CC BY
14УДК 004.055
МОДЕЛЬ ОПИСАНИЯ ИНТЕРФЕЙСОВ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МЧС РОССИИ
Сергей Николаевич Терёхин; Алексей Владимирович Вострых3.
Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, Санкт-Петербург, Россия 3a.vostrykh@list.ru
Аннотация. В системе МЧС России используется широкий спектр информационных систем схожего назначения и функционала. С каждым годом количество внедряемого программного обеспечения увеличивается, повышая нагрузку на операторов МЧС России. Всё это приводит к необходимости осуществления обоснованного выбора наиболее эффективных информационных систем из множества альтернатив, который предлагается проводить путем оценки эффективности интерфейсов данных программных продуктов.
В статье разработана модель описания интерфейсов информационных систем МЧС России, которая является незаменимым элементом на пути проведения оценки эффективности интерфейсов. Также разработана система из 16 частных показателей эффективности, которая входит в состав модели и позволяет получить числовые значения отдельных характеристик.
Ключевые слова: графический пользовательский интерфейс, информационная система, программный продукт, пользователь, модель
Для цитирования: Терёхин С.Н., Вострых А.В. Модель описания интерфейсов информационных систем МЧС России // Науч.-аналит. журн. «Вестник С.-Петерб. ун-та ГПС МЧС России» 2022. № 2. С.96-105.
MODEL OF DESCRIPTION OF INTERFACES OF INFORMATION SYSTEMS OF EMERCOM OF RUSSIA
Sergey N. Terekhin; Aleksei V. Vostrykh3.
Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia, Saint-Petersburg, Russia
13a.vostrykh@list.ru
Abstract. The EMERCOM of Russia uses a wide range of information systems of similar purpose and functionality. Every year the number of software implemented in the work of specialists only increases, increasing the burden on the operators of the Ministry of Emergency Situations of Russia. All this leads to a reasonable question of the need to make an informed choice of the most effective information systems from a variety of alternatives, which is proposed to be carried out by evaluating the effectiveness of the interfaces of these software products.
The article develops a model for describing the interfaces of information systems of EMERCOM of Russia, which is an indispensable element in the way of evaluating the effectiveness of interfaces. A system of sixteen partial performance indicators has also been developed, which is part of the model and allows you to obtain numerical values of individual characteristics.
Keywords: graphical user interface, information system, software product, user, model
For citation: Terekhin S.N., Vostrykh A.V. Model of description of interfaces of information systems of EMERCOM of Russia // Nauch.-analit. jour. «Vestnik S.-Petersb. un-ty of State fire service of EMERCOM of Russia». 2022. № 2. P. 96-105.
© Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2022
96
Введение
В настоящее время в системе МЧС России используется широкий спектр различных информационных систем (ИС), позволяющих решать ежедневные задачи специалистами разных направлений и специфики работы [1]. Так, например, сотрудники Центра управления кризисных ситуаций имеют в своём пользовании более 50 наименований различных программных продуктов. Проведенный анализ данных программ показал (табл. 1), что многие из них выполняют аналогичные функции [1], поэтому возникает вопрос актуальности их совместного использования и обоснованного выбора из них наиболее подходящих для работы определенных категорий операторов МЧС России. Этим будет достигнута экономия финансовых средств на целесообразность приобретения новых программных продуктов, а также повысятся оперативные показатели специалистов, такие как скорость работы [2-4].
Таблица 1. Информационные системы, используемые сотрудниками ЦУКС
ИС ЧС на водных объектах Радиоактивная опасность ДТП Лесные пожары Паводок Техногенные ЧС Биолого-социальные ЧС
«Поиск-Море» + - - - - - -
«СМС Виктория» + - - - - - -
«КИИС МОРЕ» + - - - - - -
«ЕСИМО» + - - - - - -
«МКИ ОСМ» + - - - - - -
«АИС ГМВО» - - - - - - -
«ЕГАСМРО» - + - - - - -
«АСКРО Росатом» - + - - - - -
«ФБД СиС ВСМК» + + + - - - -
«Лесохранитель» - - - + - - -
«Лесной дозор» - - - + - - -
«ИСДМ Рослесхоз» - - - + - - -
«Каскад» - - - + + - -
«Ясень» - - - + - - -
«ИАС ДТП» - - + - - - -
«САУР» + + + + + + +
«ЕСВИТМ-Туристы + - + + + + +
ПАК БРИЗ + - + + + + +
«АСИО СМП ЧС» - - - - - + +
«АСИ СМПЧС и НЦУКС» - - - - - + -
«ОПЛП» - - - + - - -
«Пожароопасность» - - - + - - -
«Волна» - - - - + - -
«Лесные пожары» - - - + - - -
«Магистраль» - - - - - + -
«СПО ЦМП СЗРЦ» - - - - - + -
«Poison» - - - - - + -
«АХОВ-пролив» - - - - - + -
«ТохЬ> - - - - - + -
«Факел» - - - - - + -
«Blast» - - - - - + -
«ChemiCrash» - - - - - + -
Примечание: ДТП - дорожно-транспортное происшествие; ЧС - чрезвычайные ситуации
97
Эффективность ИС в большей степени определяется эффективностью их графических пользовательских интерфейсов (ГПИ), так как посредствам этого звена ведется всё взаимодействие оператора с программной реализацией механизмов продуктов [5-7]. Таким образом, имея возможность оценить 1 ПИ аналогов программ, становится возможным делать обоснованный выбор определенной системы из множества альтернатив, поэтому в статье ставится вопрос о разработке научно-методических средств, позволяющих проводить оценку ГПИ.
Интерфейс является неким посредником между пользователями и программным представлением вычислительных систем, позволяя организовать диалог между абсолютно разными категориями: человек и программная реализация, кардинально отличающимися друг от друга (табл. 2).
Таблица 2. Различия между категориями пользователь и программная реализация
Признаки Пользователь Программа
Приспосабливаемость Выполняет широкий набор задач Узкоспециализирована
Точность Точность ограничена Зависит от требований
Способность к адаптации Способен адаптироваться к внезапным изменениям ситуации Низкая адаптация, возможен выход из строя
Обучение Возможно Ограниченно возможно
Быстродействие Ограниченное количество каналов выдачи информации Возможна любая скорость
Задания с неопределенностью Выполнимо Сложно выполнимо
Прогнозируемость Частично возможна Система прогнозируема
Моторика Физическая работоспособность ограничена Работоспособность практически не ограничена
Трудоемкость распознавания информации Ограниченное количество каналов восприятия Ограниченное количество каналов восприятия
Контроль Не пригоден Пригодна
Монотонность Малопригоден Пригодна
Обработка неполной информации Возможна Частичная возможность
Интуиция Имеется Отсутствует
Устойчивость к работе Зависит от воздействия внешних факторов Не зависит от воздействия внешних факторов
Возможности памяти Ограниченная оперативная память, в долговременной памяти возможна потеря или модификация информации Большой объём памяти. Отсутствие самопроизвольного изменения или удаления информации
Для смягчения представленных в табл. 2 различий проектируются ГПИ [2-5], которые по своей сути являются некоторыми трансляторами, переводящими человеческий язык в машинный и обратно. То, насколько эффективно спроектирован ГПИ будет зависеть качество человеко-машинного диалога [2-6]. Таким образом, в данной работе предлагается оценивать ИС посредствам их ГПИ.
Методы исследования
Для оценки ГПИ авторами настоящей статьи разработан список из 16 частных показателей эффективности (ЧПЭ), основанный на отечественных и международных стандартах из области проектирования программного обеспечения и их интерфейсов (табл. 3).
98
Таблица 3. Список ЧПЭ ГПИ
№ п/п Наименование стандарта Наименование ЧПЭ Описание ЧПЭ
1 ГОСТ Р ИСО/ 25010-2015 Избыточность функционала Реализация в ГПИ только тех функций, которые необходимы для решения поставленных задач
2 ГОСТ Р ИСО 9241-129-2014 Наглядность Степень усилий пользователей по поиску ИФЭ ГПИ
3 ГОСТ Р ИСО/ 9126-93 Понятность Степень усилий пользователей по пониманию общей логической концепции ГПИ
4 ГОСТ Р ИСО 9241-129-2014 Единообразие Свойство ГПИ, характеризующееся единством цветовой схемы, семейством шрифтов, однородностью компонентов интерфейса и принципов осуществления сходных функций
5 ГОСТ Р ИСО 9241-11-2010 Эстетичность Свойство ГПИ, характеризующееся гармоничностью цветовой схемы
6 ГОСТ Р ИСО 9241-110-2016 Устойчивость к ошибкам Частота появления ошибок различной природы
7 ГОСТ Р ИСО 9241-129-2014 Мобильность Свойство ГПИ, выражающееся в возможности его адаптации для работы в различных окружениях
8 ГОСТ Р ИСО 9241-110-2016 Предсказуемость Свойство ГПИ соответствовать ожиданиям пользователей
9 ГОСТ Р ИСО 9241-110-2016 Контролируемость Свойство ГПИ, характеризующееся возможностью предоставления пользователям любых доступных устройств ввода и вывода информации
10 ГОСТ Р ИСО 14915-1-2016 Читабельность Степень усилий пользователей по считывания текстовой информации
11 ГОСТ Р ИСО 9241-110-2016 Информативность Структура и наполнение ГПИ должны способствовать минимизации информационной нагрузки на пользователей
12 ГОСТ Р ИСО 9241-129-2014 Привлекательность Свойство ГПИ, характеризующееся визуальной простотой и современностью
13 ГОСТ Р ИСО 9241-110-2016 Управляемость Наличие в ГПИ атрибутов, позволяющих сделать управление и контроль простыми
14 ГОСТ Р ИСО 9241-129-2014 Визуальная простота Свойство ГПИ, характеризующееся сложностью взаимного расположения ИФЭ
15 ГОСТ Р ИСО 9241-129-2014 Обнаруживаемость Свойство ГПИ, характеризующееся доступностью элементов интерфейсов
16 ГОСТ Р ИСО 9241-129-2014 Обучаемость Частота обращений пользователей за справочной информацией
Примечание: ИФЭ - информационно-функциональные элементы
Представленный в табл. 3 список показателей способен покрыть все необходимые аспекты и составляющие ГПИ для его анализа, а также связать потребности пользователей с возможностями анализируемых систем.
Проанализировав структуру ГПИ, были сделаны выводы о том, что любой интерфейс можно представить в виде трёх компонентов [2, 8, 9]:
- визуальная составляющая (характеризуется параметрами цветовой схемы ГПИ; геометрической формой информационно-функциональных объектов (ИФО) интерфейсов; наличием, количеством и формой представления текстовой и графической информации);
- пространственная составляющая (характеризуется структурой расположения ИФО интерфейсов, их вложенностью, группировкой);
99
- логическая составляющая (характеризуется множеством функций ГПИ, множество логических правил взаимодействия с ИФО интерфейса, множеством сценариев взаимодействия с ГПИ).
Данные компоненты предлагается связать со списком ЧПЭ ГПИ, представленным в табл. 3, что в совокупности позволит описать полноценную модель описания интерфейсов ИС МЧС России (рис.).
Рис. Модель описания ГПИ ИС
Математическую модель описания ГПИ ИС можно представить в следующем виде:
iV = (Cs h, F or, { T e x}, { Gr ap })" 5 = ( Loc, { Gob}, {Nest}) L = ({ F},{Lp },{5 c}) ,
где V - визуальная составляющая ГПИ, в которую входят: C sh - описание цветовой схемы ГПИ; F o r - характеристика форм ИФО интерфейса; {Tex} - множество текстовой информации; { G r ap } - множество графической информации. 5 - пространственная составляющая ГПИ, в которую входят: Loc - описание расположения ИФО интерфейсов; { G o b } - множество групп ИФО;
{Nest} - множество уровней вложенности ИФО интерфейсов. L - логическая составляющая ГПИ, в которую входят: {F} - множеством функций ГПИ;
{Lp } - множество логических правил взаимодействия с ИФО интерфейса; {5 с} - множеством сценариев взаимодействия с ГПИ.
100
С целью вычисления ЧПЭ проанализированы существующие метрики оценки интерфейсов, и разработаны некоторые авторские математические выражения, позволяющие получить числовые значения ЧПЭ показателей [2-5, 10]:
«Избыточность функционала» вычисляется с помощью следующей формулы:
Ш = ^ ,
где N - количество функций; N - количество решаемых задач.
«Наглядность» вычисляется с помощью следующей формулы:
Т5= ^*tf ,
где tf - длительность зрительной фиксации; ц - математическое ожидание числа зрительных фиксаций, необходимых для нахождения объекта с заданными признаками. Величина ц вычисляется с помощью формулы:
ц = С С (М/А ) + 1 ) / (М + 1 ) .
С её учётом получаем:
Ts=^*t/ = (^b:)*t/
где N - количество ИФЭ ГПИ; М - количество элементов, обладающих заданным для поиска признаком; А - объем визуальной информации ограничен объемом оперативной памяти от трех до четырех элементов и пространственными характеристиками зрения 4о-10о [2-4]. «Информативность» вычисляется с помощью следующей формулы:
h
где - среднее число шагов при поиске; V - количество элементов; Ж - общее количество информационно-функциональных элементов ГПИ.
«Визуальная простота» вычисляется с помощью следующей формулы:
F =---'
sp N *s?= гр ii од 2р i
где N - количество свойств ИФЭ ГПИ (ширина, высота, удалённость от верхней и боковой границы окна ГПИ); nt - количество свойств ИФЭ ГПИ i-го класса; pt - приоритет классов элементов ГПИ.
«Обучаемость» вычисляется с помощью следующей формулы:
Tis = 1 ( tgv + t/i)
где tgV - время перемещения i-го взора; t/t - время i-й фиксации взора; n - количество шагов поиска (количество фиксаций, затраченных на нахождения нужного объекта). «Предсказуемость» вычисляется с помощью следующей формулы:
Тр _ — (тор 2 i=1 T-mö
где Tmt - время задержки информации в i-ом блоке системы; n - число блоков системы;
- время, затраченное оператором на обработку информации, которое вычисляется по следующей формуле:
т ор = а + b * Н ,
101
где а - время простой реакции; Ь - время переработки единицы информации; Н - количество информации, перерабатываемой оператором.
«Управляемость» вычисляется с помощью следующей формулы:
м = а ,
где Щ - количество ИФО в определённой группе или окне ГПИ; Ыа1 - количество альтернатив активации информационно-функциональных объектов ГПИ; ра - скорость активации ИФО интерфейсов; п - общее количество ИФО ГПИ.
«Читабельность» вычисляется с помощью следующей формулы:
F = (2 06,83 5 - 1,3 * (■■■) - 60,1 * * h ,
где а - количество слов в документе; Ь - количество предложений в документе; с - количество слогов в документе; к - линейный размер знака, вычисляемый с помощью формулы:
Ь = 2 * I * 1да
где а - угловой размер знака; I - расстояние от оператора до экрана дисплея. «Единообразие» вычисляется с помощью следующей формулы:
Е = Сб * Ри* СI * Р / ,
где - коэффициент единства цветовой схемы ГПИ; - коэффициент единства семейств шрифтов; С / - коэффициент однородности компонентов ГПИ; Р1 - коэффициент единообразного выполнения сходных функций в ГПИ.
«Эстетичность» вычисляется с помощью следующей формулы:
= $п* ^ь,ьп ,
где Бп - площадь, занимаемая оттенком в ГПИ; Ш3^ - коэффициента гармоничности. «Устойчивость к ошибкам» вычисляется с помощью следующей формулы:
в{Е1ег](Кег,Е1 д - {{Е1 а £ { Щ]лБ[кеУ. еIг с ^ >2^1е М*} ,
где Кег - показатель наличия ошибки; е Iг - отдельное элементарное действие; Щ- отдельная транзакция.
«Мобильность» вычисляется с помощью следующей формулы:
.. н-+н с ш-+ш с , К = —-к —-
Яр и/р
где - высота родительского элемента ГПИ; - высота дочернего элемента ГПИ;
- ширина родительского элемента ГПИ; Шс - ширина дочернего элемента ГПИ; К- коэффициент гармоничности пропорций ГПИ.
«Контролируемость» вычисляется с помощью следующей формулы:
а (к ПЛ~ {{Е 1 ^1г¿А3{к™}]е 1 ^кт>аугем*},
и{Е 1сопА(^С0ПЬЕ1О - {{Е1.}е{1г ¡}лЭ{кк}.еIскк>а^гем*}
где к - показатель использования манипулятора типа «мышь»; к - показатель использования клавиатуры; - отдельное элементарное действие; - отдельная транзакция.
102
«Привлекательность» вычисляется с помощью следующей формулы:
Ма11 =1*С ,
где С - значения воздействия «эффекта стереохроматизма» по всей области ГПИ; / - гармоничность цветовой схемы по всей площади ГПИ.
«Обнаруживаемость» вычисляется с помощью следующей формулы:
в{ЕЧпГ}(^пгЕ0 ЕЕ {{Е1 а £ { е11 С кыг > 0|У/ £ М*} ,
где кп/ - показатель частоты обращения пользователей к справочной информации. «Понятность» вычисляется с помощью следующей формулы:
е^л(Кс Е1,) Е {{Ек} £ ъм^^твп ,
где к - показатель повторов действий пользователей за установленный промежуток времени; - время, затраченное пользователем на выполнение транзакции.
Результаты исследования и их обсуждение
Таким образом, получен спектр формульных выражений, позволяющих вычислить ЧПЭ интерфейсов. Полученные числовые значения могут быть использованы для сравнения интерфейсов между собой по отдельным показателям.
Также после сопоставления полученных значений показателей становится возможным оценить эффективность интерфейсов в целом и делать предварительные выводы об успешности использования ИС в отдельных подразделениях МЧС России.
Заключение
Разработанная в настоящей статье модель описания интерфейсов ИС позволяет детально описать и анализировать интерфейсы, а также осуществлять их привязку к пользователям (моделям персонажей), что в совокупности позволит описать ИС в целом. Также становится возможна формализованная оценка эффективности ИС через их интерфейсы.
Список источников
1. Вострых А.В. Проведение оценки интерфейсов специализированных информационных систем МЧС России с помощью машинного обучения // Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности и защиты от чрезвычайных ситуаций: материалы Всерос. науч.-практ. конф. Железногорск: Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2021. С. 381-386.
2. Головач В.В. Дизайн пользовательского интерфейса. Usethics, 2005-2008. 97 а
3. Купер А., Рейман Р., Кронин Д. Основы проектирования взаимодействия. СПб.: Символ, 2010. 688 а
4. Купер А. Психбольница в руках пациентов или почему высокие технологии сводят нас с ума, и как восстановить душевное равновесие: пер. с англ. СПб.: Символ-Плюс, 2004. 336 с.
5. Джеф Р. Интерфейс Новые направления в проектировании компьютерных систем. СПб.; М.: Символ, 2007. 257 с.
6. Уэйншенк С. 100 главных принципов дизайна. Как удержать внимание. СПб.: Изд-во «Питер», 2011. 272 с.
7. Булат Р.Е., Вострых А.В. К вопросу роста качества восприятия операторами информации в чрезвычайных ситуациях на основе совершенствования графических пользовательских интерфейсов // Психолого-педагогические аспекты подготовки кадров
103
к профессиональной деятельности в экстремальных условиях: материалы Междунар. науч.-практ. конф. СПб.: С.-Петерб. ун-т ГПС МЧС России, 2021. С. 45-56.
8. Вострых А.В. Варианты построения систем иммерсивных интерфейсов для специализированных информационных систем МЧС России // Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы и перспективы: материалы XV Междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых. Минск: УГЗ, 2021. С. 340-342.
9. Буйневич М.В., Максимов А.В., Вострых А.В. Анализ результатов аудита сетевых информационных ресурсов МЧС России // Науч.-аналит. журн. «Вестник С.-Петерб. ун-та ГПС МЧС России». 2020. № 1. С. 101-110.
10. Емельянова Ю.Г., Фраленко В.П., Хачумов В.М. Методы комплексного оценивания когнитивных графических образов // Программные системы: Теория и приложения. 2018. № 3. C. 49-63.
References
1. Vostryh A.V. Provedenie ocenki interfejsov specializirovannyh informacionnyh sistem MCHS Rossii s pomoshch'yu mashinnogo obucheniya // Aktual'nye problemy obespecheniya pozharnoj bezopasnosti i zashchity ot chrezvychajnyh situacij: materialy Vseros. nauch.-prakt. konf. ZHeleznogorsk: Sibirskaya pozharno-spasatel'naya akademiya GPS MCHS Rossii, 2021. S. 381-386.
2. Golovach V.V. Dizajn pol'zovatel'skogo interfejsa. Usethics, 2005-2008. 97 s.
3. Kuper A., Rejman R., Kronin D. Osnovy proektirovaniya vzaimodejstviya. SPb.: Simvol, 2010. 688 s.
4. Kuper A. Psihbol'nica v rukah pacientov ili pochemu vysokie tekhnologii svodyat nas s uma, i kak vosstanovit' dushevnoe ravnovesie: per. s angl. SPb.: Simvol-Plyus, 2004. 336 s.
5. Dzhef R. Interfejs Novye napravleniya v proektirovanii komp'yuternyh sistem. SPb.; M.: Simvol, 2007. 257 s.
6. Uejnshenk S. 100 glavnyh principov dizajna. Kak uderzhat' vnimanie. SPb.: Izd-vo «Piter», 2011. 272 s.
7. Bulat R.E., Vostryh A.V. K voprosu rosta kachestva vospriyatiya operatorami informacii v chrezvychajnyh situaciyah na osnove sovershenstvovaniya graficheskih pol'zovatel'skih interfejsov // Psihologo-pedagogicheskie aspekty podgotovki kadrov k professional'noj deyatel'nosti v ekstremal'nyh usloviyah: materialy Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. SPb.: S.-Peterb. un-t GPS MCHS Rossii, 2021. S. 45-56.
8. Vostryh A.V. Varianty postroeniya sistem immersivnyh interfejsov dlya specializirovannyh informacionnyh sistem MCHS Rossii // Obespechenie bezopasnosti zhiznedeyatel'nosti: problemy i perspektivy: materialy XV Mezhdunar. nauch.-prakt. konf. molodyh uchenyh. Minsk: UGZ, 2021. S. 340-342.
9. Bujnevich M.V., Maksimov A.V., Vostryh A.V. Analiz rezul'tatov audita setevyh informacionnyh resursov MCHS Rossii // Nauch.-analit. zhurn. «Vestnik S.-Peterb. un-ta GPS MCHS Rossii». 2020. № 1. S. 101-110.
10. Emel'yanova Yu.G., Fralenko V.P., Hachumov V.M. Metody kompleksnogo ocenivaniya kognitivnyh graficheskih obrazov // Programmnye sistemy: Teoriya i prilozheniya. 2018. № 3. S. 49-63.
104
Информация о статье:
Статья поступила в редакцию: 28.04.2022; одобрена после рецензирования: 17.05.2022; принята к публикации: 20.05.2022
The information about article:
The article was submitted to the editorial office: 28.04.2022; approved after review: 17.05.2022; accepted for publication: 20.05.2022
Информация об авторах:
Сергей Николаевич Терехин, профессор кафедры пожарной безопасности зданий и автоматизированных систем пожаротушения Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149), доктор технических наук, доцент, e-mail: expert_terehin@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1478-8129
Алексей Владимирович Вострых, адъюнкт Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 149), e-mail: a.vostrykh@list.ru, https://orcid.org/0000-0002-8261-0712
Information about the authors:
Sergey N. Terekhin, professor of the department of fire safety of buildings and automated fire extinguishing systems of Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, Saint-Petersburg, Moskovsky ave., 149), doctor of technical sciences, associate professor, e-mail: expert_terehin@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1478-8129
Alexey V. Vostrykh, associate professor of Saint-Petersburg university of State fire service of EMERCOM of Russia (196105, Saint-Petersburg, Moskovsky ave., 149), e-mail: a.vostrykh@list.ru, https://orcid.org/0000-0002-8261-0712
105
