面向井下环境的电阻率监测系统人机界面优化设计研究

作     者：张秋艳 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宗威

授予年度：2022年

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：人机界面 交互设计 可用性 井下环境 电阻率监测系统 

摘      要：电阻率监测系统可以对矿井环境进行勘测,在矿井开采、矿区构造分布勘测、井下灾害探查等领域应用广泛,同时在保障矿井开采安全,避免矿井事故方面有重要意义。现有电阻率监测系统人机界面存在信息设计不合理、用户感知效率低、用户识别难度大等问题,严重影响了视觉工效进而降低了产品使用效率。本文通过对电阻率监测系统人机界面的研究,根据人机界面设计原则和相关研究成果开展电阻率监测系统人机界面优化设计。论文将增强信息感知效率、降低认知负荷、提升视觉工效作为电阻率监测系统人机界面的优化设计目标。首先,展开了对电阻率监测系统的人机交互研究,分析了电阻率监测系统的交互任务、作业环境、用户认知,梳理出了典型勘探任务的作业流程和视觉路线及井下作业环境的用户认知特性。其次,依据电阻率监测系统人机界面的功能特点和优化目标,将其评价方法确定为可用性,并提出了基于客观任务绩效评估和基于主观评估的电阻率监测系统人机界面的评价模型,然后利用层次分析法对评价指标进行了权重分析,随后进行了可用性实验测试和数据分析。根据实验数据对照可用性S量表对其进行可用等级别评定,并对实验数据进行专家评价,发现现有电阻率监测系统人机界面存在可用性差,视觉工效低的问题。随后,对现有电阻率监测系统人机界面进行设计要素分析,并通过用户调研发现现有电阻率监测系统人机界面存在因布局、颜色、字符、交互方式不合适导致的信息感知效率低和视觉工效低的问题。综合相关人机界面的设计原则和研究成果并结合电阻率监测系统人机界面设计要素分析等设计依据确定电阻率监测系统人机界面设计原则。最后,依据电阻率监测系统人机界面设计原则对其人机界面进行优化设计,并对优化设计方案进行可用性对比实验测试,对比分析优化前后的数据,得到优化后的设计方案的各项评价指标均优于现有方案,以此验证了优化方案的可用性更强、视觉工效更好,为后续矿用设备人机界面的优化研究提供了参考。