姚君 苑夢迪

關(guān)鍵詞：壓路機(jī)顯示屏;界面警示信息;優(yōu)化設(shè)計(jì);層次分析法;遺傳算法

1壓路機(jī)顯示界面樣本分析

壓路機(jī)在碾壓作業(yè)過程中容易發(fā)生安全事故，駕駛室顯示屏方便駕駛員及時(shí)查看車輛運(yùn)行狀況及故障信息的提示，同時(shí)降低安全事故的發(fā)生。由于駕駛員在作業(yè)過程中環(huán)境復(fù)雜、影響因素較多，在車輛出現(xiàn)報(bào)警信息時(shí)，駕駛員能夠快速且準(zhǔn)確的讀取警示信息并作出補(bǔ)救，因此，顯示屏警示信息顯示方式的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。通過對壓路機(jī)顯示界面存在問題進(jìn)行分析，提出合理的界面警示信息顯示方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高駕駛員讀取壓路機(jī)警示信息的快速有效性。

1.1顯示界面警示信息的調(diào)查與問題分析

壓路機(jī)顯示器分為兩部分：顯示屏和實(shí)體按鍵。顯示屏的基本功能：顯示機(jī)器工作狀態(tài)、警示信息顯示、信息查詢、操作標(biāo)定、維護(hù)保養(yǎng)故障信息調(diào)取。雙鋼輪壓路機(jī)顯示屏的報(bào)警方式有界面信息提示和峰鳴聲音提示兩種;界面信息提示主要分為三種：主界面標(biāo)題欄的圖標(biāo)提示、空白區(qū)域字體彈出框提示、界面機(jī)身數(shù)據(jù)提示。但現(xiàn)有壓路機(jī)顯示屏界面警示信息的提示方式仍存在不合理之處，顯示屏通過界面將信息傳遞給駕駛員，駕駛員以此作為依據(jù)進(jìn)行操作，從而實(shí)現(xiàn)信息傳遞，而在此交互過程中主要研究對象是人。因此，影響駕駛員獲取信息有效性的因素有：字體、顏色、提示方式等。

界面警示信息顯示存在的問題主要有：重要信息的提示不足;警示信息顯示方式不合理;由于信息本身的問題造成信息的混淆性;多信息源，多影響因素的干擾。在進(jìn)行界面警示信息顯示優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意一些問題：優(yōu)化警示信息的顯示方式，注意提高駕駛員讀取警示信息的反應(yīng)時(shí)長，降低信息誤讀;注意警示信息的定位;避免引起錯(cuò)誤信息讀取的設(shè)計(jì)。面對多報(bào)警信息源時(shí)，需要忽略次要信息，突出主要信息;在忽略部分信息時(shí)應(yīng)考慮提示信息的重要性。

1.2顯示界面樣本確定

壓路機(jī)界面警示信息評價(jià)指標(biāo)的選擇，應(yīng)有利于對操控壓路機(jī)駕駛員的信息讀取進(jìn)行全面的分析，并能夠最大限度地客觀反映駕駛員對于車輛警示信息識別、讀取的要求。在對壓路機(jī)顯示屏警示信息提示方式問題進(jìn)行分析，駕駛員的生理、心理特征分析以及國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)整理后，從顯示屏警示信息提示方式的三個(gè)層面進(jìn)行要素分析，總結(jié)出影響駕駛員迅速獲取界面警示信息的要素，焦點(diǎn)小組（由7名設(shè)計(jì)專業(yè)研究生所組成）對市場上常見的壓路機(jī)顯示界面的警示信息進(jìn)行了要素分析，最終確定了8個(gè)樣本要素：包括機(jī)身數(shù)據(jù)提示類型（X1）、機(jī)身數(shù)據(jù)顏色（X2）、圖標(biāo)顏色（X3）、圖標(biāo)背景色（X4）、彈出框字體式樣（X5）、彈出框字體大小（X6）、彈出框字體顏色（X7）、彈出框背景色（X8）。細(xì)分樣本要素如下表1所示。

2壓路機(jī)界面警示信息優(yōu)化模型的構(gòu)建

2.1構(gòu)建樣本要素評價(jià)體系

樣本要素評價(jià)體系是由若干評價(jià)指標(biāo)組成的有機(jī)整體，是多準(zhǔn)則、多元多屬性的價(jià)值判斷，通過檢驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒌目茖W(xué)與否，決定評價(jià)結(jié)果的有效性。用戶依據(jù)量表對樣本要素進(jìn)行評價(jià)，將樣本要素分類，設(shè)置相應(yīng)問題對要素類型進(jìn)行評價(jià)。

2.1.1計(jì)算樣本要素權(quán)重

利用層次分析法（analytic hierarchyprocess，AHP）計(jì)算樣本要素的權(quán)重值。將復(fù)雜問題的因素劃分層次，在每個(gè)層次中，兩兩元素比較其相對重要性，進(jìn)而得出所有要素的權(quán)重值。首先將樣本要素的重要性使用數(shù)據(jù)定量表示，進(jìn)行用戶問卷調(diào)查，問卷使用（1～9）點(diǎn)語言量表，要求用戶在1～9范圍內(nèi)給出重要性分?jǐn)?shù)，得到18組成對比較矩陣A。

1）針對構(gòu)建的矩陣，計(jì)算各個(gè)要素權(quán)重：

研究邀請了12名設(shè)計(jì)專業(yè)且對壓路機(jī)有相關(guān)研究的研究生作為被試者，進(jìn)行用戶評價(jià)指標(biāo)權(quán)重評比問卷調(diào)查，要求被試對8個(gè)要素進(jìn)行相對重要性評比，得到了18個(gè)判斷矩陣，將得到的矩陣代入公式（1）、（2）、（3）進(jìn)行一致性檢定，結(jié)果得一致性比率CR均小于0.100，根據(jù)公式（1）得到8個(gè)層面評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，如表2所示。

2.1.2用戶評價(jià)實(shí)驗(yàn)

基于構(gòu)建的樣本要素的用戶評價(jià)體系，選用Likert7點(diǎn)計(jì)分法去設(shè)計(jì)顯示界面警示信息提示方式的偏好調(diào)查問卷。實(shí)驗(yàn)研究邀請18名設(shè)計(jì)專業(yè)的研究生，其中男女比例5：4，年齡為22-26歲。要求被試者對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行操作，并對設(shè)計(jì)樣本進(jìn)行打分。在實(shí)驗(yàn)之后，對所有收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，經(jīng)由上述評價(jià)實(shí)驗(yàn)測量得到18種警示信息提示方式對于23項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的分值，問卷評價(jià)結(jié)果整理后可得表3。

2.2構(gòu)建警示信息優(yōu)化模型

根據(jù)數(shù)量化理論I類的思想，將警示信息設(shè)計(jì)模式作為自變量，將用戶評價(jià)值作為因變量。警示信息設(shè)計(jì)模式作為項(xiàng)目，將警示信息的各種類型作為類目。假設(shè)有m個(gè)項(xiàng)目，第i個(gè)項(xiàng)目的個(gè)樣本中的反應(yīng)，可得

假設(shè)因變量與各項(xiàng)目、類目的反應(yīng)間存在線性關(guān)系，則可建立用戶評價(jià)值與設(shè)計(jì)模式各設(shè)計(jì)類型的線性模型：

對照界面警示信息樣本要素分類表與式（1），得到1 8個(gè)警示信息樣本的反應(yīng)矩陣。利用Matlab軟件求解數(shù)學(xué)模型，得到表4。

3界面警示信息優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1基于正交原則的方案設(shè)計(jì)

根據(jù)確定的界面警示信息的8個(gè)樣本要素及要素與子類型的分布，因此，會(huì)有4374（3x2=4374）種方案組合。為提高實(shí)驗(yàn)效率，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)抽取具有代表性的樣本進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。使用軟件Minitab，根據(jù)7要素3水平和1要素2水平的實(shí)驗(yàn)，選用L18（2x3）的正交表，最終確立了18組具有代表性的組合。Minitab輸出組合表，如表5所示。

3.2構(gòu)造適應(yīng)度函數(shù)

遺傳算法優(yōu)化的關(guān)鍵是建立適應(yīng)度函數(shù)，適應(yīng)度函數(shù)的大小用來區(qū)分個(gè)體的優(yōu)劣性，約束優(yōu)化的收斂速度及最優(yōu)解的輸出?；谶z傳算法的顯示界面警示信息優(yōu)化設(shè)計(jì)的適應(yīng)度函數(shù)本質(zhì)上是建立顯示界面警示信息設(shè)計(jì)模式與用戶評價(jià)指標(biāo)之間的映射關(guān)系，通過運(yùn)用層次分析法確定各要素權(quán)重，將權(quán)重值作為適應(yīng)度函數(shù)的系數(shù)，用戶對樣本要素的評價(jià)可以得出警示信息設(shè)計(jì)模式的分值矩陣，并計(jì)算出每矩陣的適應(yīng)度值。通過用戶體驗(yàn)評價(jià)結(jié)果以及層次分析評價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出用戶體驗(yàn)評價(jià)實(shí)際值，即是最優(yōu)目標(biāo)值。則可建立適應(yīng)度函數(shù)值F：

其中：分別表示由數(shù)量化理論I所得到的“機(jī)身數(shù)據(jù)提示方式、機(jī)身數(shù)據(jù)顏色、圖標(biāo)顏色、圖標(biāo)背景色、彈出框字體式樣、彈出框字體大小、彈出框字體顏色、彈出框背景色”的預(yù)測結(jié)果。

3.3 GA優(yōu)化設(shè)計(jì)

染色體編碼與選擇初始種群界面警示信息優(yōu)化設(shè)計(jì)樣本共包合8個(gè)要素，每個(gè)要素下合有2-3個(gè)類型。將界面警示信息優(yōu)化組合進(jìn)行染色體編碼，根據(jù)二進(jìn)制編碼每組樣本將產(chǎn)生23位的二進(jìn)制位染色體串，分別將18組樣本組合進(jìn)行編碼，得到18組染色體串并將其作為遺傳進(jìn)化的初始種群。構(gòu)建的18組樣本組合染色體編碼如表6：

遺傳算法選擇、交叉、變異的方式分別為輪盤賭法、單點(diǎn)交叉法、翻轉(zhuǎn)法，在軟件MATLAB中設(shè)置遺傳算法的交叉率Pc為0.60，變異率P為0.1，種群規(guī)模取100，終止代數(shù)取100代。執(zhí)行程序后，可以得到適應(yīng)值的趨勢圖，如圖1所示。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與驗(yàn)證

4.1試驗(yàn)結(jié)果分析

通過觀察適應(yīng)度函數(shù)值趨勢圖可以發(fā)現(xiàn)，進(jìn)化至第11代時(shí)，目標(biāo)函數(shù)值開始逐步穩(wěn)定為1.3129，表明此時(shí)適應(yīng)度函數(shù)已經(jīng)收斂。此時(shí)界面警示信息樣本組合的二進(jìn)制編碼為“10 100 100 001001 001 001 001”，對其進(jìn)行解碼，得（X11、X21、X31、X43、X53、X73、X83），即表示對于雙鋼輪壓路機(jī)界面警示信息組合模式來說，最佳的組合模式是機(jī)身數(shù)據(jù)提示方式“閃亮”、閃頻：0.67s/次、機(jī)身數(shù)據(jù)顏色“紅色”、圖標(biāo)顏色“白色”、圖標(biāo)背景色“紅色”、彈出框字體式樣“微軟雅黑”、彈出框字體大小“75px”、彈出框字體顏色“白色”、彈出框背景色“紅色”。優(yōu)化前后界面警示信息提示方式如圖2所示。

4.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)驗(yàn)證

針對實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證經(jīng)遺傳算法優(yōu)化界面警示信息的方法是否有效，利用心理學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件E-prime進(jìn)行視覺搜索實(shí)驗(yàn)，記錄優(yōu)化前后顯示屏界面獲取警示信息的反應(yīng)時(shí)和正確率，比較兩者數(shù)據(jù)，若優(yōu)化后的反應(yīng)時(shí)較短，正確率較高，證明界面優(yōu)化有效;反之，則無效。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：邀請15位設(shè)計(jì)專業(yè)人員，觀察界面警示信息提示方式來獲取信息，記錄優(yōu)化前后界面的反應(yīng)時(shí)長和正確率，如表7。將所得數(shù)據(jù)錄入SPSS進(jìn)行方差分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8：對比優(yōu)化前后的正確率，無顯著性差異（P=0.255，P>0.05），優(yōu)化前后的反應(yīng)時(shí)效應(yīng)顯著（P=0.001，P<0.05）。因此，優(yōu)化后的界面用時(shí)更少，認(rèn)為其搜索效率更好，界面警示信息呈現(xiàn)方式更優(yōu)。

5結(jié)語

針對壓路機(jī)顯示屏界面警示提示方式存在的問題，提出了基于遺傳算法的壓路機(jī)顯示界面警示信息優(yōu)化方法，梳理了警示信息的提示方式與存在問題，總結(jié)了界面警示信息樣本要素，得到了各要素的權(quán)重值，其中“圖標(biāo)背景色”所占比重最大;同時(shí)建立了警示信息設(shè)計(jì)模式的模型，在此基礎(chǔ)上利用遺傳算法優(yōu)化界面警示信息設(shè)計(jì)組合，并利用心理學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件E-prime對其結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，優(yōu)化后的界面，用戶的正確率無顯著性差異，反應(yīng)時(shí)存在顯著性差異，說明優(yōu)化后的界面視覺搜索用時(shí)更少，同時(shí)也證明了界面警示信息的優(yōu)化具有有效性。但是，需要指出的是界面警示信息的優(yōu)化方式有很多，后續(xù)的研究中將會(huì)結(jié)合多方面因素，從多角度優(yōu)化界面警示信息。