一种基于可重组软件架构的触摸显控台的设计与实现*

程莉莉 罗 威 肖俊东 李家志

(1.国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心 武汉 430060)(2.中国舰船研究设计中心 武汉 430064)



一种基于可重组软件架构的触摸显控台的设计与实现*

程莉莉1罗 威2肖俊东2李家志2

(1.国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心 武汉 430060)(2.中国舰船研究设计中心 武汉 430064)

人机交互设备(含硬件、软件)是船舶重要基础设施，是影响船舶作战能力形成的关键，显控台作为常用的人机交互设备，得到了用户一定程度的认可，但是随着时间的推移和技术进步，先进的商用人机交互软硬件技术快速发展并得到广泛应用，现有显控台已落后并且暴露出一些不足。论文提出一种基于可重组软件架构的触摸显控台，该显控台更适合使用触摸屏，同时提供一种配套的基于可重组软件架构的开发平台，让用户更方便的选择自己所需的软件用户界面模块。

显控台; 触摸屏; 可重组软件架构

Class Number TP391

1 引言

舰艇人机交互设备(含硬件、软件)是舰艇重要基础设施，是影响舰艇作战能力形成的关键要素[1～3]。舰艇显控台作为舰艇最常用的人机交互设备，广泛应用于舰艇各类平台中，得到了用户一定程度的认可，但是随着时间的推移和技术进步，先进的商用人机交互软硬件技术快速发展并得到广泛应用(如基于触摸屏技术的手机、平板，以及配套的图形系统)，现有舰艇人机交互软硬件技术已落后并且暴露出一些不足。同时，舰船信息系统正向着一体化集成、全舰计算环境的方向发展，而现有舰艇人机交互软硬件体制难以适应这种发展趋势。现有的人机交互设备显控软件的主要不足体现在以下几点：

1) 现有显控台不适用直接采用触摸屏。现有的显控台最初的设计没有考虑触摸屏，若直接加上触摸屏则显得操作很不方便，不符合人机工程学原理[4～5]。

2) 现有舰艇人机交互设备显控软件界面是由软件开发人员设计，供用户定制的能力不足。实际作战使用中，显控台用户需要切换不同视图界面，以适应不同的作战需求；而现有装备上的人机操控系统人机交互界面显示要素繁杂，人机交互界面布局是由软件开发人员设计，在产品供货之后，界面就基本定型，用户只能被动接受而不能改变，不能针对不同操作人员的使用习惯灵活布局。

3) 现有舰艇人机交互设备显控软件显示资源利用不充分。指挥员不关注的内容占用了较多的显示资源，其需重点关注的内容不突出，如目标表页在表页显示器部分已有显示，却还在副屏占用了大部分的显示资源，造成了显示资源的浪费，降低了交互效率[6～7]。

4) 现有舰艇人机交互设备显控软件重组灵活性不足。目前大部分型号项目仍然是按照各家单位在各自设备上开发显控软件，开发出来的人机交互软件难以灵活集成到同一个显控设备上。某些项目对显控和任务进行了分离，并且显控和任务软件都由各单位开发。当显控部件数量很多时，这种预设的组合种类也会很多，用户对于显控灵活重组的需求将会变得愈加强烈。

5) 触摸式人机交互方式已经在手机、平板、笔记本电脑等设备上广泛使用，触摸操控的方式已经深入人心。现有舰艇信息系统用户都是在触控设备的环境下长大的，对触控操控方式、手机图形系统界面自由可定制的思想早已习惯，他们对现役人机交互显控台加入触摸技术以及人机交互界面的自由可定制特性有着迫切的需求[8～10]。

针对以上问题，本文提出一种基于可重组软件架构的触摸显控台，该显控台更适合使用触摸屏，同时提供一种配套的基于可重组软件架构的开发平台，让用户更方便的选择自己所需的软件用户界面模块。本问题提出方案的主要特点如下：

1) 针对触摸屏技术对显控台进行优化，更方面用户操作，符合人机工程学原理[11～12]。

2) 显控软件界面可供用户定制。组件窗口可由用户移动、缩放、打开、关闭、定制显示内容，各组件之间布局可由用户设置，将用户最关注的信息展示出来，充分利用显示资源。利用这种界面定制机制，可使用户能够根据自身需要和任务特点自行定制操作界面，组合功能单元，重组显控软件，提高交互效率。

2) 显控软件使用组件化的软件框架。在组件化的软件框架下，各组件窗口可由各家单位独立开发，然后由组件化的软件框架程序统一集成。此方案所用到的软件框架的一大优点是可以动态加载组件，这样当组件程序部署在公共计算服务器上时，显控设备就可以随时下载这些组件程序安装并运行[13～14]。

3) 显控软件支持触摸交互。其所依赖的显控台使用可触摸宽屏，宽屏可以提供一块相对较大的显示区域，可在指挥员不用仰头的情况下进行显控界面组件的整体布局，同时指挥员可以直接触摸操控对组件大小位置进行调整。

4) 显控软件采用国产自主可控图形系统。支持多点触控，具有丰富的控件，具备三维效果、动画效果、手势操作等新特性，可以设计出更加直观易用的人机交互界面。

2 硬件设计

我们显控台的硬件设计方案如下图所示，本显控台的最主要特点是除了摸球外，其它所有人机交互都采用触摸屏的方式。显控台的输入输出部件均采用宽触摸屏，主屏幕为竖直方向，主要用来展示各种状态信息和操控信息；副屏幕为水平方向，可用来展示信息，也可虚拟输入部件。为了在同一屏幕里展示更多信息，主、副屏幕均采用宽触摸屏[1～2]。

图1 基于触摸屏的显控台示意图

3 基于可重组组件的软件架构设计

可重组组件软件架构的设计思想是展示显控终端功能柔性可重组，终端与平台松耦合，体现“即装即用/柔性重组/按需服务”的思想。通过实现组件管理器、多个组件、辅助服务器，形成有机统一整体，展示出终端与平台的松耦合特点，终端功能的可重组特点等。

可重组显控软件框架演示系统主要由组件管理器，多个组件，辅助服务器三大部分组成：

1) 组件管理器负责管理组件显示位置、大小进行管理，并接收用户操控，传递给多个组件；

2) 组件是信息与操控的主体，订阅辅助服务器的态势信息并显示，同时，发布用户操控命令给其它模块；

3) 辅助服务器自身维护一个态势、传感器、武器的模拟状态，同时使用订阅发布机制发布态势信息，接收用户操控命令，同步改变自己的模拟状态。

图2 软件体系架构示意图

组件之间通过DDS 接口通信，主要是各种发布与订阅信息，包括指示信息等；组件之间，组件与管理器之间同时通过共享内存接口通信，主要是各种状态信息，如用户选择，当前系统状态等；组件与组件管理器使用图形系统与控件系统接口编程，实现基本界面交互功能；组件与虚拟服务器之间使用DDS 订阅发布机制交互，传输各种战场信息[5～6]。

图3 信息接口通信示意图

最终的用户界面效果如图4所示。主屏幕主要用来摆放各信息组件，主要包括作战系统状态信息相关组件(态势组件、鹰眼图组件、本舰信息组件、时间信息组件、导航信息组件、目标信息组件)、作战指挥相关组件(对空作战指挥组件、对海作战指挥组件、对水下作战指挥组件)、武器控制相关组件(导弹控制组件、舰炮控制组件、鱼雷控制组件)、传感器控制组件(搜索雷达控制组件、跟踪雷达控制组件、声纳控制组件)。副屏幕主要用来将输入设备虚拟化，输入设备包括键盘、摸球、专用按键等，并且对整个人机交互软件的设置、配置菜单、选项布置在副屏幕里，同时也可以在虚拟输入设备不用时显示目标信息组件等。

态势组件为主要组件，可使用2D展示当前态势，也可使用3D方式展示当前战场态势，通过直观图形实时显示当前目标的属性以及位置和运动信息。态势图中的目标可以进行目标指示、敌我识别等快捷操作。态势图支持多点触控，可以放大、缩小、漫游。

人机界面可快速部署预设的操控界面。合理布局菜单，简化操作逻辑。

图4 软件界面总体结构示意图

4 结语

基于可重组软件架构的触摸显控台的设计与实现，顺应了行业“创新引领”的工作理念和我国装备创新的潮流，是加快建设行业内积水创新、进步的具体体现。主要特点在于：

1) 新型触控式人机交互软件及显控台能够增加新技术的使用，可提高操作效率。

2) 显控软件基于国产自主研发软件框架，软件开发自主可控。

3) 基于组件的显控软件的实施，可逐步形成人机交互软件集成规范，软件组件独立开发，集中管控，集中测试、认证和发布；将来引入竞争，组件采取竞标方式开发，择优入库，有助于作战系统集成优化的推进。

4) 显控软件组件化、可定制的思想，对于显控软件动态部署、显控软件重组、整合信息资源并进行集成优化具有重要的意义，并且对于显控与任务分离及全舰计算环境的实施有着重要的现实意义。

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Design and Implementation of A Reconfigurable Software Architecture for Touchable Console

CHENG Lili1LUO Wei2XIAO Jundong2LI Jiazhi2

(1. Patent Examination Cooperation Hubei Center of The Patent Office, Wuhan 430060)(2. China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064)

Human-machine interaction devices(including hardware and software) is an important ship-borne infrastructure， which significantly impact combat capability for warship，console as the most commonly useful human-machine interaction device, it obtains accreditation for users to some extents, but as time goes by and technology improves, advanced commercial human-machine interactive technology quickly advances and get widely application, current ship-borne console exposes some defects. In this paper, a reconfigurable software architecture for touchable console is proposed, which is more suitable for touchable console, mean while a development platform is proposed for this software architecture, it makes users more easily to choose their desired user interfaces module.

console, touchable screen, reconfigurable software architecture

2016年5月18日,

2016年6月27日

程莉莉，女，博士，助理研究员，研究方向：光电子信息和无损检测技术。罗威，男，博士，高级工程师，研究方向：舰船电子信息系统。肖俊东，男，硕士，工程师，研究方向：舰船电子信息系统。李家志，男，硕士，高级工程师，研究方向：舰船电子信息系统。

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.041