基于情境感知的智能井盖多维交互系统设计

安徽工业大学艺术与设计学院

摘要：为改善窨井事故频发、监管困难的现状，研究主要的窨井故障情境与维管人员工作场景中的各种情境影响因素与问题，降低窨井相关事故的发生频率，提升维管人员发现并解决窨井问题的工作效率。通过用户调研的方式对窨井在实际应用和维管工作中出现的问题及用户需求进行总结分析，结合情境感知技术，有针对性地提出设计策略，并进行设计实践。构建智能井盖多维交互系统。研究成果将改善当前城市窨井维管困难、事故频发等问题，提高窨井维管人员的工作效率，为智能井盖及其管理系统的设计研究提供参考。

关键词：情境感知；智能井盖；多维交互；系统设计；用户体验

中图分类号：TB472 文献标识码：A文章编号：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

智慧城市的建设发展、物联网的席卷和智能公共设施相关技术的实现，使得人们的城市生活方式发生了巨大的变化，也使得人们对城市生活环境的安全便捷性和舒适宜人性提出了更高的要求。作为城市地下综合管廊系统中的重要角色，窨井盖承担了维护井口安全的使命，但在实际使用过程中，窨井盖却常出现异位丢失、残破损坏等状况，井下环境也会出现可燃气体爆炸、雨污水外溢等问题。而目前关于智能井盖的研究主要集中在技术的研究，没有考虑到井盖自身及用户使用过程中的交互方式与体验的设计。将情境感知理论与技术引入智能井盖的交互设计有着重要意义。

一、情境感知在智能井盖多维交互系统中的应用

Dey A.K在系统研究了众多学者提出的定义后，对“情境”及“情境感知”提出了具有概括性的定义。“情境”是可以用来描述整体情况的任何信息，其中整体包括了用户与产品交互过程中相关的人、物体、时间、地点，也包括了用户与产品本身[1]。指与用户和应用程序之间的交互相关的人、地点或物体。“情境感知”则是指如果系统使用情境向用户提供相关信息或服务，则它是情境感知的，其中相關性取决于用户的任务[2]。

情境感知系统能够在权限被赋予的情况下，实时对情境信息进行收集和对比，并以用户需求为导向，在用户自主选择操作或情境感知系统推理判断的情况下，通过合理的触发机制和形式，主动向用户提供其所需要的信息或相关服务。

（一）智能井盖多维交互系统中的情境维度的划分

情境因素是对感知对象的描述，而感知对象不同，情境因素的分类也就有所不同。Schilit等人从用户的角度将情境划分为与人相关的情境，如用户信息，以及物理环境相关的情境，如位置[3]。Dey将情境分为位置、身份、活动、时间等[4]，Kaltz等人将情境分为用户&角色、过程&任务、位置、时间、设备[5]，陈媛嫄从人机交互系统的角度将情境划分为任务、用户以及环境情境[6]。另外，辛向阳将人、动作、工具或媒介、目标以及场景界定为交互设计的基本元素[7]。依据上述学者对情境信息的分类，以及辛向阳提出的5个交互设计基本要素，本文将智能井盖多维交互系统中的情境分类为用户、设备、任务以及环境情境四类，见图1所示。

另外，智能井盖从生产、安装、服役到最后的故障替换，其整个生命周期中都伴随着大量的数据。这些数据中包含了许多隐藏信息，可以起到辅助用户决策的作用。因此，在安装新井盖时，应为每个井盖建立电子档案，系统将井盖整个生命周期的关键信息统一归档管理，如井盖尺寸、權属单位、传感器配置、曾出现过什么问题、近期的情境数据等，帮助工作人员在井盖管理、维护的各个环节做到快速查询溯源。

4. 提高智能井盖终端的准确性和可靠性：作为城市窨井的“监察员”，智能井盖的工作状态会对监察任务的顺利进行产生较大影响，因此智能井盖的可靠性需要得到保证。通过调查研究发现，目前，智能井盖的不稳定性主要表现在警情误报和智能设备故障两个方面。

其一，警情误报主要是车辆碾轧井盖产生振动或维护人员打开井盖进行维修的动作被误报为井盖异动。针对车辆碾轧产生的误判，可以通过轨迹分析算法对智能井盖的位移和倾角轨迹进行分析，当位移与倾角在正常范围内时，则为安全状态。同时，还可以为井盖与井座增加更加稳固的连接结构，减少井盖自身的震动。另外，维护人员可以通过扫码解锁的方式解除井盖异动警报，以保证智能设备对井盖状态的准确判断。

其二，智能井盖的故障主要表现在电池电量耗尽、信号不稳定等方面。为及时发现设备故障，需要对智能井盖进行定期“心跳”唤醒，上报电池电量，并分析正常工作条件下电池还能持续供电的时间。同时，通过无线电监测设备对信号发射参数和频段的稳定性等信息进行监测，发现异常后及时上报信息管理平台。

5. 外观形态匹配环境需求：传统井盖多为灰黑色的圆形或方形，饰面上只有用于辨别井盖类型的文字与防滑纹，整体外观与周边环境格格不入。若将智能井盖外观放在使用环境融合中去设计，就不仅仅是防滑纹和文字那么简单了，而需要整体考虑井盖外观与使用环境是否融洽协调，这里的“融洽协调”可以从3个方面进行衡量。其一，井盖外观与周边环境相比是否显得突兀，如将铺满红色方形地砖的人行道上的灰色圆形井盖，更换为同样外观的方形井盖就会和谐许多。其二，井盖外观是否能够体现城市文化特色。如日本所沢市将街道上的井盖都换成了印有动漫图案的井盖，并且这些井盖还可以随着天色的变暗而发光，体现日本动漫文化的同时，还起到照亮行路的作用。其三，是否可以通过井盖外观来解决某些使用环境中的问题。如日本的车站、广场等人员密集处使用的井盖都涂上了颜色鲜艳的油漆，来提醒行人注意井盖；许多城市通过在井盖上印市花、市树或消防员来明确井盖责任主体或功能。

四、基于情境感知的智能井盖多维交互设计实践

依据上文用户调研时期获取的用户需求和产品交互系统内容的分析，智能井盖交互平台界面设计主要包括数字中心和权属单位管理人员使用的PC端交互系统设计，以及维护人员使用的手机App交互系统设计两个部分。为帮助管理人员从纷繁复杂的数据中快速获取信息，对界面中的不同功能区进行色彩上的区分，并采用表格的形式呈现各类数据。另外，为提高系统中信息的可读性，界面信息的呈现需要表现出清晰易读的特征，以降低用户认知难度。

（一）管理人员PC端交互系统设计

管理人员使用的PC端交互系统依据数据中心和权属单位管理人员的工作内容而设计，主要包括案件受理、任务派遣、数据统计分析以及系统管理4个方面，见图3所示。其中，“案件受理”模块通过地图来呈现每个窨井的具体位置，并通过色彩将窨井的故障类型划分为报警、预警与离线，方便管理人员依据任务紧急程度，进一步了解每一个问题窨井的故障信息；在“任务派遣”模块，系统依据任务类型和紧急程度，合理地规划工作任务，经管理人员审批后，将任务以“告知单”的形式派遣给维护人员；“设备数据整理分析”中汇总了所有智能井盖的实时状态信息、设备参数和维修记录，并通过折线统计图的形式对传感器的感知数值进行动态展示和对比分析，以及时发现安全隐患；“系统管理”是对管辖区域和设备权属进行分类管理，明确辖区划分和每个智能井盖的权属单位。

（二）维护人员移动端App交互系统设计

维护人员使用的移动端App交互系统设计主要由报警消息、统计、设备管理和我4个部分构成，见图4所示。“报警消息”模块中，通过地图来呈现辖区内每个问题窨井的地理位置，并依据紧急程度对任务进行排序，选择某一条任务信息即可查看该问题窨井所对应的维修信息“告知单”。另外，维护人员可利用该模块的“扫一扫”来扫码解锁智能井盖，以防止信息误报；“统计”模块通过折线统计图和表格的形式向维护人员实时展示整个辖区内窨井的状态，并智能分析传感器所反馈的数据，以及时发现安全隐患；“设备管理”模块是为辖区内的所有智能井盖建立的“数字档案馆”，方便维护人员进行窨井信息的查询与溯源。在“我”模块中，维护人员通过“任务反馈单”向管理人员进行任务执行情况的反馈，并进行上班打卡、个人信息管理等操作。

结语

随着智慧城市的推进，城市公共设施的设计管理开始向着智能化的方向发展，而城市窨井排水困难、破损丢失等状况频发，使得井盖制造行业开始了对智能井盖的设计探索。文章以情境感知理论和技术为基础，以窨井维管人员和市民为服务对象，明确了智能井盖多维交互的情境因素，并依据用户调研中出现的问题有针对性地提出设计策略，并展开设计实践，最终构建出具有智能感知与个性化服务功能的智能井盖多维交互系统。

项目基金：长三角科技资源共享服务平台项目“马鞍山海绵城市井盖生态设计技术研究”（RH2200000188）阶段性成果

参考文献

[1]文晗.基于情境感知的手机服务界面设计研究[J].设计，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]袁欢欢，蒋晓.基于情境感知的智慧社区养老服务App设计策略研究[J].设计，2020，33（23）：84-86.

[4]陈氢，冯进杰.多维情境融合的移动情境感知服务系统构建研究[J].情报理论与实践，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]窦金花，覃京燕.基于情境感知多维数据可视化的产品服务系统创新设计研究[J].包装工程，2017，38（02）：87-91.

[7]辛向阳.交互设计：从物理逻辑到行为逻辑[J].装饰，2015（01）：58-62.

[8]陈媛嫄，刘正捷.移动情境感知及其交互研究[J].计算机应用研究，2011，28（12）：4420-4425.