空中交通管制員人機交互界面設計探索

佐江麗

摘要：為探究管制員在與相關設備進行人機交互過程中的相關特征，邀請8位管制學員進行材料觀察實驗，并通過眼動儀記錄管制實驗過程中的眼動數據，分析管制學員實驗后的相關眼動數據。結果表明，被試在注視屏幕時距屏幕邊界具有一定的范圍，但是距不同的邊界距離值不同;此外可以發現，被試對淺藍色和綠色更加敏感。這一研究成果可在今后的管制員交互設備界面中加以應用，促進管制員的工作更加安全和高效。

關鍵詞：管制員;人機交互;界面范圍;色彩偏好

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）32-0239-02

人機界面fHuman Machine Interaction，HMI）也即用戶界面，是人與計算機、設備或系統之間傳遞和進行信息交換的接口，它可以實現計算機信息與人類認識形式之間的轉換。而友好的人機界面可以使用戶在接觸時更加方便操作，想要的信息和功能都能方便找到和使用，HMI的性價比越來越高，即實現交互界面的人性化。

當前階段，研究人員對于人機交互的研究越來越成熟，在多領域均有應用。但對于管制員人機交互方面的研究相對較少。洪遠曾在人機交互的基礎上研究了管制員的工作負荷問題，通過眼動實驗及數據分析，得到相關眼動指標和管制員工作負荷之間的關系，便于今后建立管制員工作負荷測量模型。何瀟等從管制員和飛行員的數據鏈通信角度出發，研究了CP-DLC人機交互界面存在的不足，并對相關界面進行了改進，這是對管制員人機交互探索的有效探索。而眼動技術是進行人機交互研究的有效方法，并得到廣泛認可，例如數控機床操縱面板和智能界面設計等。

由于從未有學者從基礎研究中探索管制員在與管制相關設備進行人機交互時的注視特征，為了彌補這一研究不足，并為今后的管制交互設計提供設計參考，故開展下述相關的實驗研究。

1實驗設計

1.1研究對象

根據人機交互研究的基本理論，發現交互問題的可能性，可用表示為公式：

p=1-（1-A）ⁿ（1）

其中，n為參與實驗的人數。A是實驗對象發現任一問題的可能性。且Nielsen和Landauer發現，λ=31%。本項研究中的研究對象為8人，根據公式可知，8名實驗對象可以發現人機交互中94.9%的相關問題，實驗具有可行性。

所有實驗對象均為管制學員，熟悉計算機基本操作，無色盲、色弱或高度近視等影響實驗結果的視覺缺陷。

1.2實驗目的

1）測試用戶的界面全局視覺搜索特點

通過將三個不同形狀（五角星、橢圓和圓角矩形）的實驗素材鋪滿頁面，以分析用戶在進行視覺搜索時重點關注的區域，進而可以得出用戶在掃視界面時最佳的范圍和最優的長寬比。并且通過該實驗，可以發現被試習慣的界面注釋區域，以便在實際應用中將重要信息或按鈕置于該區域。

2）測試用戶的色彩偏好

實驗通過測試十種基本色（包括深紅色、紅色、橙色、黃色、淺綠色、綠色、淺藍色、藍色、深藍色和紫色），探索管制員對顏色的敏感程度，作為今后相關軟件設計配色的參考。

1.3實驗平臺

實驗通過計算機與眼動儀共同搭建界面基礎實驗評估平臺。計算機顯示器為27英寸，分辨率為1920x1080。實驗使用的眼動儀為Tobii X2-30 Compact，采樣率為30Hz，它可實現無屏幕式眼動追蹤，允許較大的頭動范圍，并且不會對被試形成干擾，能夠提供準確的數據和穩定的追蹤能力。在計算機上安裝tobii眼動儀的運行軟件后，可通過USB接線將眼動儀連接至計算機，并利用支架固定在電腦屏幕上進行實驗。

1.4實驗過程

1）實驗前準備

每位被試實驗一次性完成。實驗內容置于PPT中，每頁PPT的自動播放時間為1min。全局視覺搜索特點測試共3頁，色彩偏好測試共四頁，增加黑、白兩色后共12種基本色，拉丁方均勻排列于界面內，共設計不同的四種排列方式。

2）實驗步驟

①測試人員按照（1）中內容提前準備實驗素材，并導人實驗所用計算機中，并配置相關硬件設備并調試眼動儀;

②被試靜坐于試驗臺前，主試講解實驗任務，并提醒被試在實驗前眼動儀校準時的注意事項;

③被試進行眼動儀校準，校準后效果如圖1所示：

④被試進行正式實驗。依次觀看7頁PPT中的實驗測試素材，每頁素材的瀏覽時長為1min。

1.5實驗注意事項

1）為使得校準結果準確且不影響后續使用，要求被試在進行眼動校準時，盡量不要眨眼;

2）在測試對象進行眼動校準和實驗的過程中，周圍人應位于距眼動儀2m以外的位置，避免眼動儀捕捉到測試對象以外的瞳孔信息導致后續實驗結果不準確。

2數據分析及討論

2.1全局視覺搜索特點測試結果分析

熱點圖可以反映管制員在實驗中的瀏覽和注視情況，被試對某一區域的注視越多，該區域的顏色越偏向于紅色。通過對8名被試的實驗熱點圖進行分析，可以得到被試在屏幕上的主要注視區域，以被試5為例，其實驗熱點圖如圖2所示。

因此，由熱點圖可見，不同被試間注視區域、注視時長有所差異f熱點圖紅色分布區域有所差異。但主要集中在屏幕上方、中部、左側區域。因此對8名被試的眼動數據熱點圖進行重合疊加后計算，計算方法如下：

式中，l1=61.75 cm，l2=31.12 cm，且考慮到實驗用的顯示器可能與實際軟件應用顯示器存在一定差異，不能簡單計算測量注視點集中區域與屏幕邊界的距離，因此計算了注視區域與屏幕邊界距離占屏幕邊長的比值。計算結果如下表1所示。

由計算結果可推斷，被試的注視熱點區域具有以下規律：

1）在屏幕顯示內容無差異的情況下，被試注視區域與屏幕左側邊緣的距離較小，相較于右側，相差屏幕長度的2.2%，即被試觀察屏幕左側區域的內容更多;

2）在屏幕顯示內容無差異的情況下，被試注視區域與屏幕上端邊緣的距離較小，相較于下方，相差屏幕寬度的5.4%，即被試觀察屏幕上方區域的內容更多;

3）以上（1）（2）中結果與當下多數網頁和軟件設計的基本布局相符，因此在接下來的軟件設計過程中，可將重點、重要信息主要布置在軟件界面的左側、上方位置;

4）根據計算結果，可以認為，軟件打開的默認界面也可按照這一被試注視習慣位置出現，并以長寬比約為2：1的比例為軟件默認打開形式;

5）該實驗中設置了3個不同的界面，以避免實驗內容差異導致的實驗結果差異性，而實驗結果表明，不同形狀的實驗結果差異σ<0.03，在誤差允許范圍內，因此，在計算過程中作均值處理。

2.2色彩偏好測試數據分析

實驗后，按照屏幕中12個不同的顏色邊界，將屏幕劃分為12個相同大小的興趣區（AOIs），并提取相關的眼動數據，通過對不同區域平均注視時長、總注視時長、注視時長百分比和AOIs注視次數等數據的處理，匯總后可知被試偏好的顏色如下表2所示。

類似的，可以得到8位被試在不同眼動材料中對顏色的偏好情況，詳見表3。

明顯可見，表2是根據興趣區中的不同眼動指標數據得到各個測試材料中的被試顏色偏好，表3是根據不同被試在四個測試材料中的熱點圖得到的，對兩個表格中各種顏色被偏好的次數進行疊加后得到表4。

由表2可知，最受被試偏好的顏色為淺藍色，其次為綠色，此外，黃色和深紅色二者不分上下，因此，在接下來的軟件顏色選擇上，可以有意向地增加以上四種顏色元素。

3結論

本項研究通過實驗，分析得到管制員人機交互界面的合適大小及管制員地顏色的偏好情況，主要可以得到如下結論：

1）軟件界面的有效邊界距離為：距屏幕左側7.4%、距屏幕右側9.6%、距屏幕上方10.6%、距屏幕下方16%;

2）根據顏色偏好測試實驗的數據分析，結果顯示，最受被試偏好的顏色是淺藍色和綠色，建議今后在以后的軟件設計中多加應用。