CN113060155A - 一种智能人机交互界面的实现方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能人机交互界面的实现方法及其系统，所述方法包括制作用户界面，所述界面包括竖直刻度尺、圆形刻度盘和水平刻度尺；由车速偏移量、航向角偏移量、水平偏移量三种元素组成，针对偏移量的大小，设定了不同的危险等级划分范围，并用不同的色彩代表不同的危险程度。所述系统包括：车速偏移仪表模块，用于指示速度刻度和实时显示速度数据；航向角偏移模块，用于指示角度刻度和实时显示角度数据；水平偏移仪表模块，用于指示长度刻度和实时显示长度数据本发明相较与其他的人机交互界面，与脑机接口的研究相结合，利用QT中函数进行视觉反馈模块的控制进行信息反馈，提醒驾驶员集中注意力，实现双向信息传递。

Description

一种智能人机交互界面的实现方法及其系统

技术领域

本发明涉及智能驾驶领域，具体涉及一种智能人机交互界面的实现方法及其系统。

背景技术

随着汽车的智能化发展，汽车与驾驶员间的有效交互成为提高驾驶安全性的重要研究内容。人机交互界面(Human-machine-interface,HMI)作为驾驶员从信息系统读取信息的主要渠道，一旦出现显示错误，会导致重大的人力物力损失。从世界上50年来国内外军事事故来看，由于信息显示和人机交互因素造成的事故占绝大多数。由此可见，如何有效提高人机交互中用户从系统中提取信息的正确率以及提取速度是保障用户使用安全的重要措施。结合神经认知科学、人机工程学的研究发现，脑机接口的最新研究将对人机交互效率与准确率的提高提供重大支持。

现有的人机交互与信息反馈系统相关设计展现了不同形式的界面元素对驾驶员认知效率的影响。基于视觉信号的提示性碰撞预警系统的人机交互界面，向驾驶员显示车辆周围出现的危险方位及危险等级信息；研究人员对人机界面中的字符颜色、危险区域及安全区域的颜色进行视觉注意过程分析，发现人机界面元素特征相同时可以降低驾驶员的信息处理时间，而特征不同时可以提高驾驶员的探测强度。

人机交互界面的设计逐渐成熟，信息反馈也显得尤为重要。在现有人机界面的研究上，结合神经认知科学及人机工程学的相关研究，对驾驶员的实时反应进行监控并分析，是对人机交互界面的有效评估与完善。本专利设计了智能车的人机交互界面，主要有三种信息提示：车速偏移、航向角偏移及水平位置偏移。Biopac actiCHamp放大器的使用可以对驾驶员脑电信号进行检测，实时进行信息反馈。

发明内容

为完善人机交互界面与信息反馈系统，提供了一种智能人机交互界面的实现方法及其系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的第一方面的一种智能人机交互界面的实现方法，其特征在于，包括：

S1、制作刻度尺，所述刻度尺包括竖直刻度尺、圆形刻度尺和水平刻度尺；

S2、用所述竖直刻度尺作为表示汽车车速偏移量的仪表盘；用所述圆形刻度尺作为表示汽车航向角偏移量的仪表盘；用所述水平刻度尺作为表示汽车水平偏移量的仪表盘；

S3、在所述竖直刻度尺的刻度线旁标示速度数值，并设置能根据实时偏移速度纵向平移的指针；在所述圆形刻度尺的刻度线旁标示角度数值，并设置能以刻度尺圆心为轴转动的指针；在所述水平刻度尺的刻度线旁标示长度数值，并设置能横向平移的指针；

S4、分别在所述竖直刻度尺、圆形刻度尺和水平刻度尺的下方显示实时的速度数据、角度数据和长度数据；

S5、分别将所述竖直刻度尺、圆形刻度尺和水平刻度尺的取值值域划分为安全、警示、危险三个安全等级；

S6、将所述三个安全等级用不同的颜色表示，显示实时的速度数据、角度数据和长度数据根据所落在的取值值域对应的安全等级变换颜色。

在上述方面中，所述步骤S3还包括：

S31所述竖直刻度尺的中点位置标示的速度数值为0km/h，所述中点位置向上的数值代表正偏移量；所述中点位置向下的数值代表负偏移量；

S32所述圆形刻度尺的中点位置标示的角度数值为0°，所述中点位置逆时针方向旋转代表左偏移量；所述中点位置顺时针方向旋转代表右偏移量；

S33所述水平刻度尺的中点位置标示的长度数值为0m，所述中点位置向左的数值代表左偏移量；所述中点位置向右的数值代表右偏移量。

在上述方面中，所述步骤S5具体包括：

S51当速度数据在-5km/h～5km/h范围内时，安全等级为安全；当速度数据的绝对值大于5km/h且小于等于10km/h时，安全等级为警告；当速度数据的绝对值大于10km/h且小于等于30km/h时，安全等级为危险；

S52当角度数据在-10°～10°范围内时，安全等级为安全；当角度数据的绝对值大于10°且小于等于30°时，安全等级为警告；当角度数据的绝对值大于30°且小于等于90°时，安全等级为危险；

S53当长度数据在-0.5m～0.5m范围内时，安全等级为安全；当长度数据的绝对值大于0.5m且小于等于1m时，安全等级为警告；当速度数据的绝对值大于1m且小于等于2m时，安全等级为危险。

在上述方面中，所述步骤S6具体为：

S61使用绿色代表安全等级为安全，使用黄色代表安全等级为警告，使用红色表示安全等级为危险；

S62当速度数据在-5km/h～5km/h范围内时，显示实时的速度数据为绿色；当速度数据的绝对值大于5km/h且小于等于10km/h时，显示实时的速度数据为黄色；当速度数据的绝对值大于10km/h且小于等于30km/h时，显示实时的速度数据为红色；

S63当角度数据在-10°～10°范围内时，显示实时的角度数据为绿色；当角度数据的绝对值大于10°且小于等于30°时，显示实时的角度数据为黄色；当角度数据的绝对值大于30°且小于等于90°时，显示实时的角度数据为红色；

S64当长度数据在-0.5m～0.5范围内时，显示实时的角度数据为绿色；当长度数据的绝对值大于0.5m且小于等于1m时，显示实时的角度数据为黄色；当速度数据的绝对值大于1m且小于等于2m时，显示实时的长度数据为红色。

根据本发明的第二方面的一种智能人机交互界面的系统，其特征在于，所述系统包括位于同一平面且紧凑相接的车速偏移仪表模块、航向角偏移仪表模块和水平偏移仪表模块，

车速偏移仪表模块位于航向角偏移仪表模块和水平偏移仪表模块左部，用于指示速度刻度和实时显示速度数据；

航向角偏移模块位于水平偏移仪表模块上部，用于指示角度刻度和实时显示角度数据；

水平偏移仪表模块用于指示长度刻度和实时显示长度数据。

在上述方面中，所述车速偏移仪表模块包括竖直刻度尺单元、速度指针单元、速度安全单元和速度数据显示单元，

竖直刻度尺单元用于标示汽车的行驶速度数值；

速度指针单元用于根据汽车行驶速度纵向平移实时指向竖直刻度尺单元上的速度数值；

速度安全单元用于将竖直刻度尺单元上的取值值域划分为安全、警示、危险三个安全等级；

速度数据显示单元用于根据汽车速度实时显示速度数据，并通过速度安全单元，结合实时显示速度数据所落在的取值值域对应的安全等级变换显示颜色。

在上述方面中，所述航向角偏移仪表模块包括圆形刻度尺单元、角度指针单元、角度安全单元和角度数据显示单元，

圆形刻度尺单元用于标示汽车的角度数值；

角度指针单元用于根据汽车行驶角度顺时针或逆时针方向转动实时指向圆形刻度尺单元上的角度数值；

角度安全单元用于将圆形刻度尺单元上的取值值域划分为安全、警示、危险三个安全等级；

角度数据显示单元用于根据汽车行驶角度实时显示角度数据，并通过角度安全单元，结合实时显示角度数据所落在的取值值域对应的安全等级变换显示颜色。

在上述方面中，所述水平偏移仪表模块包括水平刻度尺单元、长度指针单元、长度安全单元和长度数据显示单元，

水平刻度尺单元用于标示汽车的行驶长度数值；

长度指针单元用于根据汽车行驶长度横向平移实时指向水平刻度尺单元上的长度数值；

长度安全单元用于将水平刻度尺单元上的取值值域划分为安全、警示、危险三个安全等级；

长度数据显示单元用于根据汽车行驶长度实时显示长度数据，并通过长度安全单元，结合实时显示长度数据所落在的取值值域对应的安全等级变换显示颜色。

在上述方面中，所述变换显示颜色中的颜色为红色、黄色和绿色，

所述红色表示安全等级为危险，所述黄色表示安全等级为警告，所述绿色表示安全等级为安全。

本发明具有以下有益效果：

与脑机接口(Brain-Computer Interface，CI)的研究相结合，利用QT中函数进行视觉反馈模块的控制进行信息反馈，提醒驾驶员集中注意力，实现双向信息传递。

附图说明

图1为本发明一种智能人机交互界面的实现方法步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的一种智能人机交互界面的实现方法及其系统的界面示意图；

图3为本发明实施例提供的一种智能人机交互界面的实现方法及其系统的车速偏移量的仪表盘示意图；

图4为本发明实施例提供的一种智能人机交互界面的实现方法及其系统的航向角偏移量的仪表盘示意图；

图5为本发明实施例提供的一种智能人机交互界面的实现方法及其系统的水平偏移量的仪表盘示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

下面结合说明书的附图，通过对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的人机交互界面均由QT图形用户界面应用程序制作。关于视觉反馈的功能实现，通过调用QT chart中的QPainter函数，首先创立QPainter对象(QPainter painter(this)，然后设置对象的形状，然后设置对象在界面中位置。设置好图形后，界面原型的反馈功能是通过颜色的变化来实现的，根据脑电判断的结果，在QT中通过设置一个qreal i来实现对视觉反馈模块的控制，通过不同的i的值，让视觉反馈模块显示不同的颜色，以此来实现视觉反馈的功能。视觉反馈的颜色通过setColor函数改变。当脑电检测判断接口给出一个信号时，通过QT控制视觉反馈模块出现变化，提醒驾驶员集中注意力，这就是视觉反馈模块的功能。

如图1所示，本发明所述方法步骤为：

S1、制作刻度尺，所述刻度尺包括竖直刻度尺、圆形刻度尺和水平刻度尺；

S2、用所述竖直刻度尺作为表示汽车车速偏移量的仪表盘；用所述圆形刻度尺作为表示汽车航向角偏移量的仪表盘；用所述水平刻度尺作为表示汽车水平偏移量的仪表盘；

S3、在所述竖直刻度尺的刻度线旁标示速度数值，并设置能根据实时偏移速度纵向平移的指针；在所述圆形刻度尺的刻度线旁标示角度数值，并设置能以刻度尺圆心为轴转动的指针；在所述水平刻度尺的刻度线旁标示长度数值，并设置能横向平移的指针；

S4、分别在所述竖直刻度尺、圆形刻度尺和水平刻度尺的下方显示实时的速度数据、角度数据和长度数据；

S5、分别将所述竖直刻度尺、圆形刻度尺和水平刻度尺的取值值域划分为安全、警示、危险三个安全等级；

S6、将所述三个安全等级用不同的颜色表示，显示实时的速度数据、角度数据和长度数据根据所落在的取值值域对应的安全等级变换颜色。

进一步的，所述步骤S3还包括：

S31所述竖直刻度尺的中点位置标示的速度数值为0km/h，所述中点位置向上的数值代表正偏移量；所述中点位置向下的数值代表负偏移量；

S32所述圆形刻度尺的中点位置标示的角度数值为0°，所述中点位置逆时针方向旋转代表左偏移量；所述中点位置顺时针方向旋转代表右偏移量；

S33所述水平刻度尺的中点位置标示的长度数值为0m，所述中点位置向左的数值代表左偏移量；所述中点位置向右的数值代表右偏移量。

进一步的，所述步骤S5具体包括：

S51当速度数据在-5km/h～5km/h范围内时，安全等级为安全；当速度数据的绝对值大于5km/h且小于等于10km/h时，安全等级为警告；当速度数据的绝对值大于10km/h且小于等于30km/h时，安全等级为危险；

S52当角度数据在-10°～10°范围内时，安全等级为安全；当角度数据的绝对值大于10°且小于等于30°时，安全等级为警告；当角度数据的绝对值大于30°且小于等于90°时，安全等级为危险；

S53当长度数据在-0.5m～0.5m范围内时，安全等级为安全；当长度数据的绝对值大于0.5m且小于等于1m时，安全等级为警告；当速度数据的绝对值大于1m且小于等于2m时，安全等级为危险。

进一步的，所述步骤S6具体为：

S61使用绿色代表安全等级为安全，使用黄色代表安全等级为警告，使用红色表示安全等级为危险；

S62当速度数据在-5km/h～5km/h范围内时，显示实时的速度数据为绿色；当速度数据的绝对值大于5km/h且小于等于10km/h时，显示实时的速度数据为黄色；当速度数据的绝对值大于10km/h且小于等于30km/h时，显示实时的速度数据为红色；

S63当角度数据在-10°～10°范围内时，显示实时的角度数据为绿色；当角度数据的绝对值大于10°且小于等于30°时，显示实时的角度数据为黄色；当角度数据的绝对值大于30°且小于等于90°时，显示实时的角度数据为红色；

S64当长度数据在-0.5m～0.5范围内时，显示实时的角度数据为绿色；当长度数据的绝对值大于0.5m且小于等于1m时，显示实时的角度数据为黄色；当速度数据的绝对值大于1m且小于等于2m时，显示实时的长度数据为红色。

如图2所示，本发明的人机界面组合显示包括速度偏移、航向角偏移、水平偏移三种元素，用户可以在智能驾驶汽车中安置横屏显示器或者在前窗玻璃进行投屏显示，以在驾驶过程中观测车辆的安全状态。三种偏移量的单独显示分别如图3、图4、图5所示。界面采用QT图形用户界面应用程序制作。界面形式有三种类型：竖直标尺、圆形、水平标尺，分别显示智能汽车的车速、航向角及水平位置的偏移量，根据偏移量的大小将危险等级划分为安全、警示、危险三个级别，并用不同的颜色代表。

车速偏移量的仪表设计采用竖直标尺，以0km/h为临界点向上为正偏移量，代表超速，向下为负偏移量，代表低速。本专利限定，车速在正负5km/h范围内，字符颜色为绿色，代表偏移量正常，汽车处于安全驾驶状态；车速在绝对值5～10km/h范围内，字符颜色为黄色，代表车速偏移量较高，需驾驶员警戒并进行相应调整；车速在绝对值大于10km/h时，字符颜色为红色，代表车辆行驶速度失控，需即刻采取措施。

航向角偏移量的仪表设计采用圆形标尺，以0°为临界位置向左旋转为车辆向左侧偏移，向右旋转为车辆向右侧偏移。本专利限定，航向角偏移量在正负10°范围内，字符颜色为绿色，代表偏移量正常，汽车处于安全驾驶状态；航向角偏移量在绝对值10°～30°范围内，字符颜色为黄色，代表偏移量较高，需驾驶员警戒并进行相应调整；航向角偏移量在绝对值30°～90°时，字符颜色为红色，代表车辆行驶方向严重失控，需即刻采取调整措施。

水平位置偏移量的仪表设计采用水平标尺，以0m为临界位置向左为车辆靠左偏移，向右为车辆靠右偏移。本专利限定，水平偏移量在正负0.5m范围内，字符颜色为绿色，代表偏移量正常，汽车处于安全驾驶状态；水平偏移量在绝对值0.5～1m范围内，字符颜色为黄色，代表偏移量较高，需驾驶员警戒并进行相应调整；水平偏移量在绝对值大于1m时，字符颜色为红色，代表车辆行驶位置严重漂移，需即刻采取控制措施。

在驾驶过程中，三种元素采用组合显示的方式呈现，显示数量不超过驾驶员的认知负荷。

针对不同元素的危险等级的划分，本专利仅提出一种方案，而在不同的行驶路况及行驶要求中未逐一进行设计，用户可根据具体情况对划分区域进行相应调整。

通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各项权利要求及其等同物限定之。说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种智能人机交互界面的实现方法，其特征在于，包括：

S1、制作刻度尺，所述刻度尺包括竖直刻度尺、圆形刻度尺和水平刻度尺；

S2、用所述竖直刻度尺作为表示汽车车速偏移量的仪表盘；用所述圆形刻度尺作为表示汽车航向角偏移量的仪表盘；用所述水平刻度尺作为表示汽车水平偏移量的仪表盘；

S3、在所述竖直刻度尺的刻度线旁标示速度数值，并设置能根据实时偏移速度纵向平移的指针；在所述圆形刻度尺的刻度线旁标示角度数值，并设置能以刻度尺圆心为轴转动的指针；在所述水平刻度尺的刻度线旁标示长度数值，并设置能横向平移的指针；

S4、分别在所述竖直刻度尺、圆形刻度尺和水平刻度尺的下方显示实时的速度数据、角度数据和长度数据；

S5、分别将所述竖直刻度尺、圆形刻度尺和水平刻度尺的取值值域划分为安全、警示、危险三个安全等级；

S6、将所述三个安全等级用不同的颜色表示，显示实时的速度数据、角度数据和长度数据根据所落在的取值值域对应的安全等级变换颜色。

2.根据权利要求1所述的一种智能人机交互界面的实现方法，其特征在于，所述步骤S3还包括：

S31所述竖直刻度尺的中点位置标示的速度数值为0km/h，所述中点位置向上的数值代表正偏移量；所述中点位置向下的数值代表负偏移量；

S32所述圆形刻度尺的中点位置标示的角度数值为0°，所述中点位置逆时针方向旋转代表左偏移量；所述中点位置顺时针方向旋转代表右偏移量；

S33所述水平刻度尺的中点位置标示的长度数值为0m，所述中点位置向左的数值代表左偏移量；所述中点位置向右的数值代表右偏移量。

3.根据权利要求1所述的一种智能人机交互界面的实现方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：

S51当速度数据在-5km/h～5km/h范围内时，安全等级为安全；当速度数据的绝对值大于5km/h且小于等于10km/h时，安全等级为警告；当速度数据的绝对值大于10km/h且小于等于30km/h时，安全等级为危险；

S52当角度数据在-10°～10°范围内时，安全等级为安全；当角度数据的绝对值大于10°且小于等于30°时，安全等级为警告；当角度数据的绝对值大于30°且小于等于90°时，安全等级为危险；

S53当长度数据在-0.5m～0.5m范围内时，安全等级为安全；当长度数据的绝对值大于0.5m且小于等于1m时，安全等级为警告；当速度数据的绝对值大于1m且小于等于2m时，安全等级为危险。

4.根据权利要求1所述的一种智能人机交互界面的实现方法，其特征在于，所述步骤S6具体为：

S61使用绿色代表安全等级为安全，使用黄色代表安全等级为警告，使用红色表示安全等级为危险；

S62当速度数据在-5km/h～5km/h范围内时，显示实时的速度数据为绿色；当速度数据的绝对值大于5km/h且小于等于10km/h时，显示实时的速度数据为黄色；当速度数据的绝对值大于10km/h且小于等于30km/h时，显示实时的速度数据为红色；

S63当角度数据在-10°～10°范围内时，显示实时的角度数据为绿色；当角度数据的绝对值大于10°且小于等于30°时，显示实时的角度数据为黄色；当角度数据的绝对值大于30°且小于等于90°时，显示实时的角度数据为红色；

S64当长度数据在-0.5m～0.5范围内时，显示实时的角度数据为绿色；当长度数据的绝对值大于0.5m且小于等于1m时，显示实时的角度数据为黄色；当速度数据的绝对值大于1m且小于等于2m时，显示实时的长度数据为红色。

5.一种智能人机交互界面的系统，其特征在于，所述系统包括位于同一平面且紧凑相接的车速偏移仪表模块、航向角偏移仪表模块和水平偏移仪表模块，

车速偏移仪表模块位于航向角偏移仪表模块和水平偏移仪表模块左部，用于指示速度刻度和实时显示速度数据；

航向角偏移模块位于水平偏移仪表模块上部，用于指示角度刻度和实时显示角度数据；

水平偏移仪表模块用于指示长度刻度和实时显示长度数据。

6.根据权利要求5所述的一种智能人机交互界面的系统，其特征在于，所述车速偏移仪表模块包括竖直刻度尺单元、速度指针单元、速度安全单元和速度数据显示单元，

竖直刻度尺单元用于标示汽车的行驶速度数值；

速度指针单元用于根据汽车行驶速度纵向平移实时指向竖直刻度尺单元上的速度数值；

速度安全单元用于将竖直刻度尺单元上的取值值域划分为安全、警示、危险三个安全等级；

速度数据显示单元用于根据汽车速度实时显示速度数据，并通过速度安全单元，结合实时显示速度数据所落在的取值值域对应的安全等级变换显示颜色。

7.根据权利要求5所述的一种智能人机交互界面的系统，其特征在于，所述航向角偏移仪表模块包括圆形刻度尺单元、角度指针单元、角度安全单元和角度数据显示单元，

圆形刻度尺单元用于标示汽车的角度数值；

角度指针单元用于根据汽车行驶角度顺时针或逆时针方向转动实时指向圆形刻度尺单元上的角度数值；

角度安全单元用于将圆形刻度尺单元上的取值值域划分为安全、警示、危险三个安全等级；

角度数据显示单元用于根据汽车行驶角度实时显示角度数据，并通过角度安全单元，结合实时显示角度数据所落在的取值值域对应的安全等级变换显示颜色。

8.根据权利要求5所述的一种智能人机交互界面的系统，其特征在于，所述水平偏移仪表模块包括水平刻度尺单元、长度指针单元、长度安全单元和长度数据显示单元，

水平刻度尺单元用于标示汽车的行驶长度数值；

长度指针单元用于根据汽车行驶长度横向平移实时指向水平刻度尺单元上的长度数值；

长度安全单元用于将水平刻度尺单元上的取值值域划分为安全、警示、危险三个安全等级；

长度数据显示单元用于根据汽车行驶长度实时显示长度数据，并通过长度安全单元，结合实时显示长度数据所落在的取值值域对应的安全等级变换显示颜色。

9.根据权利要求6至8任意一项所述的一种智能人机交互界面的系统，其特征在于，所述变换显示颜色中的颜色为红色、黄色和绿色，

所述红色表示安全等级为危险，所述黄色表示安全等级为警告，所述绿色表示安全等级为安全。

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