數據可視化視角下城市窨井蓋GIS 管理系統界面設計

汪海波 吳亞暉 湯起順

（安徽工業大學藝術與設計學院，馬鞍山 243002）

隨著城市化水平的提高[1]，城市中的窨井蓋種類與數量日益增加，各類窨井蓋事故也在不斷增加，影響行人的人身安全和財產安全，因此，城市窨井蓋管理在實況監測、緊急情況處理，事故響應效率等方面亟需提高[2-3]，但因窨井蓋權屬機構不同，且沒有一個全面的窨井蓋管理系統，城市管理者的管理工作效率難以提升。近年來，GIS（Geographic Information System，地理信息系統，以下簡稱為GIS）理論研究不斷發展，并且應用于城市管理中。基于此，文章從數據可視化視角出發，對于城市窨井蓋GIS 管理系統的界面進行設計研究，以提高城市管理工作者的使用體驗。

1 相關概念解析

1.1 數據可視化

數據可視化[4]是指通過對于數據進行綜合處理，將“抽象”的數據以“具象”的形式表現，利用圖形、圖像、圖表等多種便于用戶理解的數據傳達方式，輔助以可操作的交互方式，清晰直觀地向用戶傳遞信息，幫助用戶理解、接受數據。

1.2 城市窨井蓋GIS 管理系統的界面設計

城市窨井蓋GIS 管理系統依托于計算機技術，采集與管理空間地理相關的數據信息，使城市窨井蓋GIS 管理系統具有良好的數據處理、展示等功能[5]。城市窨井蓋GIS 管理系統的界面在普通城市管理系統界面的基礎之上加入GIS[6]，將感性界面與理性內容相結合，為城市窨井蓋管理提供助力。界面設計內容包括管理系統的整體風格，以及菜單界面、登錄界面、數據分析界面、圖表圖像顯示界面、空間地圖界面、任務界面等多方面內容的整版設計。

2 城市窨井蓋GIS 管理系統界面用戶認知特征與需求分析

通過用戶訪談得知城市窨井蓋管理的相關人員按照工作職能可以分為以下三類：城市窨井蓋監管人員、后勤維修人員與系統后臺維護者。城市窨井蓋監管人員主要負責對于日常數據的監控管理，以及在特殊狀況發生時調度相關后勤人員前往現場處理；后勤維修人員主要負責前往實際現場解決各種設備問題；系統后臺維護者主要是對于系統后臺進行維護，保證平臺的正常運轉。城市窨井蓋GIS 管理系統界面用戶主要是城市窨井蓋監管人員、后勤維修人員兩者，通過問卷調研與訪談的方式對于這兩類城市管理者在工作中使用系統時的認知、內容模塊需求兩個方面進行分析，以總結出最終的系統界面用戶需求。

1）認知特征分析。在信息處理中，認知特征[7]主要分為四個環節：感知覺、注意力、記憶力和思維能力，通過對于訪談的結果進行具體分析，得到城市管理工作人員的認知特征，如表1。

表1 城市管理工作者認知特征分析

2）內容模塊需求分析。通過問卷調研，得知因為工作范圍不同，城市管理工作人員、后勤維修人員對于系統界面內容模塊的需求，也有差別。因此對于這兩類使用者的用戶需求分別進行分析總結，具體結果如表2 所示。

表2 管理系統交互界面內容模塊需求分析

從兩表可以得知，窨井蓋監管人員和后勤維修人員因為職能不同，對于系統界面的認知特征，內容模塊需求是有所不同的，相應的設計要素也有所不同，窨井蓋監管人員因為需要長時間檢測系統，監管窨井蓋的實時數據，對于界面的要求主要集中在清晰舒適的界面和場景布局，精確的內容數據信息，異常信息的醒目顯示等方面，主要訴求是降低工作中的認知負荷；而后勤維修人員通過系統來與監管人員對接工作，不需要了解所有信息，只需要知道和維修工作相關的信息即可，因此要求集中在以下幾方面：簡潔明了的界面、重點明確易讀取的信息、問題窨井蓋處理的任務接受、處理與回復、系統的使用提示與反饋。

3 城市窨井蓋GIS 管理系統界面數字可視化設計優勢

GIS 在地理信息、地理空間數據處理方面具有專業性[8-9]，但在可識讀性與易讀性方面略顯不足，容易影響用戶對于界面中數據的認知，而這方面是數據可視化的優勢所在。在城市窨井蓋GIS 管理系統界面設計中，可以賦予數據以多種可視化形式，豐富界面中的信息內容，有效提升用戶對界面中信息的認知效率，提升城市窨井蓋GIS 管理系統界面的價值。因此，城市窨井蓋GIS 管理系統界面數字可視化設計主要具有以下三個方面的優勢：豐富數據傳達方式、增加用戶認知效率、優化用戶操作體驗。

3.1 豐富數據傳達方式

城市窨井蓋GIS 管理系統中的有些數據專業性較強，且比較抽象，用戶直接接受原始的數據會比較難以理解。在界面設計的過程中，通過數據可視化的手段，可使用各種圖形圖表、圖片視頻等多種形式向用戶傳達數據，而非原本簡單的數字與文字的數據傳達方式；另一方面，傳統的空間數據多以數字二維地理數據為主，通過數據可視化，可在界面中以三維圖形、圖片、動畫展示空間數據，提升信息的承載量和維度效果，豐富數據的表達形式。

3.2 增加用戶認知效率

城市窨井蓋GIS 管理系統中部分數據具有時效性，如天氣、警報信息等需要及時注意到的實時信息，這些數據是需要用戶觀察與跟蹤的。通過數據可視化，以用戶與界面交互的方式來管理數據，例如將這些數據獨立出來，設計成實時變化的圖表圖形，方便用戶監測。此外，數據可視化視角下所設計完成的城市窨井蓋GIS 管理系統界面，也會更有利用戶發現海量數據背后的規律，如通過線形圖展示數據，可以看出周期變化趨勢；通過散點圖展示數據，可以看出數據間的聚散關系，有利于用戶在與界面的交互過程中快速理解數據所代表的意義，提高用戶的認知效率。

3.3 優化用戶操作體驗

數據可視化視角下設計的城市窨井蓋GIS 管理系統界面中，將圖形圖標與數據結合顯示，用戶通過圖形標志即可快速定位目標數據，完成數據操作，數據的變化也會伴隨圖形的變化，方便用戶認識到數據的變化；另一方面，通過傳感監測設備收集到的環境空間信息結合地理空間數據，可在系統界面中根據這些數據信息還原監測對象真實空間環境畫面[10]，監測者就可以遠程作出反應操作。

4 數據可視化視角下城市窨井蓋GIS 管理系統界面設計策略

4.1 界面數據設計

數據可視化的目的是向用戶傳遞正確的數據，在設計的過程中，需要保證不同認知能力的用戶最終獲取的數據是準確、清晰、完整的。因此應選擇更容易識讀的數據顯示方式、色彩、數據結構，如圖1。同時還要注意根據數據的種類設計合適的圖表，以及組合應用圖表以此向用戶高效傳達數據，并便于用戶理解，因為每一種圖表都有各自的優勢和特點，如線形圖更擅長反映變化趨勢，餅形圖更擅長反映數據間關系，如圖2。使用靜態效果來展示固定且變化少的數據，動態方式來表現實時變化多的數據。如窨井內的水流量數據會實時刷新，靜態的數據展示不直觀，可以添加動態效果，數據變化的同時，色彩也應同步發生變化，正常閾值內的數值為標準顏色，危險閾值內的數值則為特殊顏色，動態的線性圖表反映監測對象的數據波動，通過動態的熱力圖，以及圖中熱力區域的顏色變化反映周期內目標的聚集情況等，如表3。

圖1 數據可視化中的信息準確性

圖2 圖表化圖像數據顯示

表3 警報數據不同等級顯示方式

4.2 界面視覺設計

4.2.1 采用柵格式布局

在設計中，可采用柵格式的模塊化界面布局方式，根據數據間關系進行分類，將相關數據整合，有差異的數據分組，集中顯示數據。以此保證界面工整簡潔、美觀、易讀，避免復雜的網格結構，減少視覺混亂，提高界面的可用性，如圖3。

圖3 登錄界面模塊化顯示

4.2.2 構建界面層級關系

在系統界面中，運用以下方式在數據模塊之間建立視覺差異，構建層級關系：模塊間設置不同的大小、形狀、顏色，重要模塊使用更龐大、更明顯的色塊，突出核心數據模塊；使用不同的分辨率或透明度展示對象，可通過虛化、透明化背景，對比突出重要數據；模塊標題與模塊內容之間使用不同的字體、字號、色彩來進行區分，如圖4。

圖4 菜單窗口界面層級劃分顯示

4.3 界面用戶體驗設計

4.3.1 保持界面風格統一

界面不同模塊之間的字體、圖標、色彩等[11]在風格上應保持統一，信息數據內容采用統一易讀的字體字號，標題部分選擇與主體數據不同的字體字號。色彩主要以低飽和度色彩為主，高飽和度為輔的色彩配置。界面中的符號、圖形、圖案設計應以具體事物為基礎，增加辨識度，提升用戶的視覺體驗，如圖5。

圖5 系統界面符號圖形圖案設計

4.3.2 采用浮動式數據模塊

在界面中采用浮動式的數據模塊[12]，用戶根據需求選擇需要顯示的數據模塊，數據模塊內容的窗口大小與位置可自行調整，提高界面操作的自由度。同時針對不同的使用場景下應用不同的布局方式。如在需要數據深入研究時，可以使用單模塊界面，滿足深度需求；在需要多方面分析數據時，又可添加多個模塊分析界面，滿足廣度需求，提升用戶操作體驗，如圖6。

圖6 多模塊數據分析界面

4.3.3 顯示空間數據

將監測數據與GIS 地理數據結合，在城市三維地圖空間界面中顯示數據，保證數據與數據主體關系明顯，為城市管理者減輕認知負擔；并將后勤維修人員與設備問題點的地理位置共同顯示在城市三維地圖界面中，在發生問題的時候，城市管理人員可以直觀確定問題設備的位置，以及相距最近的工作人員，迅速發布任務，派遣工作人員前往現場解決問題，提高事故處理效率與整體管理水平，提升用戶認知體驗，如圖7。

圖7 特殊信息空間地圖&任務界面

5 結語

文章根據目前城市窨井蓋管理系統的用戶認知需求與內容模塊需求，提出城市窨井蓋GIS 管理系統界面的設計策略。通過文章的研究可以看出，以數據可視化為視角進行設計的城市窨井蓋GIS 管理系統界面具有較好的數據傳達效果，是更加高效、科學、實用的界面，能夠提高系統用戶的產品體驗與使用效率，為城市管理人員智能化工作提供助力。