Визуальное представление информации в системе контроля многопараметрических объектов

УДК 004

Ю. Н. Косников, Д. А. Равков, А. В. Рожков

ВИЗУАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ КОНТРОЛЯ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Аннотация. Статья посвящена принципам создания человекомашинного интерфейса, позволяющего снизить психофизиологическую напряженность оператора сложных систем.

Ключевые слова: мониторинг параметров, сложный объект, оператор, оперативная оценка.

Актуальной задачей является мониторинг состояния сложных объектов, характеризующихся большим числом контролируемых параметров. К таким объектам относятся технические и технологические (аэропорт, доменная печь, электростанция, плотина, химический комбинат, транспортный узел и др.), организационно-экономические (Пензенская область, министерство, корпорация, университет и др.), медико-биологические (человек, бригада шахтеров, команда спасателей и др.) и иные системы. При мониторинге таких объектов и управлении ими велико значение человеческого фактора. По данным статистики наиболее высокий процент аварий, связанных с человеческим фактором, отмечен в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности (до 79 %), в угольной промышленности (более 70 %), в нефтегазодобывающей промышленности (64 %), на магистральных трубопроводах (53 %), на железной дороге (60-70 %), в авиации (до 70 %) [1].

Приведенные данные относятся к областям, характеризующимся самой высокой напряженностью работы человека. Но и в других областях человек-оператор зачастую работает в состоянии временного стресса. Перед оператором многопараметрического объекта мониторинга стоят две противоречивые задачи: с одной стороны, он должен иметь детальное представление о параметрах объекта, чтобы воздействовать на них целенаправленно, а с другой стороны, он должен одномоментно оценивать состояние объекта в целом, чтобы в случае нормы не тратить время на изучение состояния отдельных параметров.

Прямой мониторинг параметров сложных объектов, например с помощью измерительных приборов, индикаторных и регистрирующих устройств, не позволяет быстро оценить состояние объекта в целом, так как количество показывающих приборов оказывается слишком большим. Не спасает и применение форм отображения объектов, более приспособленных к особенностям человеческого восприятия, например мнемонических схем (мнемосхем). Их информационная насыщенность в системах контроля такова, что для оценки состояния сложного объекта в целом потребуется довольно много времени.

Для комплексной оценки состояния сложного объекта используют интегральное (обобщенное) представление информации. Например, интересным вариантом интегральной индикации является так называемое лицо Чернова [2]. Состояние групп параметров объекта «привязывается» к мимике человеческого лица. При изменении параметров изменяется выражение лица, и по его виду оператор может судить о состоянии объекта в целом. Однако по такому индикатору невозможно определить параметры объекта, нуждающегося в изменении.

Компьютеризация различных областей деятельности человека сводит многие функции контроля сложных объектов к работе с компьютером. На экране монитора со-

стояние объекта представляется в виде интерфейса «человек-компьютер». Эффективным решением является создание интерфейса, построенного на основе средств компьютерной графики.

Отображение множества параметров объектов средствами 2D-графики имеет сравнительно малую информативность и определенную сложность восприятия их человеком, так как визуальные образы параметров рассредоточены на всей площади информационного поля и требуют для восприятия много времени. Кроме того, детальное отображение не позволяет определить состояние объекта в целом. Пространственное представление более информативно, чем плоское. Например, в случае использования трехмерного аналога лица Чернова - головы Чернова - в качестве дополнительных информационных признаков можно использовать повороты, наклоны и деформации головы. В то же время ßD-представление не занимает больше места на экране, чем плоское. С другой стороны, интегральное отображение объекта не позволяет выявить его параметры, нуждающиеся в изменении. В связи с этим предлагается строить человеко-машинный интерфейс оператора на основе иерархического принципа и сочетания средств ßD-графики.

Оператор должен в каждый момент времени получать ту информацию, которая необходима для решения текущей задачи. Состояние объекта в целом (интегральное наглядное представление) возлагается на верхний уровень интерфейса, а детальное отображение параметров - на нижние уровни. При этом нижние уровни также образуют иерархию: по мере продвижения по ним представление становится все более детальным.

Компактное представление множества параметров также возможно средствами ßD-графики. Параметры могут образовывать тематические слои, например привязанные к отдельным компонентам объекта. Эти слои организуют пространственную структуру, по которой можно перемещаться, используя третье измерение интерфейса (глубину).

Предполагается на верхнем уровне иерархии интерфейса применить интегральную индикацию состояния объекта в виде трехмерной модели, поведение которой легко интерпретируется человеком-оператором. В частности, интегральное представление групп параметров объекта эффективно в форме трехмерного аналога лица Чернова.

Для реализации нижнего уровня иерархии интерфейса следует использовать возможности трехмерной (многослойной) мнемосхемы, имеющей свои уровни иерархии по детализации [3]. Оператор сможет движением манипулятора (клавиатура, мышь, джойстик) переходить от одного слоя мнемосхемы к следующему, относящемуся к другому блоку отображаемого объекта. Такое представление структуры объекта позволит использовать для отображения один экран. Выбор определенного мнемознака манипулятором даст возможность развернуть фрагмент мнемосхемы с большей детальностью. Более детальное представление одного мнемознака тоже будет иметь иерархическую структуру, позволяющую перейти к еще более детальному представлению вплоть до отдельных параметров. Для этого имеет смысл использовать виртуальные показывающие приборы, изображения которых получаются средствами 2D компьютерной графики. Предлагаемое строение интерфейса схематично показано на рис. 1.

От оценки общего состояния сложного объекта по интегральному индикатору «голова Чернова» можно перейти к контролю структурного модуля (показано стрелкой). Обнаружив неполадки в блоке Ф32 (выделено цветом), можно перейти к анализу его состояния по трехмерной мнемосхеме, а затем - к контролю отдельных параметров по виртуальным показывающим приборам.

Реализация предложенных решений возможна с помощью современных средств компьютерной графики. Создать трехмерную модель головы человека по его фотографии позволяют программные продукты FaceStation 2.0, Facial Studio 2.0, Poser, Daz Mimic Lip Sync Studio, FaceShop [4]. Для изготовления трехмерной мнемосхемы предназначены графические редакторы мнемосхем, например MasterSCADA [5].

Техника, технология, управление

Рис. 1. Схематичное представление многоуровневого интерфейса

Предлагаемый подход позволяет в рамках одного интерфейса сочетать интегральную индикацию состояния объекта, необходимую для оперативной оценки его состояния в целом, с детальным представлением отдельных параметров, необходимым для их количественного регулирования.

Список литературы

1. В России снижается число техногенных катастроф, но растет масштаб их последствий // Pravda.ru. - URL: http://www.pravda.ru/accidents/fact0r/catastr0f/16-06-2004/47522-tehnokatastr-o/ (дата обращения: 10.09.2015).

2. Raciborski, R. Graphical Representation of multivariate Data using Chernoff Faces / R. Raciborski // The Sata Journal. - 2009. - № 3. - P. 374-387.

3. Косников, Ю. Н. Отображение производственных процессов в виде трехмерных мнемосхем / Ю. Н. Косников // Информационные технологии в промышленности (ITI*2008) : тез. докл. Пятой междунар. науч.-техн. конф. (22-24 октября 2008 г., Минск). - Минск : ОИПИ НАН Беларуси, 2008. - С. 83-84.

4. Face Shop 7.0 // Сайт «Software.informer». - URL: http://faceshop.software.informer.com/7.0/ (дата обращения: 10.09.2015).

5. Редактор мнемосхем MasterSCADA // Интеллектуальные системы автоматизации технологии inSAT. - URL: http://www.insat.ru/products/?category=i280 (дата обращения: 10.09.2015).

Косников Юрий Николаевич

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационно-вычислительных систем, Пензенский государственный университет E-mail: jkos@ pnzgu.ru

Равков Дмитрий Алексеевич

студент,

Пензенский государственный университет E-mail: Diman5715@mail.ru

Рожков Александр Васильевич

студент,

Пензенский государственный университет E-mail: alexmrham@ya.ru

Kosnikov Yuriy Nikolaevich

doctor of technical sciences, professor, head of sub-department of information and computer systems, Penza State University

Ravkov Dmitriy Alekseevich

student,

Penza State University

Rozhkov Aleksandr Vasil'evich

student,

Penza State University

УДК 004 Косников, Ю. Н.

Визуальное представление информации в системе контроля многопараметрических объектов /

Ю. Н. Косников, Д. А. Равков, А. В. Рожков // Вестник Пензенского государственного университета. - 2016. -№ 1 (13). - С. 55-58.