НИР: Исследование методов адаптации пользовательского веб-интерфейса для системы управления тепличным комплексом

РЕФЕРАТ

Отчет 37 с., 6 рис., 6 табл., 20 источников.

UX/UI, ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИЙ ИНТЕРФЕЙС, МЕТОДЫ АДАПТАЦИИ, A/B-ТЕСТИРОВАНИЕ, ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ДАННЫХ, ЭРГОНОМИКА, ЗАКОН ФИТТСА, ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК

Объектом исследования является пользовательский веб-интерфейс системы мониторинга и управления тепличным комплексом.

Предметом исследования выступают методы адаптации интерфейса и элементов управления веб-приложения к специфическим условиям использования.

Цель работы заключается в повышении эффективности взаимодействия пользователя (оператора) с веб-приложением системы управления тепличным комплексом. Достижение данной цели осуществляется за счет исследования и внедрения контекстно-адаптивных интерфейсных решений и алгоритмов визуализации данных.

В процессе работы проводились: анализ предметной области и базовых законов эргономики (законы Фиттса и Хика), разработка архитектуры фронтенд-прототипа (React.js) с генерацией имитационных данных (Mock Data). Реализованы три метода адаптации: визуальное кодирование состояний на интерактивной карте («цифровой двойник»), высококонтрастный режим отображения и геометрическое масштабирование элементов управления (Glove Mode). Для проверки эффективности предложенных методов проводились UX-эксперименты с автоматической программной фиксацией объективных метрик: времени реакции (Time to Respond, TTR) и частоты ошибок ввода (Error Rate, ER).

В результате исследования реализован программный фронтенд-прототип, поддерживающий динамическую адаптацию интерфейса под условия среды. Доказано, что визуальное кодирование состояний на интерактивной карте («цифровой двойник») сокращает среднее время реакции оператора на критические инциденты в 3 раза по сравнению с текстовыми уведомлениями (с 8 340 мс до 2 780 мс). Установлено, что высококонтрастный режим снижает ошибки считывания телеметрии при яркой засветке экрана с 28% до 2%. Экспериментально подтверждена эффективность геометрического масштабирования сенсорных зон по закону Фиттса: частота ложных срабатываний при работе в нитриловых перчатках снизилась с 34% до 4%.

Практическая значимость работы определяется тем, что исследованные методы адаптации, спроектированные UI-компоненты и полученные метрики станут научно обоснованной базой для разработки итоговой клиентской части выпускной квалификационной работы (ВКР) и ее последующей интеграции с реальным IoT-бэкендом тепличного комплекса.

Содержание

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ................................. 6

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................. 7

1 Теоретические основы проектирования интерфейсов в агротехнике.. 9

1.1 Специфика условий взаимодействия пользователя с IoT-системами в теплицах 9

1.2 Применение законов эргономики (законы Фиттса и Хика) для снижения когнитивной нагрузки.................................................................... 11

1.3 Обзор существующих решений и постановка задачи исследования 12

2 Исследование методов адаптации и проектирование веб-интерфейса 15

2.1 Архитектура клиентского приложения и визуальная модель

2.2 Исследование метода повышения читаемости: режим высококонтрастного отображения (High Contrast Mode)............................. 18

2.3 Метод адаптации элементов управления для работы в средствах защиты (Glove Mode)...................................................................................... 22

3.1 Методика проведения UX-экспериментов и программный сбор метрик (TTR, Error Rate)................................................................................ 28

3.2 Оценка влияния визуального кодирования на скорость реакции оператора........................................................................................................ 30

3.3 Анализ точности сенсорного ввода при масштабировании элементов управления...................................................................................................... 32

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................. 37

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

В настоящем отчете о НИР применяют следующие сокращения и обозначения:

HCI — Human-Computer Interaction, человеко-машинное взаимодействие.

IoT — Internet of Things, Интернет вещей.

Mock Data — фиктивные (имитационные) данные, используемые для тестирования и разработки интерфейсов без подключения к реальному серверу.

TTR — Time to Respond, время реакции (отклика) оператора на возникший инцидент.

ER — Error Rate, частота ошибок ввода

UI — User Interface, пользовательский интерфейс (визуальная часть приложения).

UX — User Experience, пользовательский опыт (удобство и логика взаимодействия с интерфейсом).

WCAG — Web Content Accessibility Guidelines, международное руководство по обеспечению доступности веб-контента.

SPA — Single Page Application, одностраничное веб-приложение. ID — Index of Difficulty, индекс сложности по закону Фиттса.

CSS — Cascading Style Sheets, каскадные таблицы стилей.

ВВЕДЕНИЕ

В условиях активного развития технологий Интернета вещей (IoT) в агропромышленном комплексе объемы собираемых данных непрерывно возрастают. Современные теплицы оснащаются множеством датчиков, контролирующих микроклимат и состояние почвы [17]. Однако эффективность таких систем зависит не только от аппаратной точности, но и от качества человеко-машинного взаимодействия (HCI) [10]. Существующие интерфейсы часто представляют собой сложные аналитические панели, перегруженные «сырыми» цифрами и графиками.

Условия, в которых работают агротехнические IoT-системы, имеют свою специфику. Работа оператора (садовода, агронома) часто осуществляется на открытом воздухе при ярком солнечном свете (ослепление экранов), а физический контакт с сенсорным дисплеем мобильного устройства затруднен из-за использования плотных защитных перчаток. Оператор тратит много времени на то, чтобы понять информацию и попасть пальцем по мелким кнопкам. Из-за этого растет число ошибочных нажатий, а реакция на аварийные ситуации становится медленнее.

Это делает актуальной задачу адаптации веб-интерфейсов к условиям реальной эксплуатации в теплице. Решение состоит в переходе от статичного отображения данных к контекстно-зависимым моделям: визуальному кодированию состояний («цифровой двойник»), оптической адаптации (высококонтрастный режим) и пространственной адаптации сенсорных зон (Glove Mode) на основе законов Фиттса и Хика.

Объектом исследования является пользовательский веб-интерфейс системы мониторинга и управления тепличным комплексом.

Предметом исследования выступают методы и алгоритмы адаптации

визуального контента и элементов управления веб-приложения к специфическим условиям эксплуатации.

Цель работы — повышение эффективности взаимодействия пользователя (оператора) с веб-приложением системы управления тепличным комплексом на основе методов UX-адаптации.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

Провести аналитический обзор специфики человеко-машинного взаимодействия в агротехнике и выявить факторы, снижающие эффективность работы с мобильными интерфейсами.

Спроектировать архитектуру изолированного фронтенд-прототипа (React.js) с генерацией имитационных данных (Mock Data) для создания контролируемой экспериментальной среды.

Исследовать и программно реализовать три метода контекстной адаптации интерфейса: визуальное кодирование состояний («цифровой двойник»), высококонтрастный оптический режим и геометрическое масштабирование сенсорных зон (Glove Mode).

Провести UX-эксперименты (A/B-тестирование) с автоматической фиксацией объективных метрик (скорость реакции, частота ошибок ввода) для оценки эффективности предложенных методов.

Практическая значимость работы заключается в том, что исследованные методы адаптации, полученные экспериментальные метрики и спроектированные UI-компоненты станут научно-методической базой для разработки итоговой клиентской части выпускной квалификационной работы (ВКР) и ее последующей интеграции с реальным аппаратным IoT-бэкендом.