塔里木河流域水量调度远程监控系统用户界面设计

史靓

（黄河水利委员会信息中心，河南郑州450004）

塔里木河流域水量调度远程监控系统用户界面设计

史靓

（黄河水利委员会信息中心，河南郑州450004）

计算机用户界面是人们操作和控制整个计算机软件系统的关键环节，是协调和连接计算机与人们之间信息交换的桥梁。分析了用户界面的布局原则，根据塔里木河流域水量调度远程监控系统的功能，探讨了该监控系统各级界面的设计和实施办法。

塔里木河流域；水量调度；远程监控；用户界面设计

0 引言

塔里木河流域具有自然资源丰富和生态环境脆弱的双重特征，实施流域水资源统一调度是维护自然资源、保护生态环境的重要手段。对塔里木河流域内的重要引水工程进行远程监控系统建设，是实现塔里木河流域近期综合治理目标的基本要求和必要手段。它可以克服流域地域广袤、交通不便带来的时空困扰，使水量调配者在远方的调度中心就能够实时观看各个引水工程的现场运行情况和引放水数据，及时下达调度指令，从而实现水资源的科学管理。

塔里木河流域管理局远程监控系统覆盖“四源一干”共6个管理系统及其所属的12座现地站远程监控系统。已建成的东河滩枢纽、恰拉枢纽、阿其克河口分水枢纽、大西海子、中游渠首5个现地监控站点接入到本监控系统中。已有的监控站点因建设年代、所处地理位置等情况不同，其功能与本次设计的要求不完全相同，所具备的远程监控建设条件也各有不同。为了统一接入到本次建设的远程监控系统中，需要对原有接入站点的功能进行统一规划，对系统监控界面进行重新设计。

1 系统功能

塔里木河远程监控系统可实现塔里木河流域管理局总调中心、各源（干）流局分调中心及其所属现地站监控系统的多级监控。监控界面不仅要实现水量调配者对所管辖范围内的闸门引水情况、闸门运行情况的远程监测，对闸站、闸门进行远程控制，还需要展示流域范围内重要站点的洪水预警信息和网络状态信息，并展示系统的存储监测数据和控制数据等信息。为了更好地展示系统功能，先要对系统进行总体结构设计。

该系统的总体功能分为以下9项：水闸信息采集与告警，引水量计算，云台和摄像机控制，水闸闸门控制，对用户进行身份验证并赋予相应权限，对监测数据和控制数据进行存储，对实时监测和历史信息进行查询检索，对系统参数设置、运行维护进行管理，手动录入［1］。系统功能结构如图1所示。

2 界面布局原则［2～3］

界面设计除了满足系统的功能性要求之外，还要满足人的审美、认知、使用习惯等需求。界面的整体布局应遵循以下原则。

2．1 版面布局简明清晰

界面的整体布局需要将大量的信息合理安排在界面中，密密麻麻的显示会给人留下拥挤不堪的感觉，不利于用户把注意力集中到有用的信息上，从而增加查找有用信息所花费的时间。所以，在元素之间和元素组周围留出适当的空白，会使屏幕结构合理，方便用户阅读、查找。如果信息量大，可以采用屏幕上下翻滚或者界面跳转的方法显示。这样，既可以保证界面的美观性，又可以保证信息量的完整性。从人机工程学角度来看，简单明了的版面布局能有效提高人机交互效率。

2．2 合理利用最佳视域和有效视域

界面布局要注意等量分割、黄金分割等法则。大量人机工程学方面的研究表明，人在头部静止、眼睛正常活动的状态下，水平方向左25°为最佳区视域，垂直方向0°到下30°为最佳视域。因此，界面中重要的、交互频率高的信息应尽量落在人的最佳视域内。另外，应注意信息板块之间的逻辑关系，避免用户漫无头绪地浏览。

图1 塔河远程监控系统功能结构图Fig．1 Function structure of Tarim River remote monitoring system

2．3 版面布局顺序合理

一般人用眼习惯是从左到右、从上到下地搜寻，并按顺时针方向扫读。由于人眼的视觉机能不完全对称，当眼睛在偏离中央位置同样距离的视域范围内时，眼睛对屏幕各象限的观察效率会按照左上、右上、左下、右下的顺序递减。所以，在界面设计中，功能模块的重要程度也应该尽可能的按照此顺序来排列。

2．4 屏幕不能拥挤

人机工程学实验表明：屏幕总体覆盖率不能超过40%，分组覆盖度不应该超过62%［3］，否则容易造成用户的不安和心理负担。但是，屏幕覆盖率太低，会导致用户注意力分散。因此，布局设计中屏幕不能太拥挤，也不能太松散。

2．5 协调界面视觉平衡感

版面布局的视觉平衡相当重要，对使用者的心理影响也很明显。版面布局的视觉平衡与界面元素大小、形状、色彩等因素都有十分密切的关系。不对称的视觉界面会让人觉得整个画面是倾斜的，而对称的视觉平衡看起来即整洁又有整体感，信息的识别率也高。

3 界面框架设计

界面设计首先要满足系统的功能要求。方便用户使用是衡量软件可用性的重要指标。在信息内容繁多的情况下，把目标和任务机构化是帮助用户记忆、学习的必要手段。在具体设计中，可先把任务分解为若干个子任务，再把子任务分解为更加细致的次级子任务，直到用户能直观理解并完成任务，即可停止分解。在进行软件界面整体设计时，应合理利用有限的界面空间资源。

登录塔里木河远程监控系统主界面后，设计系统分主页界面、洪水预警界面和网络状态控制界面3个一级界面。监控主页界面选用塔河流域地图作为显示区域的主体，选用界面跳转的方法进行流域二级界面和监控站点三级界面的信息展示。

3．1 一级和二级界面

3．1．1 一级和二级界面设计方案

根据界面布局原则，选择塔里木河流域地图作为系统界面的主体，还有菜单栏和信息导航区等副体。把地图显示区放置在界面视觉中心处，既符合用户的视觉认知规律，又符合界面的黄金分割原理，也最容易引起读者的视觉注意。

常用的软件整体布局有“T”字形界面布局、“口”字形界面布局、左右对称布局等方式。本次设计选用“T”字形界面布局，即界面的上方显示的是菜单栏，左下方为导航区，右下方是地图显示区域。这一界面结构清晰、主次分明。塔河远程监控系统主界面示意图如图2所示，主界面各分区的功能如表1所示。

图2 塔河远程监控系统主界面示意图Fig．2 Main interface sketch of Tarim River remote monitoring system

表1 塔河远程监控系统主界面各分区功能表Tab．1 Each partition function of main interface of Tarim River remote monitoring system

3．1．2 一级和二级界面实施

软件界面标题栏采用一些柔和、中性化的颜色。整体界面以简约、清爽的蓝白搭配为主。根据设计方案设计出地图界面和概化图。

（1）塔里木河流域地图和源干流地图。塔里木河流域地图内不同地区采用不同的颜色加以区分，各地区的颜色均以浅淡为主，色彩柔和，具有亲和力。前景色与背景色反差不宜过大。故流域地图的背景色选用白色，易与多种色彩搭配。不同界面之间的风格一致。图3为塔里木河流域地图，图4为塔里木河源干流地图。

图3 塔里木河流域地图Fig．3 Tarim River valley map

图4 塔里木河源干流地图Fig．4 Main stream of Tarim River?source

（2）概化图。概化图的主体由阿克苏河流域、叶尔羌河流域、和田河流域、开都－孔雀河流域和塔里木河干流流域组成。采用概化图的形式全面显示流域水系内各个主要监测站点的PLC状态、水位、流量信息。概化图基本样式如图5和图6所示。

图5 PLC通讯状态图Fig．5 PLC communication state diagram

图6 洪水预警状态图Fig．6 Flood warning state diagram

在概化图中，当鼠标移动到某个闸群或闸站上时，在其右下角以表格形式实时显示出监测站点的PLC通讯状态、警戒水位、流量信息等参数。

3．2 监控站点界面

监控站点界面是塔里木河远程监控系统的三级界面，也是各个水闸的信息展示界面。由于绝大部分操作者都习惯用右手操作，所以把监测和监控功能模块放在界面的右上角、把视频模块放在界面下方。图7为监控站点界面。

塔里木河远程监控系统分水闸门界面各分区的主要功能见表2。

图7 监控站点界面Fig．7 Monitoring site interface

3．2．1 监控站点界面设计方案

在界面右上角功能区域内，按照现场闸站俯视图的来水方向进行构图，显示整个水闸的全貌。鉴于塔里木河流域分水闸门众多，若所有的功能模块都放在同一操作界面内，从视觉上看，会使界面拥挤。与操作无关的界面元素也会分散用户的注意力，增加用户的记忆负担。从现有的系统功能来看，将系统的功能在软件界面中合理地体现出来，提高用户操作效率、降低用户的认知和记忆负担，是设计的重点。本设计把闸群按照引水功能分解为几个更小的水闸单元，查看某分水闸时，只显示此分水闸门的全部信息，其余分水闸门的信息暂不显示。这一界面结构设计精简了许多信息负荷，使分水闸门的功能更加紧凑协调，用户操作起来方便快捷。设计监控站点包括状态模块、视频模块和启闭模块。

（1）状态模块。工作现场监测设备采集上来的数据通过PLC传给监控系统，数据经过控制系统处理后，再通过状态界面显示出来。状态模块的流程图如图8所示。

表2 塔河远程监控系统分水闸门界面分区主要功能表Tab．2 Main function of diversion gate interface of Tarim River remote monitoring system

图8 状态模块流程图Fig．8 State module flow chart

（2）视频模块。视频信息通过视频编码器采集后，通过监控系统的视频控件，显示在视频界面中。视频界面的右侧是云台控制按钮，左侧是各个摄像机控制按钮，中间是视频窗口。图9为视频界面流程图。

图9 视频模块流程图Fig．9 Video module flow chart

（3）启闭模块。启闭界面按照现场水闸闸房的实际场景进行模拟画图。界面显示分水闸门的闸孔数和闸门的实时开启度。若点击某号闸门，则弹出该闸门的启闭控制窗口界面。弹出界面的左边显示闸门的工作状态，右边显示闸门的运行指示信息、开启度控制信息、闸门控制按钮和闸门状态等信息。操作者可根据自己的权限级别对闸门进行控制。图10为启闭模块流程图。

另外，界面上还有数据查询、告警等功能，告警、趋势和信息界面的信息通过后台数据库直接显示出来，供用户读取。

3．2．2 监控站点界面实施［4］

按照设计方案，界面颜色采用了富有科技感的蓝色，与主界面的颜色基本保持一致，并且选用秋季胡杨林作为底图，使界面更具有塔里木河流域的生态特色。设计出的实际效果图如图11～图14所示。

各分水闸门监测监控模块设计选择多窗口多层覆盖模式，能实现界面之间的切换，操作界面始终保持在最顶层，其余界面自动隐藏。这种多窗口多层覆盖模式功能区的划分很清楚，便于尽可能多地显示信息，并且充分利用了版面资源。点击返回总图按钮，则可返回到监测监控界面，选择查看其他分水闸门的情况。

图10 启闭模块流程图Fig．10 Opening and closing module flow chart

图11 监控监测界面总图Fig．11 Monitoring interface general layout

图12 启闭界面Fig．12 Opening and closing interface

图14 启闭—弹出界面Fig．14 Opening and closing pop-up interface

4 结语

用户界面是应用软件的一个重要组成部分。一个好的软件不仅要功能强大，还要有一定的艺术品位。基于以上见解，软件开发工作应加强用户界面的设计。本文设计的塔里木河监控系统界面通过一段时间的运行，具有界面友好、操作方便的优点，操控人员可实时根据水闸现场运行情况，及时处理突发事件，真正实现以人为本、科学管理水资源的目标。

［1］廉娟．以水利信息化带动水利现代化—塔里木河流域水量调度远程监控系统概述［J］．中国西部科技．2011，10（15）：70－71．

［2］吴永春，黄毓瑜．软件界面设计技术讨论与实践［J］．工程图学学报，2007（6）：52－55．

［3］林影丽．以人为本的用户界面设计［J］．机械工程师，2013（3）：65－66．

［4］高远．基于WEB的人员管理信息系统的界面设计与实现［J］．福建电脑，2009（9）：13－14．

[责任编辑 杨明庆]

黄河水院在2017年全国职业院校技能大赛测绘赛项中再摘桂冠

2017年全国职业院校技能大赛高职组“科力达”杯测绘竞赛于6月2日至6月6日在昆明冶金高等专科学校隆重举行，来自全国31个省（市）、自治区的82所高职院校参加了本次比赛。黄河水院选派指导教师朱曙光、李永川和选手李小涛、孙梦洋、鲍腾飞、张京华组成参赛队参赛，参赛队师生凭借扎实的专业基础、娴熟的专业技能和团结协作、顽强拼博的职业精神再创佳绩，以团体总分第2名的优异成绩获得团体一等奖。在竞赛中，黄河水院代表队的成绩位列二等水准测量分项中第1名、1∶500数字测图分项第2名。这也是该校连续第六年在全国职业院校技能大赛测绘赛项中获得一等奖。

据悉，自2012年全国职业院校技能大赛首次设置测绘赛项以来，参赛队数逐年增加，2017年竞赛共设“二等水准测量”和“1∶500数字测图”两个分项，共有82支代表队、164名指导教师、328名选手、492名师生参赛，参赛规模达到了历史新高。大赛先后由河南工业职业技术学院、黄河水利职业技术学院、昆明冶金高等专科学校三所院校承办。黄河水院代表队在历年赛场上均发挥稳定，共获得团体一等奖16项，是全国大赛该赛项中获团体一等奖次数最多的高校。

（修池）

Design on Tarim River Basin Water Dispatch Remote Monitor System User Interface

Shi Jing
（Information Center of Yellow River Conservancy Commission，Zhengzhou 450004，Henan，China）

Computer user interface is the key link of people to operate and control the whole computer software system and the information exchange bridge to coordinate and link computer and people．It analyzes the user interface layout principle，according to the Tarim River basin water dispatch remote monitoring system function，it discusses each interface design and implementation methods of this monitoring system．

Tarim River basin；water dispatch；remote monitoring；user interface design

P332.3

A

10．13681／j．cnki．cn41－1282／tv．2017．03．008

2017-03-15

新疆塔里木河流域水量调度远程监控系统软件开发及集成（JSY-20120910-01（2））。

史靓（1980-），女，河南开封人，工程师，硕士，主要从事水利信息化、软件开发等方面的研究工作。