图学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 200-210.DOI: 10.11996/JG.j.2095-302X.2025010200
李博1(
), 宣金鸽1, 薛艳敏1, 余隋怀1,2, 王娟1
收稿日期:2024-05-22
接受日期:2024-09-14
出版日期:2025-02-28
发布日期:2025-02-14
第一作者:李博(1983-),男,副教授,博士。主要研究方向为人机工效与交互设计、产品情感化设计与智能计算。E-mail:libo1983@xaut.edu.cn
基金资助:
LI Bo1(
), XUAN Jinge1, XUE Yanmin1, YU Suihuai1,2, WANG Juan1
Received:2024-05-22
Accepted:2024-09-14
Published:2025-02-28
Online:2025-02-14
First author:LI Bo (1983-), associate professor, Ph.D. His main research interests cover ergonomics and interaction, product emotional design and intelligent computing. E-mail:libo1983@xaut.edu.cn
Supported by:摘要:
为了优化地铁调度员的任务绩效。以CATIA构建虚拟人体模型并进行视域等级划分,将调度界面和视域进行栅格化处理并构建人机布局优化模型,调度界面进行模块化处理并分析各模块的重要程度,以粒子群算法为基础引入惯性权重得出最优布局方案。以人机界面信息显示优化策略为准则,对人机界面的色彩、字体、图标进行优化设计,搭建眼动实验平台,选用AOI首次注视时间、AOI注视持续时间、AOI注视次数和AOI平均反应时及热点图作为人机界面任务绩效的判断指标。得到结果为:①人机布局优化模型布局设计将调度员注意力提升52%;②AOI首次注视时间、AOI注视持续时间和AOI平均反应时P值均小于0.05,具有显著性差异;优化后的调度界面AOI平均反应时提升50%;③AOI注视次数虽P值大于0.05,在统计学上无意义,但数据对比分析具有现实意义;④热点图符合视域的等级划分,眼动轨迹主要集中在最佳视域区域。通过构建的人机布局优化模型得出的布局方案和信息显示优化策略进行人机界面设计,有助于促使调度员注意力合理分配,提升调度员的任务绩效,为人机界面优化设计提供参考。
中图分类号:
李博, 宣金鸽, 薛艳敏, 余隋怀, 王娟. 基于视觉因素的地铁调度人机界面优化设计评价[J]. 图学学报, 2025, 46(1): 200-210.
LI Bo, XUAN Jinge, XUE Yanmin, YU Suihuai, WANG Juan. Evaluation of optimal design of human-machine interface for subway dispatching based on visual factors[J]. Journal of Graphics, 2025, 46(1): 200-210.
| 因素i比因素j | 量化值 |
|---|---|
| 同等重要 | 1 |
| 稍微重要 | 3 |
| 较强重要 | 5 |
| 强烈重要 | 7 |
| 极端重要 | 9 |
| 两相邻判断的中间值 | 2,4,6,8 |
表1 层次分析法1~9级标度表
Table 1 Scale table 1~9 levels of analytic hierarchy process
| 因素i比因素j | 量化值 |
|---|---|
| 同等重要 | 1 |
| 稍微重要 | 3 |
| 较强重要 | 5 |
| 强烈重要 | 7 |
| 极端重要 | 9 |
| 两相邻判断的中间值 | 2,4,6,8 |
| 矩阵阶数 | RI |
|---|---|
| 1 | 0.00 |
| 2 | 0.00 |
| 3 | 0.58 |
| 4 | 0.90 |
| 5 | 1.12 |
| 6 | 1.24 |
| 7 | 1.32 |
| 8 | 1.41 |
| 9 | 1.45 |
表2 随机一致性指标
Table 2 Random consistency index
| 矩阵阶数 | RI |
|---|---|
| 1 | 0.00 |
| 2 | 0.00 |
| 3 | 0.58 |
| 4 | 0.90 |
| 5 | 1.12 |
| 6 | 1.24 |
| 7 | 1.32 |
| 8 | 1.41 |
| 9 | 1.45 |
| 区域 | 模块 | 合计 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a | b | c | d | e | f | g | h | ||
| A区 | 0 | 3 | 11 | 1 | 6 | 6 | 1 | 2 | 30 |
| B区 | 0 | 3 | 8 | 6 | 0 | 0 | 6 | 2 | 25 |
| C区 | 9 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 20 |
| 合计 | 9 | 7 | 19 | 7 | 6 | 6 | 7 | 14 | 75 |
表3 优化前各模块在不同区域的单元数
Table 3 The number of units of each module in different areas before optimization
| 区域 | 模块 | 合计 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a | b | c | d | e | f | g | h | ||
| A区 | 0 | 3 | 11 | 1 | 6 | 6 | 1 | 2 | 30 |
| B区 | 0 | 3 | 8 | 6 | 0 | 0 | 6 | 2 | 25 |
| C区 | 9 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 | 20 |
| 合计 | 9 | 7 | 19 | 7 | 6 | 6 | 7 | 14 | 75 |
| 参数 | 模块 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a | b | c | d | e | f | g | h | |
| 权重 | 0.127 3 | 0.219 3 | 0.171 8 | 0.307 2 | 0.174 5 | 0.174 5 | 0.307 2 | 0.171 8 |
表4 各模块重要度
Table 4 Importance of each module
| 参数 | 模块 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a | b | c | d | e | f | g | h | |
| 权重 | 0.127 3 | 0.219 3 | 0.171 8 | 0.307 2 | 0.174 5 | 0.174 5 | 0.307 2 | 0.171 8 |
| 检验项目 | 结果 |
|---|---|
| CI值 | 0.024 |
| RI值 | 1.120 |
| CR值 | 0.021 |
| 一致性检验结果 | 通过 |
表5 一致性检验结果
Table 5 Consistency test results
| 检验项目 | 结果 |
|---|---|
| CI值 | 0.024 |
| RI值 | 1.120 |
| CR值 | 0.021 |
| 一致性检验结果 | 通过 |
| 区域 | 模块 | 合计 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a | b | c | d | e | f | g | h | ||
| A区 | 1 | 2 | 16 | 14 | 0 | 0 | 11 | 4 | 48 |
| B区 | 2 | 4 | 14 | 1 | 10 | 10 | 1 | 2 | 44 |
| C区 | 12 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 | 22 |
| 合计 | 15 | 8 | 30 | 15 | 10 | 10 | 12 | 14 | 114 |
表6 优化后各模块在不同区域的单元数
Table 6 The number of units of each module in different areas after optimization
| 区域 | 模块 | 合计 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a | b | c | d | e | f | g | h | ||
| A区 | 1 | 2 | 16 | 14 | 0 | 0 | 11 | 4 | 48 |
| B区 | 2 | 4 | 14 | 1 | 10 | 10 | 1 | 2 | 44 |
| C区 | 12 | 2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 8 | 22 |
| 合计 | 15 | 8 | 30 | 15 | 10 | 10 | 12 | 14 | 114 |
| 背景色 | 目标色优先选择顺序 |
|---|---|
| 黑 | 白>黄>橙黄>橙>红>绿>蓝 |
| 白 | 黑>红>紫>紫红>蓝>绿>黄 |
| 蓝 | 白>黄>橙黄>橙>红>黑>绿 |
| 黄 | 黑>红>蓝>蓝紫>黄绿>绿>白 |
| 绿 | 白>黄>红>黑>橙黄>蓝>紫 |
| 紫 | 白>黄>橙黄>橙>绿>蓝>黑>红 |
| 灰 | 黄>黄绿>橙>紫>蓝>黑 |
表7 不同色彩组合的易见度
Table 7 Visibility of different color combinations
| 背景色 | 目标色优先选择顺序 |
|---|---|
| 黑 | 白>黄>橙黄>橙>红>绿>蓝 |
| 白 | 黑>红>紫>紫红>蓝>绿>黄 |
| 蓝 | 白>黄>橙黄>橙>红>黑>绿 |
| 黄 | 黑>红>蓝>蓝紫>黄绿>绿>白 |
| 绿 | 白>黄>红>黑>橙黄>蓝>紫 |
| 紫 | 白>黄>橙黄>橙>绿>蓝>黑>红 |
| 灰 | 黄>黄绿>橙>紫>蓝>黑 |
| 界面 | 兴趣区域 | 均值 | 标准差 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| AOI1 | AOI2 | AOI3 | AOI4 | |||
| 优化前 | 44.70 | 45.88 | 45.77 | 47.74 | 46.02 | 0.98 |
| 优化后 | 30.77 | 23.99 | 26.08 | 36.45 | 29.32 | 4.79 |
表8 调度界面优化前后的首次注视时间
Table 8 First fixation time before and after scheduling interface optimization
| 界面 | 兴趣区域 | 均值 | 标准差 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| AOI1 | AOI2 | AOI3 | AOI4 | |||
| 优化前 | 44.70 | 45.88 | 45.77 | 47.74 | 46.02 | 0.98 |
| 优化后 | 30.77 | 23.99 | 26.08 | 36.45 | 29.32 | 4.79 |
| 界面 | 兴趣区域 | 均值 | 标准差 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| AOI1 | AOI2 | AOI3 | AOI4 | |||
| 优化前 | 6.56 | 12.81 | 14.59 | 8.62 | 10.65 | 3.20 |
| 优化后 | 2.51 | 5.57 | 6.73 | 4.41 | 4.81 | 1.59 |
表9 调度界面优化前后的注视持续时间
Table 9 Fixation duration before and after scheduling interface optimization
| 界面 | 兴趣区域 | 均值 | 标准差 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| AOI1 | AOI2 | AOI3 | AOI4 | |||
| 优化前 | 6.56 | 12.81 | 14.59 | 8.62 | 10.65 | 3.20 |
| 优化后 | 2.51 | 5.57 | 6.73 | 4.41 | 4.81 | 1.59 |
| 界面 | 兴趣区域 | 均值 | 标准差 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| AOI1 | AOI2 | AOI3 | AOI4 | |||
| 优化前 | 11 | 25 | 25 | 15 | 19 | 6.16 |
| 优化后 | 13 | 43 | 38 | 10 | 26 | 14.65 |
表10 调度界面优化前后的注视次数
Table 10 Fixation times before and after scheduling interface optimization
| 界面 | 兴趣区域 | 均值 | 标准差 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| AOI1 | AOI2 | AOI3 | AOI4 | |||
| 优化前 | 11 | 25 | 25 | 15 | 19 | 6.16 |
| 优化后 | 13 | 43 | 38 | 10 | 26 | 14.65 |
| 界面 | 兴趣区域 | 均值 | 标准差 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| AOI1 | AOI2 | AOI3 | AOI4 | |||
| 优化前 | 0.43 | 1.02 | 1.08 | 0.97 | 0.88 | 0.26 |
| 优化后 | 0.19 | 0.46 | 0.52 | 0.59 | 0.44 | 0.15 |
表11 调度界面优化前后的平均反应时
Table 11 Average reaction time before and after scheduling interface optimization
| 界面 | 兴趣区域 | 均值 | 标准差 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| AOI1 | AOI2 | AOI3 | AOI4 | |||
| 优化前 | 0.43 | 1.02 | 1.08 | 0.97 | 0.88 | 0.26 |
| 优化后 | 0.19 | 0.46 | 0.52 | 0.59 | 0.44 | 0.15 |
| [1] | 戴立操, 张力, 黄曙东. 复杂工业系统中人因失误根本原因分析[J]. 中国安全科学学报, 2003, 13(11): 13-16. |
| DAI L C, ZHANG L, HUANG S D. Analysis of fundamental causes of man-made errors in complex industrial system[J]. China Safety Science Journal, 2003, 13(11): 13-16 (in Chinese). | |
| [2] | 赵跃, 叶龙, 沈梅. 铁路调度系统中人的失误原因分析及控制对策[J]. 北方交通大学学报, 2001, 25(5): 77-79. |
| ZHAO Y, YE L, SHEN M. Analysis on the cause of human errors and study on preventive countermeasures of railway dispatching system[J]. Journal of Beijing Jiaotong University, 2001, 25(5): 77-79 (in Chinese). | |
| [3] | 朱鹏烨, 孙林辉, 袁晓芳, 等. 基于SEEV模型的煤矿提升机司机注意力分配研究[J]. 工业工程与管理, 2022, 27(6): 1-8. |
| ZHU P Y, SUN L H, YUAN X F, et al. Research on attention distribution of coal mine hoist drivers based on SEEV model[J]. Industrial Engineering and Management, 2022, 27(6): 1-8 (in Chinese). | |
| [4] | 程时伟, 沈晓权, 陆煜华, 等. 眼动跟踪实现的跨设备分布式注意力感知界面[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 2017, 29(9): 1713-1724. |
| CHENG S W, SHEN X Q, LU Y H, et al. Distributed attentive user interface for cross-device interaction based on eye tracking[J]. Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics, 2017, 29(9): 1713-1724 (in Chinese). | |
| [5] | 薛遥, 江月亭, 汪善平. 汽车人机交互界面的适老化设计研究[J]. 机械设计, 2023, 40(S2): 220-225. |
| XUE Y, JIANG Y T, WANG S P. Research on aging design of vehicle human computer interaction interface[J]. Journal of Machine Design, 2023, 40(S2): 220-225 (in Chinese). | |
| [6] | 刘昕, 林康超, 刘征, 等. 基于主客观因素组合赋权的核酸提取仪界面设计人机可靠性评价[J]. 机械设计, 2023, 40(11): 163-169. |
| LIU X, LIN K C, LIU Z, et al. Human-machine reliability assessment of nucleic acid extractor interface design based on subjective and objective combination weighting[J]. Journal of Machine Design, 2023, 40(11): 163-169 (in Chinese). | |
| [7] | 张瑞杰, 王梦笑, 郭亚鹏, 等. 油田注水系统平台人机界面设计评价[J]. 机械设计, 2021, 38(7): 118-125. |
| ZHANG R J, WANG M X, GUO Y P, et al. Design and evaluation of man-machine interface of oil field water injection system platform[J]. Journal of Machine Design, 2021, 38(7): 118-125 (in Chinese). | |
| [8] | 梁惠萍, 赵天雨. 绳锯机控制器人机界面可用性评估研究[J]. 机械设计, 2021, 38(6): 133-138. |
| LIANG H P, ZHAO T Y. Evaluation research on human-machine interface usability of rope saw controller[J]. Journal of Machine Design, 2021, 38(6): 133-138 (in Chinese). | |
| [9] | 汪大伟. 色彩构成对人机交互界面设计的影响研究[J]. 机械设计, 2021, 38(5): 156. |
| WANG D W. Study on the influence of color composition on human-computer interaction interface design[J]. Journal of Machine Design, 2021, 38(5): 156 (in Chinese). | |
| [10] | 孙博文, 杨建明, 孙远波. 汽车人机交互界面层级设计研究[J]. 机械设计, 2019, 36(2): 121-125. |
| SUN B W, YANG J M, SUN Y B. Research on interface hierarchy design for human vehicle interaction[J]. Journal of Machine Design, 2019, 36(2): 121-125 (in Chinese). | |
| [11] | 周垚, 陈登凯, 谭晓雪, 等. 时间压力下驾驶舱界面视觉搜索绩效研究[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2023, 44(10): 1514-1520. |
| ZHOU Y, CHEN D K, TAN X X, et al. Study on visual search performance of cockpit interfaces under time pressures[J]. Journal of Northeastern University (Natural Science Edition), 2023, 44(10): 1514-1520 (in Chinese). | |
| [12] | 张磊, 陈洁, 孙远波, 等. 数控机床复杂操控面板界面布局设计及工效研究[J/OL]. 计算机集成制造系统, 1-20. [2024-04-29]. https://link.cnki.net/urlid/11.5946.TP.20240412.1702.006. |
| ZHANG L, CHEN J, SUN Y B, et al. Study on interface layout design and ergonomics of complex control panel of cnc machine tool[J/OL]. Computer Integrated Manufacturing System, 1-20. [2024-04-29]. https://link.cnki.net/urlid/11.5946.TP.20240412.1702.006. (in Chinese). | |
| [13] | 许永生, 李丽丽, 吴尤荻, 等. 基于注意力分配的高铁操纵台界面布局优化设计[J]. 西南交通大学学报, 2022, 57(2): 401-409. |
| XU Y S, LI L L, WU Y D, et al. Optimization design of interface layout of high-speed railway control console based on attention distribution[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(2): 401-409 (in Chinese). | |
| [14] |
陈香, 柳月. 基于满意度分析的皮影文化因子提取及设计应用[J]. 图学学报, 2019, 40(5): 953-960.
DOI |
|
CHEN X, LIU Y. Culture factor extraction and design application of shadow play based on satisfaction analysis[J]. Journal of Graphics, 2019, 40(5): 953-960 (in Chinese).
DOI |
|
| [15] |
王文娟, 张碧含, 符梦婷, 等. 无人物流车的车外屏人机界面设计研究[J]. 图学学报, 2020, 41(3): 335-341.
DOI |
| WANG W J, ZHANG B H, FU M T, et al. Research on human-machine interface design of exterior screen of driverless delivery car[J]. Journal of Graphics, 2020, 41(3): 335-341 (in Chinese). | |
| [16] |
张宏瑞, 任家骏, 李爱峰, 等. 大型矿用挖掘机操作界面的优化设计研究[J]. 图学学报, 2019, 40(4): 796-801.
DOI |
| ZHANG H R, REN J J, LI A F, et al. Study on optimal design of operating interface of large mining excavator[J]. Journal of Graphics, 2020, 40(4): 796-801 (in Chinese). | |
| [17] | 叶坤武, 包涵, 魏思东. 基于视觉注意力分配的飞机驾驶舱人机界面布局优化[J]. 南京航空航天大学学报, 2018, 50(3): 416-421. |
| YE K W, BAO H, WEI S D. Layout optimization for aircraft cockpit man-machine interface based on visual attention distribution[J]. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2018, 50(3): 416-421 (in Chinese). | |
| [18] | 叶倩琳, 王万良, 王铮. 多目标粒子群优化算法及其应用研究综述[J]. 浙江大学学报(工学版), 2024, 58(6): 1107-1120, 1232. |
| YE Q L, WANG W L, WANG Z. Survey of multi-objective particle swarm optimization algorithms and their applications[J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science and Technology), 2024, 58(6): 1107-1120, 1232 (in Chinese). | |
| [19] | 刘珂. 基于多目标视觉搜索的瓦斯抽放监控系统界面优化设计研究[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2022. |
| LIU K. Research on interface optimization design of gas drainage monitoring system based on multi-target visual search[D]. Xuzhou: China University of Mining and Technology, 2022 (in Chinese). | |
| [20] | 张力, 彭汇莲. 数字化人机界面操作员听觉失误实验验证研究[J]. 工业工程与管理, 2015, 20(3): 103-108. |
| ZHANG L, PENG H L. Research on hearing errors and experimental verification of operator on digitalized human-machine interface[J]. Industrial Engineering and Management, 2015, 20(3): 103-108 (in Chinese). | |
| [21] | 杨欢, 李义娜, 张康. 可视化设计中的色彩应用[J]. 计算机辅助设计与图形学学报, 2015, 27(9): 1587-1596. |
| YANG H, LI Y N, ZHANG K. Proper use of color in visualization[J]. Journal of Computer-Aided Design & Computer Graphics, 2015, 27(9): 1587-1596 (in Chinese). | |
| [22] | LEE D A. Safe operations using advanced operator graphics[J]. Process Safety Progress, 2020, 39(3): e12119. |
| [23] | 姚育铃. 图标呈现方式与复杂性对图标搜索绩效的影响[D]. 广州: 中山大学, 2020. |
| YAO Y L. Effect of icon presentation and complexity on icon search efficiency[D]. Guangzhou: Sun Yat-sen University, 2020 (in Chinese). | |
| [24] | 赵鑫鑫, 韩小玉. 基于眼动实验的车内布局交互行为研究[J]. 电子质量, 2024(1): 6-9. |
| ZHAO X X, HAN X Y. Research on interactive behavior of car interior layout based on eye movement experiment[J]. Electronics Quality, 2024(1): 6-9 (in Chinese). |
| [1] | 刘思濛, 王刚锋, 索雪峰. 基于改进混沌粒子群算法的薄壁件铣削参数优化[J]. 图学学报, 2021, 42(6): 987-994. |
| [2] | 由 芳 , 谢雨锟 , 岳天阳 , 于爱群 , 王建民 , 张 惠 . 基于团队态势感知的汽车 HMI 评测与设计方法 [J]. 图学学报, 2021, 42(6): 1027-1034. |
| [3] | 李 惠 , 王时英 , 李娟莉 . 基于 QFD—PUGH 的人机界面评价方法研究[J]. 图学学报, 2021, 42(6): 1043-1050. |
| [4] | 马 天, 杨 秦, 李占利. 基于改进多粒子群的牙齿正畸路径规划[J]. 图学学报, 2021, 42(4): 615-622. |
| [5] | 张碧含, 由 芳. 基于自动化接受度模型的车外交互研究[J]. 图学学报, 2020, 41(6): 1012-1017. |
| [6] | 王文娟, 张碧含, 符梦婷, 林政和, 裴竟艺, 王建民. 无人物流车的车外屏人机界面设计研究[J]. 图学学报, 2020, 41(3): 335-341. |
| [7] | 赵彩云 1, 李娟莉 1, 任家骏 1, 薛安虎 2 . 基于多因素融合的健身器材人机界面 评价方法研究[J]. 图学学报, 2019, 40(5): 932-935. |
| [8] | 陈 香, 柳 月 . 基于满意度分析的皮影文化因子提取及设计应用[J]. 图学学报, 2019, 40(5): 953-960. |
| [9] | 张宏瑞 1, 任家骏 1, 李爱峰 2, 赵 静 1 . 大型矿用挖掘机操作界面的优化设计研究[J]. 图学学报, 2019, 40(4): 796-801. |
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