一种基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法技术

本分明涉及一种基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，属于人机交互技术领域。利用支配关系分解和逐层细化的方式选取主控室界面的主客观评价指标，进而建立主控室显控界面的综合评价指标体系；利用序关系法来确定主观指标权重，利用差异驱动原理来确定客观指标权重，考虑不确定信息的指标评价问题，引入了区间灰数聚类的方法，并结合灰色聚类分析法中的白化权函数，来构建隶属函数模型，计算显控界面的匹配优度值。本发明专利技术还通过眼动实验验证评价方法的有效性与合理性，本发明专利技术解决了现阶段盾构机主控室评价方法主观性强，评价指标权重分配不合理的问题，为主控室内显控界面的优化设计改进提供了一种有效的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法
本专利技术涉及一种基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，属于人机交互

技术介绍
盾构机是地铁施工、过海/江隧道建设等重要工程的关键装备。其工作的地质环境复杂，要求盾构机驾驶员根据地质、工况信息的动态变化，实时调整操作，防止因碰到岩石等恶劣地质工况而造成主驱动系统受到冲击导致盾构机受损。因此，盾构机主控室人机界面的操纵与显示装置的布局是否合理，是驾驶员能否快速准确判断地质环境与工况信息而安全高效完成操作的关键。所以，本专利技术开展盾构机主控室人机界面有效评价研究，对于保证驾驶员对盾构机的监控效率、提高任务可靠性具有重要意义。主控室显控界面的综合评价是多属性、多层次、多目标的复杂系统评价，目前，对于人机界面的综合评价，国内外已经在界面的功能性和人员认知特性角度上对界面评价取得了有效成果；对于评价理论的研究主要的有模糊集合理论、层次分析法以及人工神经网络。这些为解决具体显控界面评价提供了理论基础。但是目前的研究仍存在着不足，部分研究仅强调了界面的功能性，并且测试分析评价方法主观性强，评价指标权重分配不合理的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，以解决现有显控界面综合测试分析评价方法主观性强，评价指标权重分配不合理的问题。为实现上述目的，本专利技术一种基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法通过以下步骤实现：S1:通过现场实际多次测量的手段确定按钮、旋钮、操纵台、作业空间等指标的尺寸、间距、范围、倾角等参数，并将其作为客观指标数值。具体需要测量的指标如下：B-控制界面按钮直径B31、按钮工作行程B32、按钮高度B33、调节旋钮直径B41、调节旋钮高度B42、选择旋钮转角位移B41、选择旋钮高度B42、选择旋钮长度B43、开关高度B51、开关顶端直径B52C-控制台垂直高度C11、按钮布置范围C12、台面倾角C21、控制台长C22、控制台斜面宽C23、控制器间距C31、每行/列相似元件数目C32、台面布置范围C33D-作业空间座面尺寸D11、扶手尺寸D12、腰靠尺寸D13、界面尺寸范围D21、各个界面长宽间距D22、界面间的夹角D23、倾角控制台的斜面宽D31、容膝空间D32、控制台高D33。S2:采用差异驱动原理来确定客观指标权重，为保证指标数值的统一化处理，在评分前对客观指标数值进行标准化处理，接着以差异驱动原理确定客观指标的权重，标准化方法及权重确定公式为：其中，fx对应指标属性值越大评价指标越优，fc对应指标属性值越小评价指标越优。其中xij表示第i个评价对象在第个j评价指标取值，记作评价对象的正理想解，为为与的值越大，说明指标的权重越大。S3:进行匹配优度值的计算,包括如下步骤：步骤一、客观指标标准化处理。步骤二、客观指标得分确定。步骤三、区间灰数白化权函数确定。步骤四、函数值计算结果及聚类评价系数矩阵确定。S4:采用眼动实验的方法进一步验证基于匹配优度评价模型的可行性与有效性，确定人机匹配效果，具体步骤如下：(1)划分主控室显示界面兴趣区域；(2)对比分析优化前后首次注视时间的双因素方差分析结果与兴趣区域多重比较结果；(3)对比分析注视持续时间的双因素方差分析结果与兴趣区域多重比较结果；(4)对比分析优化前后主控室显示界面的热点图情况；验证匹配优度评价模型的有效性。另一方面，一种基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，采用支配关系分解和逐层细化的方式选取主控室显控界面的主客观评价指标，直至最底层评价指标。评价指标可按照显示界面、控制界面、控制台与作业空间四个子系统进行划分，具体评价指标包括：(1)显示界面：包括参数信息、显示形式、显示元素、视频显示器四个评价因素。主观底层指标为参数信息的易理解性、重要信息的突出性、与操作的一致性、清晰度、显示面积、准确性，显示形式的间距适宜性、形状的易读性、格式的一致性、形式与用途的相合性，显示元素中色符的规范性、色彩的适宜性、图标的明确性、缩写词的合理性、突出显示的合理性、刻度线的规范性，视频显示器中横向纵向间距、显示速率的合理性、显示器的可靠性、功能完备性。(2)控制界面：包括操纵原则、编码原则、操作按钮、操作旋钮、开关模块五个评价因素。主观底层指标为双手同时操作、舒服操作区操作，颜色编码、大小编码、位置编码、形状编码，按钮中的标识易捕捉性、顺时针旋转增加、按钮灵敏性，旋钮中连续调节和旋转选择旋钮中的标识易捕捉性及旋转选择旋钮中的旋钮灵敏性，开关模块中的防触碰措施、位置的合理性。客观底层指标为按钮直径、按钮工作行程、按钮高度，连续调节旋钮的旋钮直径、高度和旋转选择旋钮的转角位移、高度、长度，开关模块中开关高度和顶端直径。(3)控制台：包括垂直控制台、倾角控制台和台面布置三个评价因素。主观底层指标包括垂直控制台中的操作方便性、便于区分性、防触碰措施，倾角控制台中观察便签方便性、操作距离、台面舒适性，台面布置中的显控组合方式、标签与分界、布置原则。客观底层指标包括垂直控制台的垂直高度、按钮布置范围，倾角控制台的台面倾角、控制台长、控制台斜面宽，台面布置中控制器间距、每行/列相似元件数目、台面布置范围。(4)作业空间：包括座椅、显示界面尺寸、控制界面尺寸三个评价因素。主观指标包括座椅的结构合理性、舒适性、可调性，显示界面尺寸中的左/右上界面信息的易捕捉性和足够的心理空间，控制界面尺寸中操作舒适性、足够的活动空间和使用设备的可达性。客观指标包括座椅的座面尺寸、扶手尺寸、靠腰尺寸，显示界面中的四个界面尺寸范围、各个界面长宽间距、界面间的夹角，控制界面中的倾角控制台的斜面宽、容膝空间、控制台高。进一步地，确定盾构主控室显控界面综合评价指标体系，包括：E-盾构主控室显控界面评价；A-显示界面，包括：A1-参数信息，含A11-易理解性，A12-重要信息的突出性，A13-与操作的一致性，A14-清晰度，A15-显示面积，A16-准确性，A2-显示形式，含A21-间距适宜，A22-形状的易读性，A23-格式的一致性，A24-形式与用途的相合性，A3-显示元素，含A31-字符的规范性，A32-色彩的适宜性，A33-图标的明确性，A34-缩写词的合理性，A35-突出显示的合理性，A36-刻度线的规范性，A4-视频显示器，含A41-横向纵向间距，A42-显示速率的合理性，A43-显示器的可靠性，A44-功能完备性；B-控制界面，包括：B1-操纵原则，含B11-双手同时操纵，B12-舒服操作区操纵，B2-编码原则，含B21-颜色编码，B22-大小编码，B23-位置编码，B24-形状编码，B3-操作按钮，B31-按钮直径，B32-按钮工作行程，B33-按钮高度，B34-标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，其特征在于,包括如下步骤：/nS1:通过现场实际多次测量的手段确定按钮、旋钮、操纵台、作业空间指标的尺寸、间距、范围、倾角参数，并将其作为客观指标数值；/nS2:采用差异驱动原理来确定客观指标权重，为保证指标数值的统一化处理，在评分前对客观指标数值进行标准化处理，接着以差异驱动原理确定客观指标的权重；/nS3:进行匹配优度值的计算；/nS4:采用眼动实验的方法进一步验证基于匹配优度评价模型的可行性与有效性，确定人机匹配效果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，其特征在于,包括如下步骤：
S1:通过现场实际多次测量的手段确定按钮、旋钮、操纵台、作业空间指标的尺寸、间距、范围、倾角参数，并将其作为客观指标数值；
S2:采用差异驱动原理来确定客观指标权重，为保证指标数值的统一化处理，在评分前对客观指标数值进行标准化处理，接着以差异驱动原理确定客观指标的权重；
S3:进行匹配优度值的计算；
S4:采用眼动实验的方法进一步验证基于匹配优度评价模型的可行性与有效性，确定人机匹配效果。


2.根据权利要求1所述的基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，其特征在于,所述客观指标数值的具体需要测量的指标如下：
B-控制界面
按钮直径B31、按钮工作行程B32、按钮高度B33、调节旋钮直径B41、调节旋钮高度B42、选择旋钮转角位移B41、选择旋钮高度B42、选择旋钮长度B43、开关高度B51、开关顶端直径B52
C-控制台
垂直高度C11、按钮布置范围C12、台面倾角C21、控制台长C22、控制台斜面宽C23、控制器间距C31、每行/列相似元件数目C32、台面布置范围C33
D-作业空间
座面尺寸D11、扶手尺寸D12、腰靠尺寸D13、界面尺寸范围D21、各个界面长宽间距D22、界面间的夹角D23、倾角控制台的斜面宽D31、容膝空间D32、控制台高D33。


3.根据权利要求1所述的基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，其特征在于,步骤S2中，标准化方法及权重确定公式为：



其中，fx对应指标属性值越大评价指标越优，fc对应指标属性值越小评价指标越优，



其中xij表示第i个评价对象在第个j评价指标取值，记作评价对象的正理想解，为为与的值越大，说明指标的权重越大。


4.根据权利要求1所述的基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，其特征在于,步骤S3:进行匹配优度值的计算包括如下步骤：
步骤一、客观指标标准化处理；
步骤二、客观指标得分确定；
步骤三、区间灰数白化权函数确定；
步骤四、函数值计算结果及聚类评价系数矩阵确定。


5.根据权利要求1所述的基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，其特征在于,还包括如下步骤：
采用支配关系分解和逐层细化的方式选取主控室显控界面的主客观评价指标，直至最底层评价指标，评价指标可按照显示界面、控制界面、控制台与作业空间四个子系统进行划分，具体评价指标包括：
(1)显示界面：包括参数信息、显示形式、显示元素、视频显示器四个评价因素，主观底层指标为参数信息的易理解性、重要信息的突出性、与操作的一致性、清晰度、显示面积、准确性，显示形式的间距适宜性、形状的易读性、格式的一致性、形式与用途的相合性，显示元素中色符的规范性、色彩的适宜性、图标的明确性、缩写词的合理性、突出显示的合理性、刻度线的规范性，视频显示器中横向纵向间距、显示速率的合理性、显示器的可靠性、功能完备性；
(2)控制界面：包括操纵原则、编码原则、操作按钮、操作旋钮、开关模块五个评价因素，主观底层指标为双手同时操作、舒服操作区操作，颜色编码、大小编码、位置编码、形状编码，按钮中的标识易捕捉性、顺时针旋转增加、按钮灵敏性，旋钮中连续调节和旋转选择旋钮中的标识易捕捉性及旋转选择旋钮中的旋钮灵敏性，开关模块中的防触碰措施、位置的合理性，客观底层指标为按钮直径、按钮工作行程、按钮高度，连续调节旋钮的旋钮直径、高度和旋转选择旋钮的转角位移、高度、长度，开关模块中开关高度和顶端直径；
(3)控制台：包括垂直控制台、倾角控制台和台面布置三个评价因素，主观底层指标包括垂直控制台中的操作方便性、便于区分性、防触碰措施，倾角控制台中观察便签方便性、操作距离、台面舒适性，台面布置中的显控组合方式、标签与分界、布置原则，客观底层指标包括垂直控制台的垂直高度、按钮布置范围，倾角控制台的台面倾角、控制台长、控制台斜面宽，台面布置中控制器间距、每行/列相似元件数目、台面布置范围；
(4)作业空间：包括座椅、显示界面尺寸、控制界面尺寸三个评价因素，主观指标包括座椅的结构合理性、舒适性、可调性，显示界面尺寸中的左/右上界面信息的易捕捉性和足够的心理空间，控制界面尺寸中操作舒适性、足够的活动空间和使用设备的可达性，客观指标包括座椅的座面尺寸、扶手尺寸、靠腰尺寸，显示界面中的四个界面尺寸范围、各个界面长宽间距、界面间的夹角，控制界面中的倾角控制台的斜面宽、容膝空间、控制台高。


6.根据权利要求5所述的基于匹配优度的盾构机主控室显控界面综合测试分析方法，其特征在于，确定盾构主控室显控界面综合评价指标体系，包括如下内容：
E-盾构主控室显控界面评价；
A-显示界面，包括：
A1-参数信息，含A11-易理解性，A12-重要信息的突出性，A13-与操作的一致性，A14-清晰度，A15-显示面积，A16-准确性，
A2-显示形式，含A21-间距适宜，A22-形状的易读性，A23-格式的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜兴宇，马明宇，赵文鹏，侯志权，刘新昊，赵琛，刘伟军，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21