刘唱 北京理工大学

1 研究背景

随着科技的不断发展，无人机无论在军事领域还是民用领域的应用都越来越普遍，而交互设计在无人机指挥控制系统中的重要性也被逐步提升。

在军事领域，无人机已成为现代战争必不可少的武器装备。如何更好地利用无人机在复杂多变的战场环境下及时把握战机，如何快速准确地感知战场态势并作出正确的决策，如何更好地控制无人机完成艰巨的任务，无论对无人机操作员还是对无人机指挥控制系统的交互设计，都提出了更高层次的要求。

在民用领域，农业、能源、公共安全、基础设施、建筑等行业都将无人机作为重要的辅助工具，代替人来完成较为复杂困难甚至是难以执行的任务。不仅如此，由于突发事件的时间限制，要求操作员必须保持较高的态势感知能力，所以良好的交互设计对于实现指挥无人机高效完成高难度作业任务至关重要。

2 无人机指挥控制系统发展现状

科技的不断发展促使无人机自主级别不断提高，系统能够代替操作员完成一部分繁杂的任务，操作员的双手就能从底层的飞行控制任务中解放出来，从而更多地执行监督控制任务。操控任务的减少意味着操作员有更多的精力，可以作为指挥员的角色，从更高的视角总揽全局、感知态势，作出最冷静正确的决策，更高效地完成任务。

无人机指挥控制系统是连接操作员与无人机这两个单元之间的纽带，系统通过通信链路接收无人机采集的信息，辅助操作员对无人机的飞行数据及任务载荷状态进行实时监控并协助处理分析[2]，通过合理的交互设计使操作员快速充分地理解信息，能够如同“身临其境”一般感知态势，从而形成决策，对无人机进行指挥控制。

目前，很多国家都在对无人机指挥控制系统进行研究，但从交互设计角度研究无人机指挥控制界面的相关文献较少。

大疆公司的DJI GS Pro 地面站软件界面，是对无人机进行操作及综合管理的iPad 端应用程序。操作员可以通过直观简易的交互设计规划复杂航线任务，实现全自动航点飞行作业。并设计了虚拟护栏功能、数据云端存储功能保障无人机的飞行和数据安全。且该软件支持团队协作作业，为设计一站多机系统的交互界面奠定基础。

3 设计要点分析

复杂的接口关系、庞大的信息量和控制量都给无人机指挥控制系统的交互设计提出了难题。人机交互的优化应该关注以下几个设计要点：

(1）调理清晰的任务流程

调理清晰的任务流程可以指导用户如何完成任务，用任务流的方式帮助用户专注、高效地达到任务目标。进入指挥系统之后，操作员收到新任务首先要通过任务列表查看任务详情，通过任务规划界面进行预先部署。任务开始执行后对任务进度进行监控，对无人机飞行姿态、飞行环境进行实时感知，对任务区域进行监测，并根据实时环境状况作出方案调整，以及完成对搭载设备的控制。完成任务后对获取信息和执行效果进行统计评估并对无人机及指挥系统设备状态进行检测与维护。

(2）逻辑合理的信息架构

对于指挥控制系统而言，其承载的任务复杂，信息结构层次繁杂，仅依靠感性、主观的设计思维很难获得设计合理的人机交互界面。逻辑合理的信息架构是良好的交互设计的基础，设计者应注意对信息架构的梳理，将内容有序分类，将结构化繁为简，注意层级的广度和深度，同时注意形成良好的界面布局，有利于用户快速进行视觉搜索，了解自己在哪里，将要做什么，可以做什么等一系列问题，强化操作员对系统的积极认知。

(3）易于理解的信息表达

无人机将各个搭载设备收集到的参数信息全部发送至指挥控制系统，但是大量且复杂的参数信息会导致操作员注意力分散，无法快速捕捉关键信息，增加了操作员的认知负荷。设计中应尽量把各参数信息进行初步处理与综合归纳，用形象化的图形、符号优化信息表达的方式，以做到各参数信息一目了然，消除认知摩擦现象，提高操作员认知效率和态势感知绩效。

(4）增强操作员态势感知能力

增强态势感知能力是无人机指挥控制系统向设计者提出的新的设计挑战。以往的无人机是在操作者的视线范围内飞行，而无人机指挥控制系统属于远程控制系统，是操作员与无人机不在同一空间环境下的控制工具，这就造成了操作员会产生情境感知等方面的障碍，使其缺乏洞悉安全风险的能力，影响操作员对安全威胁的发现识别，最终影响操作员的决策与行动。交互设计在增强操作员态势感知能力方面，可以将更形象化的路径指示、避障提示和高度显示叠加到视景上，还可以简化场景信息，将障碍边缘加轮廓线或文字注释以突出显示，还需在界面的布置及地图与视景的切换效果上拓宽思路，寻找能使操作员产生沉浸感的设计方案。

（5）人性化的安全保障与辅助能力

指控系统应能够自动对操作员的判断与操作给以辅助，例如无人机在发出报警信息时，系统界面能相应地给予应对方案及操作提示。操作员作出影响飞行安全的操作时，系统应弹出对话框提醒操作员并令其确认是否要继续执行此操作。突发事件来临时，系统应将必要的实时性的状况及时有效地呈现给操作员。参数、图标和控件的设计也应尽量贴合使用者的使用规则和操作习惯，避免容易产生误解和歧义的显示，避免容易引起误操作的界面布置 ，确保人机交互的持续稳定性。

4 结束语

作为整个无人机系统的重要组成部分，指挥控制系统界面的交互设计直接影响着整个无人机系统的运行状态和执行任务的效率。面对未来一站多机的发展趋势，更要做好对单个无人机指挥控制的交互设计研究，为单个操作员同时控制多架无人机的指挥控制界面的交互设计打下扎实的研究基础。