基于情境感知的智能井蓋多維交互系統設計

安徽工業大學藝術與設計學院

摘要：為改善窨井事故頻發、監管困難的現狀，研究主要的窨井故障情境與維管人員工作場景中的各種情境影響因素與問題，降低窨井相關事故的發生頻率，提升維管人員發現并解決窨井問題的工作效率。通過用戶調研的方式對窨井在實際應用和維管工作中出現的問題及用戶需求進行總結分析，結合情境感知技術，有針對性地提出設計策略，并進行設計實踐。構建智能井蓋多維交互系統。研究成果將改善當前城市窨井維管困難、事故頻發等問題，提高窨井維管人員的工作效率，為智能井蓋及其管理系統的設計研究提供參考。

關鍵詞：情境感知；智能井蓋；多維交互；系統設計；用戶體驗

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2024）05-0148-04

Abstract：In order to improve the current situation of frequent inspection well accidents and difficult supervision，various situational influencing factors and problems in the main inspection well failure situation and the working scene of vascular personnel are studied，so as to reduce the frequency of inspection Wells related accidents and improve the working efficiency of vascular personnel in finding and solving inspection Wells problems.By means of user survey，this paper summarizes and analyzes the problems in the practical application of inspection Wells and vascular work as well as users demands，puts forward targeted design strategies and carries out design practice.Construct intelligent manhole cover multidimensional interactive system.The research results will improve the current urban inspection well vascular difficulties，frequent accidents and other problems，improve the work efficiency of inspection well vascular personnel，and provide a reference for the design and research of intelligent manhole cover and its management system.

Keywords：Context-awareness；Intelligent manhole cover；Multi dimensional interaction；System design；User experience

引言

智慧城市的建設發展、物聯網的席卷和智能公共設施相關技術的實現，使得人們的城市生活方式發生了巨大的變化，也使得人們對城市生活環境的安全便捷性和舒適宜人性提出了更高的要求。作為城市地下綜合管廊系統中的重要角色，窨井蓋承擔了維護井口安全的使命，但在實際使用過程中，窨井蓋卻常出現異位丟失、殘破損壞等狀況，井下環境也會出現可燃氣體爆炸、雨污水外溢等問題。而目前關于智能井蓋的研究主要集中在技術的研究，沒有考慮到井蓋自身及用戶使用過程中的交互方式與體驗的設計。將情境感知理論與技術引入智能井蓋的交互設計有著重要意義。

一、情境感知在智能井蓋多維交互系統中的應用

Dey A.K在系統研究了眾多學者提出的定義后，對“情境”及“情境感知”提出了具有概括性的定義。“情境”是可以用來描述整體情況的任何信息，其中整體包括了用戶與產品交互過程中相關的人、物體、時間、地點，也包括了用戶與產品本身[1]。指與用戶和應用程序之間的交互相關的人、地點或物體。“情境感知”則是指如果系統使用情境向用戶提供相關信息或服務，則它是情境感知的，其中相關性取決于用戶的任務[2]。

情境感知系統能夠在權限被賦予的情況下，實時對情境信息進行收集和對比，并以用戶需求為導向，在用戶自主選擇操作或情境感知系統推理判斷的情況下，通過合理的觸發機制和形式，主動向用戶提供其所需要的信息或相關服務。

（一）智能井蓋多維交互系統中的情境維度的劃分

情境因素是對感知對象的描述，而感知對象不同，情境因素的分類也就有所不同。Schilit等人從用戶的角度將情境劃分為與人相關的情境，如用戶信息，以及物理環境相關的情境，如位置[3]。Dey將情境分為位置、身份、活動、時間等[4]，Kaltz等人將情境分為用戶&角色、過程&任務、位置、時間、設備[5]，陳媛嫄從人機交互系統的角度將情境劃分為任務、用戶以及環境情境[6]。另外，辛向陽將人、動作、工具或媒介、目標以及場景界定為交互設計的基本元素[7]。依據上述學者對情境信息的分類，以及辛向陽提出的5個交互設計基本要素，本文將智能井蓋多維交互系統中的情境分類為用戶、設備、任務以及環境情境四類，見圖1所示。

另外，智能井蓋從生產、安裝、服役到最后的故障替換，其整個生命周期中都伴隨著大量的數據。這些數據中包含了許多隱藏信息，可以起到輔助用戶決策的作用。因此，在安裝新井蓋時，應為每個井蓋建立電子檔案，系統將井蓋整個生命周期的關鍵信息統一歸檔管理，如井蓋尺寸、權屬單位、傳感器配置、曾出現過什么問題、近期的情境數據等，幫助工作人員在井蓋管理、維護的各個環節做到快速查詢溯源。

4. 提高智能井蓋終端的準確性和可靠性：作為城市窨井的“監察員”，智能井蓋的工作狀態會對監察任務的順利進行產生較大影響，因此智能井蓋的可靠性需要得到保證。通過調查研究發現，目前，智能井蓋的不穩定性主要表現在警情誤報和智能設備故障兩個方面。

其一，警情誤報主要是車輛碾軋井蓋產生振動或維護人員打開井蓋進行維修的動作被誤報為井蓋異動。針對車輛碾軋產生的誤判，可以通過軌跡分析算法對智能井蓋的位移和傾角軌跡進行分析，當位移與傾角在正常范圍內時，則為安全狀態。同時，還可以為井蓋與井座增加更加穩固的連接結構，減少井蓋自身的震動。另外，維護人員可以通過掃碼解鎖的方式解除井蓋異動警報，以保證智能設備對井蓋狀態的準確判斷。

其二，智能井蓋的故障主要表現在電池電量耗盡、信號不穩定等方面。為及時發現設備故障，需要對智能井蓋進行定期“心跳”喚醒，上報電池電量，并分析正常工作條件下電池還能持續供電的時間。同時，通過無線電監測設備對信號發射參數和頻段的穩定性等信息進行監測，發現異常后及時上報信息管理平臺。

5. 外觀形態匹配環境需求：傳統井蓋多為灰黑色的圓形或方形，飾面上只有用于辨別井蓋類型的文字與防滑紋，整體外觀與周邊環境格格不入。若將智能井蓋外觀放在使用環境融合中去設計，就不僅僅是防滑紋和文字那么簡單了，而需要整體考慮井蓋外觀與使用環境是否融洽協調，這里的“融洽協調”可以從3個方面進行衡量。其一，井蓋外觀與周邊環境相比是否顯得突兀，如將鋪滿紅色方形地磚的人行道上的灰色圓形井蓋，更換為同樣外觀的方形井蓋就會和諧許多。其二，井蓋外觀是否能夠體現城市文化特色。如日本所沢市將街道上的井蓋都換成了印有動漫圖案的井蓋，并且這些井蓋還可以隨著天色的變暗而發光，體現日本動漫文化的同時，還起到照亮行路的作用。其三，是否可以通過井蓋外觀來解決某些使用環境中的問題。如日本的車站、廣場等人員密集處使用的井蓋都涂上了顏色鮮艷的油漆，來提醒行人注意井蓋；許多城市通過在井蓋上印市花、市樹或消防員來明確井蓋責任主體或功能。

四、基于情境感知的智能井蓋多維交互設計實踐

依據上文用戶調研時期獲取的用戶需求和產品交互系統內容的分析，智能井蓋交互平臺界面設計主要包括數字中心和權屬單位管理人員使用的PC端交互系統設計，以及維護人員使用的手機App交互系統設計兩個部分。為幫助管理人員從紛繁復雜的數據中快速獲取信息，對界面中的不同功能區進行色彩上的區分，并采用表格的形式呈現各類數據。另外，為提高系統中信息的可讀性，界面信息的呈現需要表現出清晰易讀的特征，以降低用戶認知難度。

（一）管理人員PC端交互系統設計

管理人員使用的PC端交互系統依據數據中心和權屬單位管理人員的工作內容而設計，主要包括案件受理、任務派遣、數據統計分析以及系統管理4個方面，見圖3所示。其中，“案件受理”模塊通過地圖來呈現每個窨井的具體位置，并通過色彩將窨井的故障類型劃分為報警、預警與離線，方便管理人員依據任務緊急程度，進一步了解每一個問題窨井的故障信息；在“任務派遣”模塊，系統依據任務類型和緊急程度，合理地規劃工作任務，經管理人員審批后，將任務以“告知單”的形式派遣給維護人員；“設備數據整理分析”中匯總了所有智能井蓋的實時狀態信息、設備參數和維修記錄，并通過折線統計圖的形式對傳感器的感知數值進行動態展示和對比分析，以及時發現安全隱患；“系統管理”是對管轄區域和設備權屬進行分類管理，明確轄區劃分和每個智能井蓋的權屬單位。

（二）維護人員移動端App交互系統設計

維護人員使用的移動端App交互系統設計主要由報警消息、統計、設備管理和我4個部分構成，見圖4所示。“報警消息”模塊中，通過地圖來呈現轄區內每個問題窨井的地理位置，并依據緊急程度對任務進行排序，選擇某一條任務信息即可查看該問題窨井所對應的維修信息“告知單”。另外，維護人員可利用該模塊的“掃一掃”來掃碼解鎖智能井蓋，以防止信息誤報；“統計”模塊通過折線統計圖和表格的形式向維護人員實時展示整個轄區內窨井的狀態，并智能分析傳感器所反饋的數據，以及時發現安全隱患；“設備管理”模塊是為轄區內的所有智能井蓋建立的“數字檔案館”，方便維護人員進行窨井信息的查詢與溯源。在“我”模塊中，維護人員通過“任務反饋單”向管理人員進行任務執行情況的反饋，并進行上班打卡、個人信息管理等操作。

結語

隨著智慧城市的推進，城市公共設施的設計管理開始向著智能化的方向發展，而城市窨井排水困難、破損丟失等狀況頻發，使得井蓋制造行業開始了對智能井蓋的設計探索。文章以情境感知理論和技術為基礎，以窨井維管人員和市民為服務對象，明確了智能井蓋多維交互的情境因素，并依據用戶調研中出現的問題有針對性地提出設計策略，并展開設計實踐，最終構建出具有智能感知與個性化服務功能的智能井蓋多維交互系統。

項目基金：長三角科技資源共享服務平臺項目“馬鞍山海綿城市井蓋生態設計技術研究”（RH2200000188）階段性成果

參考文獻

[1]文晗.基于情境感知的手機服務界面設計研究[J].設計，2016（11）：44-45.

[2]Dey A K，Brown P J，et al. Towards a better understanding of context andcontext-awareness[C]// Handheld and ubiquitous computing. Springer Berlin Heidelberg，1999：304-307.

[3]袁歡歡，蔣曉.基于情境感知的智慧社區養老服務App設計策略研究[J].設計，2020，33（23）：84-86.

[4]陳氫，馮進杰.多維情境融合的移動情境感知服務系統構建研究[J].情報理論與實踐，2018，41（08）：115-119+160.

[5]KALTZ J W，ZIEGLER J，LOHMANN S. Context- aware Web Engineering：Modeling and Applications[J]. Revue D Intelligence Artificielle，2005，19（3）：439-458.

[6]竇金花，覃京燕.基于情境感知多維數據可視化的產品服務系統創新設計研究[J].包裝工程，2017，38（02）：87-91.

[7]辛向陽.交互設計：從物理邏輯到行為邏輯[J].裝飾，2015（01）：58-62.

[8]陳媛嫄，劉正捷.移動情境感知及其交互研究[J].計算機應用研究，2011，28（12）：4420-4425.