安全事故的發(fā)生。由于駕駛員在作業(yè)過程中環(huán)境復(fù)雜、影響因素較多，在車輛出現(xiàn)報警信息時，駕駛員能夠快速且準(zhǔn)確的讀取警示信息并作出補救，因此，顯示屏警示信息顯示方式的設(shè)計就顯得尤為重要。通過對壓路機顯示界面存在問題進行分析，提出合理的界面警示信息顯示方式的優(yōu)化設(shè)計方案，提高駕駛員讀取壓路機警示信息的快速有效性。

1.1顯示界面警示信息的調(diào)查與問題分析

壓路機顯示器分為兩部分：顯示屏和實體按鍵。顯示屏的基本功能：顯示機器工作狀態(tài)、警示信息顯示、信息查詢、操作標(biāo)定、維護保養(yǎng)故障信息調(diào)取。雙鋼輪壓路機顯示屏的報警方式有界面信息提示和峰鳴聲音提示兩種;界面信息提示主要分為三種：主界面標(biāo)題欄的圖標(biāo)提示、空白區(qū)域字體彈出框提示、界面機身數(shù)據(jù)提示。但現(xiàn)有壓路機顯示屏界面警示信息的提示方式仍存在不合理之處，顯示屏通過界面將信息傳遞給駕駛員，駕駛員以此作為依據(jù)進行操作，從而實現(xiàn)信息傳遞，而在此交互過程中主要研究對象是人。因此，影響駕駛員獲取信息有效性的因素有：字體、顏色、提示方式等。

界面警示信息顯示存在的問題主要有：重要信息的提示不足;警示信息顯示方式不合理;由于信息本身的問題造成信息的混淆性;多信息源，多影響因素的干擾。在進行界面警示信息顯示優(yōu)化設(shè)計時應(yīng)注意一些問題：優(yōu)化警示信息的顯示方式，注意提高駕駛員讀取警示信息的反應(yīng)時長，降低信息誤讀;注意警示信息的定位;避免引起錯誤信息讀取的設(shè)計。面對多報警信息源時，需要忽略次要信息，突出主要信息;在忽略部分信息時應(yīng)考慮提示信息的重要性。

1.2顯示界面樣本確定

壓路機界面警示信息評價指標(biāo)的選擇，應(yīng)有利于對操控壓路機駕駛員的信息讀取進行全面的分析，并能夠最大限度地客觀反映駕駛員對于車輛警示信息識別、讀取的要求。在對壓路機顯示屏警示信息提示方式問題進行分析，駕駛員的生理、心理特征分析以及國內(nèi)外相關(guān)文獻整理后，從顯示屏警示信息提示方式的三個層面進行要素分析，總結(jié)出影響駕駛員迅速獲取界面警示信息的要素，焦點小組（由7名設(shè)計專業(yè)研究生所組成）對市場上常見的壓路機顯示界面的警示信息進行了要素分析，最終確定了8個樣本要素：包括機身數(shù)據(jù)提示類型（X1）、機身數(shù)據(jù)顏色（X2）、圖標(biāo)顏色（X3）、圖標(biāo)背景色（X4）、彈出框字體式樣（X5）、彈出框字體大小（X6）、彈出框字體顏色（X7）、彈出框背景色（X8）。細分樣本要素如下表1所示。

2壓路機界面警示信息優(yōu)化模型的構(gòu)建

2.1構(gòu)建樣本要素評價體系

樣本要素評價體系是由若干評價指標(biāo)組成的有機整體，是多準(zhǔn)則、多元多屬性的價值判斷，通過檢驗?zāi)Ｐ徒⒌目茖W(xué)與否，決定評價結(jié)果的有效性。用戶依據(jù)量表對樣本要素進行評價，將樣本要素分類，設(shè)置相應(yīng)問題對要素類型進行評價。

2.1.1計算樣本要素權(quán)重

利用層次分析法（analytic hierarchyprocess，AHP）計算樣本要素的權(quán)重值。將復(fù)雜問題的因素劃分層次，在每個層次中，兩兩元素比較其相對重要性，進而得出所有要素的權(quán)重值。首先將樣本要素的重要性使用數(shù)據(jù)定量表示，進行用戶問卷調(diào)查，問卷使用（1～9）點語言量表，要求用戶在1～9范圍內(nèi)給出重要性分數(shù)，得到18組成對比較矩陣A。

1）針對構(gòu)建的矩陣，計算各個要素權(quán)重：

研究邀請了12名設(shè)計專業(yè)且對壓路機有相關(guān)研究的研究生作為被試者，進行用戶評價指標(biāo)權(quán)重評比問卷調(diào)查，要求被試對8個要素進行相對重要性評比，得到了18個判斷矩陣，將得到的矩陣代入公式（1）、（2）、（3）進行一致性檢定，結(jié)果得一致性比率CR均小于0.100，根據(jù)公式（1）得到8個層面評價指標(biāo)的權(quán)重值，如表2所示。

2.1.2用戶評價實驗

基于構(gòu)建的樣本要素的用戶評價體系，選用Likert7點計分法去設(shè)計顯示界面警示信息提示方式的偏好調(diào)查問卷。實驗研究邀請18名設(shè)計專業(yè)的研究生，其中男女比例5：4，年齡為22-26歲。要求被試者對設(shè)計方案進行操作，并對設(shè)計樣本進行打分。在實驗之后，對所有收集到的數(shù)據(jù)進行匯總，經(jīng)由上述評價實驗測量得到18種警示信息提示方式對于23項評價指標(biāo)的分值，問卷評價結(jié)果整理后可得表3。

2.2構(gòu)建警示信息優(yōu)化模型

根據(jù)數(shù)量化理論I類的思想，將警示信息設(shè)計模式作為自變量，將用戶評價值作為因變量。警示信息設(shè)計模式作為項目，將警示信息的各種類型作為類目。假設(shè)有m個項目，第i個項目的個樣本中的反應(yīng)，可得

假設(shè)因變量與各項目、類目的反應(yīng)間存在線性關(guān)系，則可建立用戶評價值與設(shè)計模式各設(shè)計類型的線性模型：

對照界面警示信息樣本要素分類表與式（1），得到1 8個警示信息樣本的反應(yīng)矩陣。利用Matlab軟件求解數(shù)學(xué)模型，得到表4。

3界面警示信息優(yōu)化實驗設(shè)計

3.1基于正交原則的方案設(shè)計

根據(jù)確定的界面警示信息的8個樣本要素及要素與子類型的分布，因此，會有4374（3x2=4374）種方案組合。為提高實驗效率，采用正交實驗設(shè)計抽取具有代表性的樣本進行優(yōu)化實驗。使用軟件Minitab，根據(jù)7要素3水平和1要素2水平的實驗，選用L18（2x3）的正交表，最終確立了18組具有代表性的組合。Minitab輸出組合表，如表5所示。

3.2構(gòu)造適應(yīng)度函數(shù)

遺傳算法優(yōu)化的關(guān)鍵是建立適應(yīng)度函數(shù)，適應(yīng)度函數(shù)的大小用來區(qū)分個體的優(yōu)劣性，約束優(yōu)化的收斂速度及最優(yōu)解的輸出。基于遺傳算法的顯示界面警示信息優(yōu)化設(shè)計的適應(yīng)度函數(shù)本質(zhì)上是建立顯示界面警示信息設(shè)計模式與用戶評價指標(biāo)之間的映射關(guān)系，通過運用層次分析法確定各要素權(quán)重，將權(quán)重值作為適應(yīng)度函數(shù)的系數(shù)，用戶對樣本要素的評價可以得出警示信息設(shè)計模式的分值矩陣，并計算出每矩陣的適應(yīng)度值。通過用戶體驗評價結(jié)果以及層次分析評價實驗結(jié)果計算出用戶體驗評價實際值，即是最優(yōu)目標(biāo)值。則可建立適應(yīng)度函數(shù)值F：

其中：分別表示由數(shù)量化理論I所得到的“機身數(shù)據(jù)提示方式、機身數(shù)據(jù)顏色、圖標(biāo)顏色、圖標(biāo)背景色、彈出框字體式樣、彈出框字體大小、彈出框字體顏色、彈出框背景色”的預(yù)測結(jié)果。

3.3 GA優(yōu)化設(shè)計

染色體編碼與選擇初始種群界面警示信息優(yōu)化設(shè)計樣本共包合8個要素，每個要素下合有2-3個類型。將界面警示信息優(yōu)化組合進行染色體編碼，根據(jù)二進制編碼每組樣本將產(chǎn)生23位的二進制位染色體串，分別將18組樣本組合進行編碼，得到18組染色體串并將其作為遺傳進化的初始種群。構(gòu)建的18組樣本組合染色體編碼如表6：

遺傳算法選擇、交叉、變異的方式分別為輪盤賭法、單點交叉法、翻轉(zhuǎn)法，在軟件MATLAB中設(shè)置遺傳算法的交叉率Pc為0.60，變異率P為0.1，種群規(guī)模取100，終止代數(shù)取100代。執(zhí)行程序后，可以得到適應(yīng)值的趨勢圖，如圖1所示。

4實驗結(jié)果分析與驗證

4.1試驗結(jié)果分析

通過觀察適應(yīng)度函數(shù)值趨勢圖可以發(fā)現(xiàn)，進化至第11代時，目標(biāo)函數(shù)值開始逐步穩(wěn)定為1.3129，表明此時適應(yīng)度函數(shù)已經(jīng)收斂。此時界面警示信息樣本組合的二進制編碼為“10 100 100 001001 001 001 001”，對其進行解碼，得（X11、X21、X31、X43、X53、X73、X83），即表示對于雙鋼輪壓路機界面警示信息組合模式來說，最佳的組合模式是機身數(shù)據(jù)提示方式“閃亮”、閃頻：0.67s/次、機身數(shù)據(jù)顏色“紅色”、圖標(biāo)顏色“白色”、圖標(biāo)背景色“紅色”、彈出框字體式樣“微軟雅黑”、彈出框字體大小“75px”、彈出框字體顏色“白色”、彈出框背景色“紅色”。優(yōu)化前后界面警示信息提示方式如圖2所示。

4.2試驗設(shè)計驗證

針對實驗結(jié)果驗證經(jīng)遺傳算法優(yōu)化界面警示信息的方法是否有效，利用心理學(xué)實驗軟件E-prime進行視覺搜索實驗，記錄優(yōu)化前后顯示屏界面獲取警示信息的反應(yīng)時和正確率，比較兩者數(shù)據(jù)，若優(yōu)化后的反應(yīng)時較短，正確率較高，證明界面優(yōu)化有效;反之，則無效。

實驗設(shè)計：邀請15位設(shè)計專業(yè)人員，觀察界面警示信息提示方式來獲取信息，記錄優(yōu)化前后界面的反應(yīng)時長和正確率，如表7。將所得數(shù)據(jù)錄入SPSS進行方差分析，實驗結(jié)果如表8：對比優(yōu)化前后的正確率，無顯著性差異（P=0.255，P>0.05），優(yōu)化前后的反應(yīng)時效應(yīng)顯著（P=0.001，P<0.05）。因此，優(yōu)化后的界面用時更少，認為其搜索效率更好，界面警示信息呈現(xiàn)方式更優(yōu)。

5結(jié)語

針對壓路機顯示屏界面警示提示方式存在的問題，提出了基于遺傳算法的壓路機顯示界面警示信息優(yōu)化方法，梳理了警示信息的提示方式與存在問題，總結(jié)了界面警示信息樣本要素，得到了各要素的權(quán)重值，其中“圖標(biāo)背景色”所占比重最大;同時建立了警示信息設(shè)計模式的模型，在此基礎(chǔ)上利用遺傳算法優(yōu)化界面警示信息設(shè)計組合，并利用心理學(xué)實驗軟件E-prime對其結(jié)果進行驗證，優(yōu)化后的界面，用戶的正確率無顯著性差異，反應(yīng)時存在顯著性差異，說明優(yōu)化后的界面視覺搜索用時更少，同時也證明了界面警示信息的優(yōu)化具有有效性。但是，需要指出的是界面警示信息的優(yōu)化方式有很多，后續(xù)的研究中將會結(jié)合多方面因素，從多角度優(yōu)化界面警示信息。