基于感性信息的工程车辆数字化人机界面设计方法研究

摘要

数字界面已成为复杂装智能系统交互操作的重要载体，逐步广泛应用在航空航天、核电监控、智能交通、特种工程车辆驾控等复杂交互系统应用领域。复杂信息系统数字界面为操控者提供判断、决策以及操作执行的依据。然而由于复杂系统数字界面呈现的信息量大且复杂，极易促使操控者进入复杂性认知状态，进而可能会由于操作失误、误读误判、反馈不及时等认知困难造成任务失败，严重时会产生系统故障甚至重大事故。因此，数字界面设计的好坏直接影响用户的信息获取、判断、决策等一系列行为，如何有效地进行复杂信息系统中的数字界面设计是当前学术界和工程设计界研究的关键问题。本文所研究的工程车辆数字化人机界面（ Engineering Vehicles-Digital Human Computer Interface, EV-DHCI）是继电子通信技术、计算机网络技术和数据库技术在特种工程车辆应用而产生的一个崭新领域。本文依托于课题“无线遥控清障技术研究（ZLB13103）”，针对复杂信息系统数字界面设计领域普遍存在的认知负荷过大、认知不匹配等认知困难实际问题，在研究用户认知信息加工机制的基础上，从以满足用户感性认知需求的角度出发，提出了基于感性信息的工程车辆数字化人机界面设计方法。
　　本研究主要内容包括：⑴研究数字化人机界面、感性信息的相关概念、特点和内涵，进而在用户为中心思想的指导下，以认知信息加工和认知负荷等认知学理论为基础，进行对数字化人机界面感性认知的深入研究，并以此作为本文研究的切入点，提出从以满足、匹配用户感性认知需求的角度出发，来降低用户对复杂系统数字界面认知困难的方法策略。⑵分析工程车辆数字化人机界面设计特征、用户任务活动、用户认知活动的关系，在建立工程车辆操控者综合认知模型的基础上，深入分析用户感性因素及感性行为，建立工程车辆数字化人机界面感性认知模型，进而用于指导本文所研究的工程车辆数字化人机界面感性信息设计的开展。⑶将工程车辆数字化人机界面的感性信息设计要素分为感性信息与界面设计特征，分别对其表征展开研究:提出基于语义的感性信息表征方法、基于FA-CA感性信息的分析及精简方法；提出一种基于可拓视觉语义认知的数字化人机界面设计特征表征方法。⑷将工程车辆数字化人机界面开发过程中具体涉及的设计主体进行分类，分析并建立各主体的感性信息传递模型；进而展开工程车辆数字化人机界面主体认知差异实验并获取感性信息语义库；基于熵权法对各设计主体感性信息进行融合的基础上，构建数字化人机界面感性信息维度体系。⑸探究工程车辆数字化人机界面感性信息设计中感性信息与界面设计特征的关联关系以及数量化的解决手段；针对数字化人机界面受到训练样本较小的限制，提出以灰色理论与神经网络组合的方法来处理感性信息与界面设计特征集合之间的非线性映射关系，并通过案例验证方法的匹配能力。⑹针对用户期望得到符合多个感性信息要求的界面方案的情况，提出模糊逼近理想解排序（F-TOPSIS）的多属性决策评价方法，并通过案例实现对数字化人机界面多属性感性信息设计方案的排序，进而对如何提升方案生成的准确性和用户满意度时面临的决策问题提供有效支持。

目录

第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2国内外研究现状

1.3研究意义

1.4研究内容与组织架构

第二章 数字化人机界面设计基础理论研究

2.1相关概念释义

2.2以用户为中心的人机界面设计思想

2.3数字化人机界面设计的认知学基础

2.4数字化人机界面设计中的感性认知

2.5本章小结

第三章 面向EV-DHCI的用户感性认知模型构建

3.1工程车辆数字化人机界面

3.2 EV-DHCI用户综合认知思维模型

3.3建立用户感性认知模型

3.4本章小结

第四章 面向EV-DHCI的感性信息设计要素表征研究

4.1感性信息设计要素获取方法

4.2基于语义的感性信息表征

4.3基于FA-CA的感性信息分析

4.4基于EVSC的感性设计特征的表征

4.5本章小结

第五章 面向EV-DHCI的设计主体感性信息维度研究

5.1设计主体的构成与感性信息传递

5.2面向EV-DHCI的设计主体认知差异分析

5.3多主体感性信息维度的构建

5.4本章小结

第六章 基于感性信息的EV-DHCI设计映射关系构建

6.1传统映射方法研究

6.2改进的非线性映射算法研究

6.3案例

6.4本章小结

第七章 基于模糊TOPSIS的EV-DHCI多属性决策研究

7.1 EV-DHCI多属性决策研究

7.2模糊TOPSIS方法的提出

7.3案例

7.4本章小结

第八章 结论与展望

8.1研究结论

8.2研究创新点

8.3研究展望

致谢

参考文献

附录

附录A：设计主体感性信息均值矩阵

附录B：相关MATLAB程序代码

附录C：图录与表录

在学期间发表的学术论文与研究成果

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