一种装甲车辆乘员显控界面设计方法研究

李耀伟，钱 锐，张 洋

(中国北方车辆研究所，北京 100072)

目前，我国坦克装甲车辆上广泛装备了综合显示器，承担着对车辆信息进行组织、分类并向乘员展示的功能，已经成为乘员获取车辆信息的主要途径.乘员显控界面的设计过程就是通过多个类型和层级的显示窗口和操作菜单对车辆信息进行分类、归纳和布置，形成一套带有一定逻辑关系的显控界面集合.

以往对多个系统的多种类型的信息进行显控界面设计时，通常是根据设计人员的经验或简单地按照信息来源进行规划.在信息类型和所涉及系统不多的情况下，或者在履带车辆任务负荷不大的情况下，乘员手动选择界面，调用信息查看.此种设计方法，没有考虑乘员的心理需求，没有充分考虑乘员的使用需求，乘员被动地使用显示设备，缺乏人机交互设计.同时，由于缺乏规范化的设计要求，偶然性和随意性较大，这不仅造成信息表达方式、排序和布置的混乱，极容易出现信息显示布置不合理的情况，给乘员使用造成干扰和困惑;也导致了不同型号、不同车型的显控界面在设计上没有继承性，间接增加了设计工作的工作量和复杂程度.

因此，有必要提出一套规范化的显控界面设计准则，以及符合乘员使用需求的信息排序、布置方法.

1 显控界面设计准则

通过对多种车型的显示界面进行归纳总结，结合航空、电子行业的相关专业标准［4］，形成一套较为规范的显控界面设计准则.

1.1 界面总体设计

界面采用窗口式设计方式，背景色采用黑色表示;标题框背景色采用蓝色表示.

界面文字采用粗体宋体字，颜色一般采用黑色、白色、红色、黄色、绿色、蓝色、灰色表示(使用条件如表1所示)，字体大小默认采用24×24像素或对应字号字体 (对应18号字)，也可根据实际窗口大小和内容采用20×20(对应15号字)或16×16(对应12号字)像素或对应字号字体，如菜单文字可采用20×20像素字号，辅助窗口 (侧窗口)可采用16×16像素字号［1］.

表1 界面文字颜色使用条件

界面窗口分为主窗口、弹出窗口和菜单窗口3 类，界面窗口大小设置如表2所示.

表2 界面窗口大小

1.2 数据显示

1)仪表显示.

仪表显示为参数主界面内容的主要显示方式，包括圆形仪表和柱状仪表.其中，圆形仪表显示车速和发动机转速信息;柱状仪表显示电压、温度、压力、燃油量等信息.仪表数据采用绿色(数据为正常值)或红色(数据超过报警值)表示.

2)数字(数值)显示.

数字显示为不适合用仪表表示的数据的显示方式.参数名称和单位采用白色文字表示，参数内容采用绿色数字(数据为正常值)或红色数字(数据超过报警值)表示.如表3所示.

表3 数据显示颜色表示方法

1.3 状态显示

1)图标显示.

图标显示通过图标来表示信息的不同状态，为主参数界面和节点状态界面状态信息的主要显示方式，包括挡位、转向灯状态、驻车制动状态、起动抑制状态、请求停机状态和总线节点状态等信息.图标一般采用圆形或有特殊意义的符号表示，大小可采用32×32、48×48或64×64像素［2］.

(1)节点通信状态表示.

①节点名称.节点名称采用汉字缩略名称表示，在能够清楚表达节点属性(使用者、功能、安装位置等)的前提下采用尽可能少的文字表示节点名称.节点名称最多不超过6个汉字，当不超过4个汉字时，用一行表示，当大于4个汉字时，用两行表示.

②节点通信状态表示方式.节点通信状态图标采用圆形图标(单通道)或上下两个半圆形图标(双通道)表示.

③节点通信状态分类.节点(或通道)通信状态分为3种，分别为通信正常、通信异常和节点掉线.其中，通信正常用绿色表示，通信异常用红色表示，节点掉线用灰色表示.

(2)指控军标状态显示.指控军标状态按照要求设置，状态类型表示方式如表4所示［2］.

(3)其他状态显示.

①当事件发生或信号产生时，显示事件触发型状态(如提示状态、灯光状态等)图标.

②当通讯正常时，始终显示常显示的状态(如挡位、工作状态等)图标.

图标颜色与状态类型表示关系如表4和表5所示.

表4 指控军标状态类型

表5 图标状态类型

2)文字显示.

文字显示通过文字内容来表示显示状态信息，是状态信息的主要显示方式.状态名称采用白色文字表示，状态内容采用绿色文字(状态正常)或红色文字(状态异常或告警)表示.

1.4 节点通讯非正常状态下的信息显示

当节点通讯处于异常或不在线状态时，对应的车辆信息的显示方式如表6所示.

表6 节点通讯非正常状态下的信息显示

1.5 菜单显示

乘员通过显控终端菜单实现显控界面的切换、操作的分类和执行.菜单采用分级设置，层级一般不超过三级，并通过菜单项表示不同的信息内容.

通过菜单项文字和背景颜色来显示状态信息，是菜单项的主要显示方式.具体内容如表7所示.

表7 菜单项表示方式

1.6 报警显示

车辆报警反映车辆异常状态，分为下面3个级别:

1级报警—— “危险”.此时，车辆及其系统的状态要求乘员立即停止车辆运行并进行处置.1级告警很可能导致车辆毁坏或人员伤亡 (例如:“动力舱火警”).

2级报警—— “警告”.此时，车辆及其系统的状态要求乘员立即终止执行任务，已不能完成任务或车辆的状态可能导致一级故障发生 (例如“发电机控制器过温”).

3级报警—— “注意”.此时，车辆及其系统允许有条件地继续执行任务 (例如“灭火瓶故障”)，应尽快维修.

报警信息的显示分为两种方式:

1)报警图标显示是通过图标表示报警信息的级别，在报警信息栏中显示.其中，1级报警采用红色图标表示;2级报警采用黄色图标表示;3级报警采用蓝色图标表示;提示信息无图标表示.

2)报警文字内容显示是通过文字描述报警信息的等级、危及程度、具体内容和建议措施，在报警信息栏和报警界面中显示.其中，报警信息文字颜色与其等级对应的颜色相同，提示信息文字颜色用绿色表示.［1］

2 基于乘员关注优先级的信息排序布置方法

基于乘员关注优先级的信息排序布置方法是以乘员对信息的关注程度为基础的.首先对整车的信息进行梳理，形成车辆信息数据库.然后根据车辆任务与设备重要程度以及乘员完成任务和操作设备的需求，统计乘员对车辆信息数据库中每条信息的关注程度，对信息进行分类，从而制定信息优先排序规则和信息显示布置规则.

2.1 信息优先排序规则

根据车辆信息的不同类型，将信息分为A、B、C三类，其中，A类代表报警信息，B类代表行车信息，C类代表辅助信息.每一类信息分为1、2、3三个级别，1～3级按照重要程度由高到低的顺序排列.由此，将信息等级划分为一个如图1所示的三阶的信息等级划分矩阵.

然后，根据乘员的关注程度需求为各信息类型和级别赋优先级权值，将A类赋值为1，B类赋值为0.7，C类赋值为0.6;1级赋值为1，2级赋值为0.8，3级赋值为0.6;将矩阵中行列权值相乘得到如图2所示的信息优先级矩阵.

由此，根据信息优先级矩阵确定每条信息的优先级权值，从而形成信息优先排序规则.

图1 信息等级划分矩阵

图2 信息优先级矩阵

2.2 信息显示布置规则

根据乘员使用需求与人机工效对乘员显示界面区域按照关注程度进行划分，结合信息优先排序规则制定信息显示布置规则.

根据人机功效评定乘员对显示区域的关注程度，将显示界面划分为包括1号区、2号区、3号区的3个区域.所述3个区域设置为1号区与2号区在上，3号区在下.所述1号区设置于左上方，2号区位于右上方.如图3所示，根据显示设备与乘员的位置关系，乘员对3个区域的关注程度有所不同.以显示设备位于乘员左前方为例，依据概率统计法对乘员使用习惯进行统计，根据乘员使用习惯统计结果，乘员对于各显示区域的显示面积需求依次为1号区＞2号区＞3号区，各区域的信息布置密度需求为3号区＜2号区＜1号区，各区域的信息显示视觉敏感度为3号区＞1号区＞2号区.将3个显示区域按照显示面积、信息密度、视觉敏感度3个指标分别赋权，将每个显示区域的权值相乘，得到该区域的关注优先级，如表8所示.

图3 显示区域关注优先级

表8 显示区域关注优先级

将显示区域的关注优先级与信息的关注优先级相结合，确定信息的显示布置方案，形成信息显示布置规则，将信息优先级∈［0.8，1)的信息布置显示在关注优先级最高的3号区域，将信息优先级∈［0.5，0.8)的信息布置显示在关注优先级较高的1号区域，将信息优先级∈［0，0.5)的信息布置显示在关注优先级较低的2号区域.

例如:动力舱火警为1级报警信息，发动机转速和车速为关键行车信息，冷却液温度和燃油量为一般行车信息，电压和润滑压力为辅助信息.按照信息优先排序规则，动力舱火警信息优先级为A1，权值为1;发动机转速和车速信息优先级为B1，权值为0.7;冷却液温度和燃油量信息优先级为B3，权值为0.42;电压信息优先级为C1，权值为0.6;润滑压力信息优先级为C3，权值为0.36.按照信息显示布置规则，各信息布置情况如图4所示.

按照信息显示布局情况设计的显示界面如图5所示.

图4 信息显示布局

图5 显示界面图

3 乘员显控界面设计实现方式

基于以上设计方法的乘员显控界面设计流程如图6所示.

图6 基于乘员关注优先级的信息排序布置流程

具体步骤是:

1)根据履带车辆遂行的任务、分系统及设备的配置情况和功能，收集汇总需要为乘员提供显示的信息，并建立履带车辆信息数据库;

2)信息编码模块按照信息优先排序规则对履带车辆信息数据库的每一条信息进行编码，生成信息排序优先级编码，编码在整车信息系统中作为对应信息的唯一标识，编码分为3个字段，首字段表示该信息的优先级类型与等级，如A1、B3;第二字段表示该信息所属的分系统，如001表示动力系统，002表示传动系统;第三字段表示该信息在所属分系统中的编号.将完成编码的信息存储在可供乘员显控软件检索的信息编码数据库中;

3)信息获取模块从履带车辆各设备、传感终端、采集装置或信息总线上获取信息数据库中各信息的实时数据;

4)信息编码检索模块根据信息获取模块获取的实时数据所对应的信息从编码数据库中的信息排序优先级编码进行检索，确定信息的内容和优先级程度;

5)信息处理模块对经过信息编码检索模块检索到的信息进行解析、标定、换算等处理，转换为最终向乘员显示的数据格式;

6)信息显示布置模块按照信息显示布置规则将经过信息处理模块处理后的信息按照优先级排序显示在特定的乘员显控设备显示区域.

乘员显控界面设计运行环境包括车辆总体信息设计平台、集成处理计算机和乘员显控终端三部分，如图7所示.其中，车辆总体信息设计平台用于制定信息优先排序规则和信息显示布置规则，建立车辆信息数据库，并根据信息优先排序规则对车辆信息数据库中的信息进行编码.集成处理计算机为信息显示处理运行平台，由乘员显控软件、信息编码数据库、显卡驱动和嵌入式实时操作系统组成，乘员显控软件包括信息获取模块、信息处理模块、信息编码检索模块和信息显示布置模块，用于完成信息获取与转换、优先级排序编码解释与显示处理功能;信息编码数据库用于查询信息的排序优先等级;嵌入式实时操作系统为乘员显控软件提供运行环境;显卡驱动将乘员显控软件生成的图形引擎驱动程序转换为视频信号.乘员显控终端从集成处理计算机接收视频信号并通过显示屏图形界面的形式展现给乘员.

图7 乘员显控界面设计运行环境

车辆运行时，乘员显控软件中的信息获取模块周期性地接收以信息优先级编码为标识的车辆运行信息报文，并存入原始信息缓冲队列;信息编码检索模块根据优先级编码，按照信息优先排序规则对原始信息缓冲队列中的信息进行优先级排序，相同优先级的信息按照进入队列的时序进行排序，同时按照编码内容从信息编码数据库中检索对应的信息名称，并调用信息处理模块对信息内容进行解析、标定、换算等处理，转换为最终向乘员显示的数据格式，重新排序并处理后的信息存储在显示信息缓冲队列中;信息显示布置模块按照显示信息缓冲队列中的优先级顺序读取信息，根据优先级编码，按照信息显示布置规则将信息布置在相应显示区域并生成图形界面绘图指令，驱动显卡生成视频信号.

乘员显控终端实时地从集成处理计算机接收显示界面视频信号，并显示在显控终端显示屏上.

目前，以上设计方法及设计环境已在某型装甲车辆的研制过程中得到应用，通过对试验人员和部队体验人员的调查统计，根据该方法设计的显控界面在人机交互流畅程度，界面友好程度，信息获取的有效性和获取速度方面均比以往车型有了较大幅度的提高.

4 结束语

随着我国装甲车辆信息化水平逐步提高，传统的动力系统、传动系统、辅助系统、行动系统、电气系统、信息系统、防护系统、三防系统、灭火系统等众多系统能够提供的信息也越来越多.同时，随着感知技术、探测技术、通信技术的发展，乘员的信息感知范围越来越大，更多新的信息也加入到显控设计的内容之中.大幅增加的信息量不仅给传输和处理能力提出了新的挑战，也对如何使乘员合理、高效地获取和使用信息提出了更高的要求.装甲车辆乘员显控界面设计方法从乘员实际使用需求出发，提出了一套规范化的显控界面设计准则，以及符合乘员关注程度要求的信息排序、布置方法，其设计结果已应用在研制项目中并获得了良好的效果和评价，为装甲车辆乘员操作流程设计与优化工作开辟了新的思路.

［1］GJB 1062A.军用视觉显示器人机工程设计通用要求［S］.总装备部，2008.

［2］GJB 4209.作战态势图信息交换格式 ［S］.总装备部，2001.

［3］刘秋丽，刘春光，袁 东，等.电传动装甲车辆显控终端设计 ［J］.自动化与仪表，2011，(3):4-7.

［4］王海燕，卞 婷，薛澄岐.新一代战斗机显控界面布局设计研究 ［J］.电子机械工程，2011，(4):40-43.