P R A C E N A U K O W E P O L I T E C H N I K I W A R S Z A W S K I E J z. 78 Transport 2011

Juliusz Karolak

Politechnika Warszawska, Wydzia� Transportu, Zak�ad Sterownia Ruchem, Zespó� Naukowo-Dydaktyczny Sterowania Ruchem Kolejowym

BADANIA MO�LIWO�CI POPRAWY ERGONOMII OBS�UGI STANOWISKA KONTROLI

DYSPOZYTORSKIEJ

R�kopis dostarczono, marzec 2011

Streszczenie: Artyku� opisuje technologie wykonania urz�dze� sterowniczych, mo�liwych do zastosowania w aplikacjach komputerowych wykorzystywanych na nastawniach i w dyspozyturach. Przedstawione i ocenione zosta�y nak�adki dotykowe na monitory i aplikacje umo�liwiaj�ce sterowanie mow� i gestem. W dalszej cz��ci zaprezentowano techniki sterowania wykorzystane na dydaktyczno-badawczym stanowisku kontroli dyspozytorskiej w laboratorium sterowania ruchem kolejowym Wydzia�u Transportu Politechniki Warszawskiej. S�owa kluczowe: sterowanie ruchem kolejowym, kierowanie ruchem kolejowym, ekran dotykowy, ergonomia stanowisk pracy

1. WPROWADZENIE

Obserwuj�c prac� dy�urnych ruchu i dyspozytorów mo�na zauwa�y�, �e ich stanowiska robocze ulegaj� w obecnej dobie dynamicznym przemianom. W przestrze� robocz� wprowadzane s� nowoczesne urz�dzenia komputerowe, których obs�uga zazwyczaj wymaga do��czonych urz�dze� wej�cia, takich jak klawiatura, mysz czy tabliczka graficzna. Pojawia si� problem wzrastaj�cej liczby takich urz�dze� w do�� ograniczonej przestrzeni stanowiska, co niejednokrotnie przyczynia si� do pogorszenia jako�ci ergonomicznej stanowiska i zak�ócenia prawid�owej obs�ugi urz�dze� kierowania i sterowania ruchem kolejowym [2]. Mo�e to mie� znacz�cy wp�yw na bezpiecze�stwo ruchu kolejowego. Dy�urny ruchu chc�c szybko wywo�a� polecenie mo�e omy�kowo skorzysta� z niew�a�ciwego urz�dzenia, co wyd�u�y czas jego reakcji na niebezpieczne zdarzenie.

Pogorszenie jako�ci obs�ugi znajduje ród�o w niewygodnym rozmieszczeniu urz�dze� kontrolnych i sterowniczych wzgl�dem miejsca, jakie zajmuje przy pracy operator (dy�urny, czy dyspozytor), ale równie� jest spowodowane skupieniem na zbyt ma�ej powierzchni wielu podobnych i niedostatecznie zró�nicowanych urz�dze� sterowniczych [3].

54 Juliusz Karolak

Propozycj� rozwi�zania tego problemu jest ograniczenie liczby urz�dze� wej�cia znajduj�cych si� w przestrzeni roboczej operatora, dzi�ki przej�ciu realizowanych przez nie funkcji poprzez zastosowanie takich rozwi�za� jak np. nak�adki dotykowe na monitory, sterowanie gestem lub g�osem.

Artyku� przedstawia propozycje wprowadzenia wybranych nowoczesnych technologii sterownia urz�dzeniami na stanowiskach pracy dy�urnych i dyspozytorów, w odniesieniu do konkretnych zastosowa�. Opisano równie� jedno ze stanowisk laboratoryjnych rozwijane z my�l� o poprawie warunków pracy dyspozytorów i mo�liwo�ci� testowania nowych, niekonwencjonalnych urz�dze� sterowniczych.

2. PRZEGL�D WYBRANYCH URZ�DZE� WEJ�CIA SYSTEMÓW KOMPUTEROWYCH

2.1. MODEL UK�ADU CZ�OWIEK MASZYNA

Uk�ad cz�owiek-maszyna, stanowi�cy podstaw� do po��czenia wszystkich aspektów dostosowywania do cz�owieka (operatora) narz�dzi jego pracy oraz warunków otoczenia, w jakich j� wykonuje. Schemat blokowy najprostszego modelu takiego uk�adu przedstawia poni�szy rysunek 1 [1].

Rys. 1. Najprostszy schemat uk�adu cz�owiek-maszyna. Na podstawie [1]. Wyró�nione na schemacie bloki urz�dze� sterowniczych i sygnalizacyjnych stanowi�

cz��ci interfejsu cz�owiek-maszyna (HMI z ang. human-machine interface). W przypadku komputerowych systemów kierowania i sterowania ruchem kolejowym urz�dzeniami tymi s� komputerowe urz�dzenia wej�cia, za pomoc� których wp�yw na maszyn� (system) ma cz�owiek (dy�urny ruchu, dyspozytor); i komputerowe urz�dzenia wyj�cia, za pomoc� których maszyna oddzia�uje na cz�owieka. Stosowanymi na posterunkach kolejowych urz�dzeniami wej�cia s� m.in. myszy, klawiatury i tablety (tabliczki graficzne), a urz�dzeniami wyj�cia: ekrany, g�o�niki i drukarki.

Cz��� artyku�u po�wi�cona jest w�a�nie nowoczesnym urz�dzeniom wej�cia systemów komputerowych, jakie s�, b�d mog� zosta� zastosowane do sterowania aplikacjami

Badania mo�liwo�ci poprawy ergonomii obs�ugi stanowiska kontroli dyspozytorskiej 55

wykorzystywanymi na posterunkach ruchu lub w dyspozyturach polskich sieci kolejowych. Rozwa�ono przy tym sterowanie dotykiem, gestem i g�osem.

2.2. EKRANY DOTYKOWE Ekrany dotykowe (z ang. touchscreen albo touch screen) s� to zwyczajne monitory

(kineskopowe albo LCD) wyposa�one w na�o�on� na powierzchni� ekranu tzw. nak�adk� dotykow� – dodatkowe urz�dzenie wskazuj�ce, pozwalaj�ce zast�pi� klasyczn� mysz, trackbal albo tablet. Z tego powodu ca�e urz�dzenie, jakim jest ekran dotykowy, nale�a�oby zaklasyfikowa� do urz�dze� wej�cia i wyj�cia (urz�dze� wej�cia/wyj�cia).

Konstrukcja ekranu dotykowego opiera si� o jedn� z czterech technik, wykorzystuj�c� powsta�e w wyniku dotyku [5][9]: � zmiany oporu elektrycznego pomi�dzy elektrodami zatopionymi w ekranie, � zmiany pojemno�ci elektrycznej, � przerwania strumienia �wietlnego emitowanego przez sie� podczerwonych diod

LED umieszczonych na kraw�dziach ekranu, � zaburzenia fali akustycznej propaguj�cej si� po powierzchni ekranu.

Tak uproszczony podzia� stanowi� powinien wst�p do rozwa�a� na temat doboru technologii najodpowiedniejszej dla zastosowa� kolejowych.

Stosowane s� nast�puj�ce technologie nak�adek dotykowych na monitory [10]: � rezystancyjna, � pojemno�ciowa, � podczerwieni, � wykorzystuj�ca zjawisko SAW, � tensometryczna, � sygna�u dyspersyjnego DST, � sygna�u akustycznego APR, � kodowanego LCD (ekran dwukierunkowy).

2.3. TECHNOLOGIE NAK�ADEK DOTYKOWYCH [3] Technologia rezystancyjna. Nak�adki dotykowe wykonane w tej technologii sk�adaj�

si� z dwóch elastycznych poliestrowych warstw pokrytych przewodnikiem: na�o�onego na w�a�ciw� powierzchni� monitora LCD pod�o�a, i membrany (rysunek 2). Pomi�dzy tak otrzymanymi elektrodami znajduje si� szczelina powietrzna wype�niona delikatn� dielektryczna siatk�. Wywarcie nacisku na powierzchni� monitora (membran�) powoduje zetkni�cie si� obu warstw, co pozwala na okre�lenie po�o�enia miejsca zetkni�cia, na podstawie wyznaczenia oporów elektrycznych.

Istnieje kilka odmian nak�adek dotykowych, wykonanych w technologii rezystancyjnej: czterodrutowej, pi�ciodrutowej, sze�ciodrutowej, siedmiodrutowej i o�miodrutowej. Liczba drutów okre�la ��czn� liczb� elektrod zatopionych w kraw�dziach warstw.

56 Juliusz Karolak

W przypadku technologii czterodrutowej i o�miodrutowej pod�o�e i membrana pokryte s� od stron, którymi maj� si� styka�, przewodnikiem o sta�ej rezystywno�ci (napylony ITO – tlenek indu domieszkowany cyn�). W przypadku pozosta�ych odmian membrana pokryta jest przewodnikiem o jak najni�szej rezystywno�ci, pod�o�e za� – ITO.

Dla przyk�adu omówiona zostanie nak�adka czterodrutowa. W technologii czterodrutowej (rysunek 2) elektrody pod��czone s� do dwóch równoleg�ych kraw�dzi membrany i dwóch równoleg�ych kraw�dzi pod�o�a, prostopad�ych do pod��czonych kraw�dzi membrany. Na pod�o�u istnieje równomierny gradient napi�cia, powsta�y w wyniku pod��czenia elektrod do potencja�ów +5V i ziemi. Po zetkni�ciu si� warstw membrana pe�ni rol� próbnika. Przez elektroniczny uk�ad kontrolera wyznaczone zostaj� opory elektryczne pod�o�a wzgl�dem jego dwóch kra�ców, a na podstawie ich stosunku – pierwsza wspó�rz�dna. Nast�pnie gradient przenoszony jest na membran�, a pomiar dokonywany za pomoc� pod�o�a. Na tej podstawie wyznaczona zostaje druga wspó�rz�dna.

Rys. 2. Konstrukcja nak�adki rezystancyjnej czterodrutowej. ród�o: opracowanie w�asne Taka nak�adka wykorzystuje do wyznaczenia oporów w danej chwili jedynie trzy

druty. Zaletami technologii rezystancyjnej s� niski koszt produkcji (w porównaniu z innymi

technologiami) i reakcja na dotyk (nacisk) dowolnego przedmiotu: palca, palca w r�kawiczce, rysika. Niektóre z nak�adek umo�liwiaj� pisanie rysikiem z d�oni� opart� na ekranie – wykrywany jest wówczas jedynie dotyk rysika. Dotyk, jaki wywo�uje zadzia�anie nak�adki jest zdecydowanie wi�kszy ni� dotyk wywo�any przez owada, który móg�by usi��� na ekranie. W�ród wad nak�adek dotykowych wykonanych w technologii rezystancyjnej nale�y wymieni� nast�puj�ce czynniki: � brak mo�liwo�ci reakcji nak�adki na zbli�aj�cy si� palec, � warstwy ulegaj� mechanicznemu zu�yciu; ci�g�e odkszta�canie membrany, wskutek

wywieranego nacisku, powoduje, �e w napylonej warstwie pojawiaj� si� z czasem p�kni�cia; p�kni�cia te sprawiaj�, �e opór warstwy przestaje by� na niej równomiernie roz�o�ony,

� warstwy nie przepuszczaj� cz��ci �wiat�a emitowanego przez monitor, � nak�adka wymaga od u�ytkownika kalibracji, tym cz�stszej, im wi�ksza jest

amplituda zmian temperatury i wilgotno�ci otoczenia, � technologia czterodrutowa nie umo�liwia kompensacji wp�ywu zmiany wilgotno�ci

i temperatury otoczenia na rozmiar nak�adki, � tylko nieliczne wersje nak�adek wykonanych w technologii rezystancyjnej

Badania mo�liwo�ci poprawy ergonomii obs�ugi stanowiska kontroli dyspozytorskiej 57

wspieraj� technik� multitouch (sterowania aplikacj� przy u�yciu kilku przedmiotów, w szczególno�ci palców, przytkni�tych jednocze�nie do nak�adki),

� zastosowanie rysika zdecydowanie obni�a czas �ycia nak�adki. Nak�adki rezystancyjne s� stosowane w wielu bran�ach: medycynie, przemy�le, handlu,

transporcie. Technologia pojemnociowa. Istniej� dwa rodzaje tej technologii: � wykrywaj�ca zmian� pojemno�ci wskutek zmiany potencja�u pola

elektrostatycznego wytwarzanego na powierzchni nak�adki (przep�yw �adunku do obiektu dotykaj�cego powierzchni; obiekt musi by uziemionym przewodnikiem),

� PCT (Projected Capacitiwe Touch) wykrywaj�ce zmian� pojemno�ci pomi�dzy zatopionymi w nak�adce przewodami tworz�cymi siatk� (pionowe linie oddzielone od poziomych, trawione w materiale przewodz�cym, którym zostaje pokryta powierzchnia, ich przeci�cia tworz� kondensatory); umo�liwiaj� zastosowanie techniki multitouch.

Technologia podczerwieni. Wykonane w tej technologii nak�adki zawieraj� diody LED i odbiorniki podczerwieni zainstalowane wzd�u� kraw�dzi ekranu w ramce. Dotyk wska�nika do powierzchni ekranu powoduje przeci�cie wi�zki fali �wietlnej pomi�dzy diodami nadawczymi rozmieszczonymi wzd�u� jednej pary prostopad�ych kraw�dzi a odbiorczymi rozmieszczonymi wzd�u� drugiej pary, co pozwala na wyznaczenie punktu dotkni�cia. Pewn� odmiana technologii wykorzystuj�cej promieniowanie podczerwone jest technologia wykorzystuj�ca cie�, jaki pozostawia wska�nik (palec, rysik itp.) pomi�dzy nadajnikami a odbiornikami podczerwieni, umieszczonymi w naro�nikach ramki okalaj�cej ekran. Wspó�rz�dne punktu okre�lane s� wówczas metod� triangulacji. Mo�liwe jest równie� okre�lenie rozmiarów przedmiotu dotykaj�cego ekran. Metoda ta zyskuje sobie popularno�, z uwagi na jej dost�pno� oraz mo�liwo� zastosowania w du�ych ekranach.

Technologia wykorzystuj�ca zjawisko SAW (akustycznej fali powierzchniowej). Dotkni�cie dowolnym przedmiotem powierzchni nak�adki wykonanej w tej technologii, wywo�uje powstanie fali ultrad�wi�kowej, wykrywanej nast�pnie przez piezoelektryczne czujniki rozmieszczone na skraju nak�adki i pozostaj�ce pod przykryciem ramki monitora. Nak�adk� stanowi szklana tafla, wi�c technologia ta pozwala na bezstratne wy�wietlanie obrazu przechodz�cego przez nak�adk�. Nak�adka ta nie jest niestety odporna na porysowanie, zabrudzenia i inne zak�ócenia pochodz�ce od otoczenia.

Technologia tensometryczna. Nak�adka wykonana w tej technologii zawiera tensometry rozmieszczone w jej rogach. Nak�adka zamocowana jest spr��y�cie, co pozwala na tensometryczny pomiar si�y i miejsca nacisku. Nak�adki tensometryczne znajduj� zastosowanie w urz�dzeniach umieszczonych w miejscach publicznych, a wi�c szczególnie nara�onych na wandalizm (np. do sterowania automatami biletowymi).

Technologia sygna�u dyspersyjnego (DST). Nak�adka wykonana w tej technologii jest przezroczyst� szklan� p�ytk�, z czujnikami piezoelektrycznymi mierz�cymi energi� mechaniczn�, rozmieszczonymi w ka�dym rogu. Dotyk rysika, palca lub innego przedmiotu s�u��cego do wprowadzania informacji, jest wykrywany w wyniku, wykorzystuj�cej algorytmy dyspersji, analizy fali ugi�tej przenoszonej przez pod�o�e. Fala powstaje w wyniku wibracji nak�adki spowodowanej dotykiem, co sprawia, �e nak�adka taka jest nieczu�a na le��ce na niej inne przedmioty pozostaj�ce w spoczynku. Nak�adka dzia�a prawid�owo równie� po zarysowaniu. Poniewa� w tafli szklanej nie s� zatopione

58 Juliusz Karolak

�adne dodatkowe elementy (elektrody), cechuje si� ona doskona�� przezroczysto�ci�. Wad� tego rozwi�zania, w porównaniu na przyk�ad z technologi� rezystancyjn�, jest niemo�no� wykrycia przytkni�tego do powierzchni nak�adki urz�dzenia stosowanego do wprowadzania danych pozostaj�cego w spoczynku.

Odmian� technologii wykorzystuj�cej przetworniki piezoelektryczne jest technologia APR (acoustic pulse recognition). Czujniki, rozmieszczone w kilku miejscach na kraw�dzi szklanej tafli stanowi�cej nak�adk�, reaguj� na wibracj� powstaj�ca w wyniku dotkni�cia powierzchni nak�adki. Miejsce dotkni�cia jest wyznaczane metod� triangulacyjn�. Nak�adki wykorzystuj�ce t� technologi� s� nieczu�e na zarysowania i brud, cho, tak jak w przypadku nak�adek DST, s� one równie� nieczu�e na obiekty statyczne stykaj�ce si� z ekranem. Nak�adki wykonane w tej technologii s� wykorzystywane w punktach sprzeda�y i szpitalach.

Jeszcze jednym do� ciekawym rozwi�zaniem jest zastosowanie siatki otworków takich, jak te stosowane w wykonywaniu fotografii z u�yciem camera obscura. Siatka umieszczona zostaje za matryc� LCD wy�wietlaj�c� obraz, a za siatk� znajduj� si� sensory. Przechodz�ce przez ka�dy otworek �wiat�o pada na pewn� cz�� sensorów, formuj�c tym samym obraz przedmiotu znajduj�cego si� przed ekranem. Tak powsta�y monitor nosi nazw� bidirectional screen (ekran dwukierunkowy). Zamiast siatki otworków zastosowanie znajduj� równie� matryce z�o�one z pikseli przepuszczaj�cych do sensorów cz�� �wiat�a. Rozwi�zania tego typu umo�liwiaj� wskazywanie obiektu poprzez dotyk, ale równie� zbli�enie d�oni do powierzchni ekranu, sterowanie gestami i zastosowanie techniki multitouch. Wymagaj� jednak silnego o�wietlania przedmiotu wskazuj�cego.

2.4. ZAST�PIENIE KLAWIATURY NAK�ADK� DOTYKOW�

Chc�c zast�pi klawiatur� komputerow� nak�adk� dotykow� wspó�pracuj�c� z klawiatur� systemow� b�d� inn�, umieszczon� na sta�e w interfejsie graficznym aplikacji, nale�a�oby rozwi�za kilka problemów towarzysz�cych takiej metodzie wprowadzania danych.

Wspó�czesne klawiatury komputerowe s� projektowane w sposób ergonomiczny. Opór towarzysz�cy wciskaniu klawisza narasta, po czym raptownie spada, co sprawia, �e operator odczuwa wci�ni�cie klawisza (rysunek 3). Nie ma wi�c obawy o to, �e dany klawisz zostanie wci�ni�ty omy�kowo. Rozwi�zaniem tego problemu by�by monitor wykrywaj�cy si�� nacisku, czyli wyposa�ony w nak�adk� wykonan� w technologii SAW lub tensometrycznej. Równie� nak�adki rezystancyjne wymagaj� minimalnej si�y nacisku, któr� nale�y przy�o�y do powierzchni ekranu, aby sterowa nak�adk�.

Kolejnym problemem jest zapewnienie mo�liwo�ci pisania pe�nopalcowego. Na klasycznej klawiaturze mo�na pisa nie odrywaj�c wzroku od monitora, gdy� opuszkami palców wyczuwa si� kraw�dzie klawiszy i ich zag��bienia, co daje pewno�, �e naciska si� w�a�ciwy klawisz. Jest to tzw. pisanie bezwzrokowe, nazywane równie� pe�nopalcowym albo dziesi�ciopalcowym. Przy zastosowaniu nak�adki dotykowej pokrycie g�adkiej powierzchni monitora rowkami w niektórych miejscach istotnie pogorszy�oby jako� jego wykorzystania w innych celach ni� wprowadzanie danych z klawiatury.

Badania mo�liwo�ci poprawy ergonomii obs�ugi stanowiska kontroli dyspozytorskiej 59

Opó

r

Rys. 3. Opór przycisku klawiatury podczas naciskania. Na podstawie [7] Wprowadzenie klawiatury na monitor dotykowy, bez modyfikacji powierzchni jego

ekranu, nale�a�oby jednak wzi� pod uwag� zwa�ywszy, �e pisanie pe�nopalcowe nie jest niezb�dne na stanowiskach dy�urnego i dyspozytora, poniewa� nie potrzebuj� oni a� tak szybko i cz�sto wprowadza danych tekstowych. Ponadto wi�kszo� aplikacji zastosowanych na takich stanowiskach obs�ugiwana jest pojedynczymi „klikni�ciami” w danym punkcie ekranu, a nie metod� „przeci�gania” obiektów. Elektroniczne pulpity nastawcze (np.: WT EPN, Ebiscreen, Command 900) obs�uguje si� pojedynczymi „klikni�ciami” w okre�lone miejsca ekranu.

Istnieje jeszcze rozwi�zanie, polegaj�ce na zak�adaniu przez operatora na palce specjalnych nak�adek (np. zintegrowanych w postaci r�kawic), dotyk których jest wówczas wykrywany przez ekran jako jedyny. Jest to rozwi�zanie niedogodne, ze wzgl�du na konieczno� zak�adania tych urz�dze, za ka�dym razem przed wprowadzaniem danych (b�d� ich ci�g�e noszenie na r�kach), i mo�liwo� ich �atwego zgubienia, co niepotrzebnie utrudni�oby prac�.

Podczas targów InnoTrans 2010 firma Siemens zaprezentowa�a stó� wyposa�ony w poziomy ekran dotykowy. Na stanowisku pracowa�a aplikacja pokazuj�ca propozycje wykorzystania tego urz�dzenia: mo�liwo� sterowania ruchem na do� d�ugim odcinku linii kolejowej, mo�liwo� pracy na wykresie ruchu (kierowanie ruchem), mo�liwo� wykonywania prac biurowych (zarz�dzanie przedsi�biorstwem) [8].

2.5. STEROWANIE GESTEM

„Gest” w opisywanym rodzaju sterowania mo�na rozpatrywa w odniesieniu do ró�nych obiektów: urz�dze wskazuj�cych (palca przytkni�tego do ekranu dotykowego, kursora myszy itp.) albo cz��ci cia�a operatora, któr� wykonuje ruchy przed urz�dzeniem sterowniczym (d�oni, g�owy, powiek, ust, sylwetki ca�ego cia�a) [3].

Sterowanie gestem kursora myszy, po oprogramowaniu skrótów sekwencji ró�nych cz�sto wykonywanych polece, jest metod� przyspieszaj�c� prac� operatora.

60 Juliusz Karolak

W odniesieniu do myszy le��cej na blacie lub podk�adce, gestem jest jej przemieszczenie w poziomie, w pewien charakterystyczny sposób. Gest wykonuje si� przy naci�ni�tej kombinacji klawiszy myszy i/lub klawiatury, co wywo�uje wykonanie zaprogramowanej wcze�niej operacji. Np.: Narysowanie litery „c” przy naci�ni�tym �rodkowym klawiszu myszy (lub kó�ku) spowoduje zamkni�cie aktywnego okna (o ile taka funkcja zosta�a wcze�niej zaprogramowana dla tego gestu).

Na stanowisku kontroli dyspozytorskiej oprogramowano gestami kursora myszy skróty sekwencji naci�ni� klawiszy funkcyjnych od F1 do F10, umo�liwiaj�ce wst�pne przygotowanie najcz��ciej wysy�anych telegramów. Uruchomienie skrótu polega na wykonaniu (wykre�leniu) kursorem gestu odpowiadaj�cego wykonaniu oprogramowanej czynno�ci (w tym wypadku naci�ni�ciu dla danej aplikacji sekwencji konkretnych klawiszy). Podczas kre�lenia nale�y wcisn� i przytrzyma �rodkowy przycisk myszy (lub kó�ko). Gestowi towarzyszy wykre�lanie linii. Znika ona po puszczeniu kó�ka. W tym samym momencie program rozpoczyna analiz� poczynionego gestu, by nast�pnie wykona zaprogramowana akcj�. Przyk�ad uruchamiania skrótu przedstawia rysunek 4 (wci�ni�te kó�ko myszy, kropka oznacza pocz�tek linii).

Programów umo�liwiaj�cych sterowanie gestem kursora jest wiele. S� one dost�pne w sieci. Na stanowisku zainstalowano spe�niaj�c� ww. funkcje aplikacj� gMote autorstwa Craig'a McMahon'a.

Rys. 4. Sterowanie gestem kursora myszy aplikacj� stanowiska KSR Sosna. ród�o: opracowanie w�asne

Sterowanie ruchem g�owy b�d� mimik� twarzy jest rozwi�zaniem ciekawym

niewskazanym jednak, je�eli czynno�ci sterownicze s� cz�ste i odnosz� si� do odleg�ych punktów na pulpicie jednego, b�d� wielu, monitorów. Sterowanie ca�ym cia�em wymaga�oby ci�g�ego poruszania si� operatora, natomiast gestem g�owy – pozostawania nieruchomym. Techniki te wymagaj� zainstalowania i utrzymywania kamery o odpowiednich parametrach.

Z wymienionymi rodzajami sterowania wi��e si� konieczno� odpowiedniego doboru nie powtarzaj�cych si� gestów. Co dla cz�owieka wydaje si� dwoma zupe�nie odmiennymi

Badania mo�liwo�ci poprawy ergonomii obs�ugi stanowiska kontroli dyspozytorskiej 61

gestami, przez program mo�e zosta zinterpretowane jako ten sam gest. Sterownie gestem kursora stosowane jest powszechnie w niektórych przegl�darkach

internetowych. Stanowi mo�e równie� narz�dzie wspomagaj�ce obs�ug� systemu operacyjnego i niektórych aplikacji.

2.6. STEROWANIE G�OSEM Systemy operacyjne Widows Vista i Windows 7 wyposa�one s� w narz�dzie systemowe

Voice Recognition, za pomoc� którego mo�liwe jest sterowanie wybranymi aplikacjami systemu przy u�yciu mikrofonu. Komendy nale�y jednak podawa w j�zyku angielskim (u�ytkownicy systemu oczekuj� polskiej wersji tej cz��ci oprogramowania). System podczas wprowadzania tekstu analizuje oprócz fonetyki równie� logik� wypowiadanego zdania, co mo�e by przyczyn� wprowadzania koniecznych poprawek. Wyrazy nie zarejestrowane w s�owniku mo�na literowa i zapisywa. Okna aplikacji podzielone s� na tzw. sektory, co sprawia, �e po wy�wietleniu na pro�b� u�ytkownika ich numerów, mo�liwe jest wybranie interesuj�cego sektora, np. przycisku „Anuluj”, pola tekstowego itp. Mo�liwe jest równie� sterowanie kursorem myszy poprzez tzw. Mousegrid – siatk� dziel�c� obszar ekranu na 9 ponumerowanych pól. Chc�c wprowadzi kursor w dany obszar wybieramy jego numer. Ka�dy z obszarów mo�na podzieli na 9 kolejnych, aby umie�ci kursor w precyzyjnie okre�lonym punkcie.

Sterowanie werbalne w przypadku kursora i dyktowania tekstu trwa o wiele d�u�ej ni� za pomoc� klasycznych klawiatury i myszy, trackball, tabliczki graficznej albo nak�adki dotykowej zainstalowanej na monitorze.

3. MO�LIWO�CI ZASTOSOWANIA STEROWANIA DOTYKIEM, GESTEM I G�OSEM W SYSTEMACH KSR 3.1. STANOWISKO KONTROLI DYSPOZYTORSKIEJ SYSTEMU

KSR1 SOSNA

W laboratorium sterowania ruchem kolejowym Zak�adu Sterowania Ruchem na Wydziale Transportu w 2009 roku powsta�o stanowisko dydaktyczno-badawcze kontroli dyspozytorskiej (kd) b�d�ce cz��ci� rozwijanego w laboratorium systemu kierowania i sterowania ruchem kolejowym. Stanowisko skonstruowali studenci i doktoranci zrzeszeni w Studenckim Kole Naukowym Nowoczesnych Technik Sterowania Ruchem Kolejowym „Balisa” pod kierownictwem mgr in�. Andrzeja Kochana i w ramach realizacji grantu rektorskiego nt. ”Opracowanie i wykonanie stanowiska kontroli dyspozytorskiej systemu 1 KSR – kierowanie i sterowanie ruchem (kolejowym)

62 Juliusz Karolak

KSR Sosna”. W efekcie ich prac przygotowano za�o�enia stanowiska kontroli dyspozytorskiej, a w szczególno�ci okre�lono wymagania sprz�towe podsystemu ILTOR2 – CKR. Na tej podstawie zakupiony zosta� sprz�t, a nast�pnie zainstalowano na nim oprogramowanie przystosowane do wspó�pracy z pozosta�ymi elementami stanowiska dydaktyczno–badawczego KSR „Sosna” [4][5][6]. Dalsze prace polega�y na przetestowaniu pracy stanowiska oraz jego wspó�pracy z pozosta�ymi stworzonymi ju� podsystemami. Skonstruowane stanowisko przedstawia rysunek 5.

Rys. 5. Ogólny widok stanowiska kontroli dyspozytorskiej stanowiska dydaktyczno-badawczego KSR Sosna w laboratorium sterowania ruchem kolejowym WTPW w 2010 roku. ród�o:

opracowanie w�asne

Podczas realizacji grantu zdecydowano si� na zakup monitora wyposa�onego w nak�adk� dotykow�. Wybrano nak�adk� wykonan� w technologii rezystancyjnej pi�ciodrutowej. Wybór ten zapewnia mo�liwo� sterowania dowolnym przedmiotem przytkni�tym do powierzchni oraz �atwe utrzymanie, bez konieczno�ci wielokrotnej kalibracji w pomieszczeniach o sta�ych warunkach mikroklimatycznych.

W ramach realizacji przez Ko�o w 2010 roku kolejnego grantu rektorskiego nt.: ”Badania ergonomii pracy na stanowisku kontroli dyspozytorskiej systemu kierowania i sterowania ruchem kolejowym” dla istniej�cego osprz�tu stanowiska kd systemu KSR Sosna skonstruowane zosta�o stanowisko regulowane (rysunek 6).

Prawie na ka�dym stanowisku operatorskim mo�e istnie wiele optymalnych uk�adów. Stanowisko regulowane jest konstrukcj� b�d�ca makiet� naturalnej wielko�ci stanowiska roboczego, w której wszystkie istotne elementy, takie jak monitory LCD, monitor dotykowy, krzes�o, klawiatur�, mo�na przemieszcza w okre�lonych granicach w p�aszczy�nie pionowej, poziomej i obraca o okre�lony k�t nachylenia. Po skonstruowaniu stanowiska wprowadza si� na nie osoby o cechach antropometrycznych odpowiadaj�cych operatorom (dyspozytorom i dy�urnym ruchu) i dokonuje regulacji. Ewentualnie wykonuje si� fotografie stanowi�ce �ród�o dalszych opracowa.

Stanowisko zaprojektowano w oparciu o dane zawarte w atlasie antropometrycznym dla populacji Polskiej. Wchodz�ce w sk�ad stanowiska monitory LCD zosta�y rozmieszczone na uchwytach biurkowych, te za� s� przymocowane do blatu biurka. Uchwyty umo�liwiaj� p�ynna regulacj� po�o�enia monitorów wzgl�dem oczu operatora w zakresach okre�lonych w fazie projektowania stanowiska. Stanowisko spe�nia wymogi dla 90% populacji potencjalnych operatorów.

Badania mo�liwo�ci poprawy ergonomii obs�ugi stanowiska kontroli dyspozytorskiej 63

Rys. 6. Ogólny widok stanowiska kontroli dyspozytorskiej stanowiska dydaktyczno-badawczego KSR Sosna w laboratorium sterowania ruchem kolejowym WTPW w 2011 roku. Zaznaczono

kierunki niektórych mo�liwych regulacji. ród�o: opracowanie w�asne

Monitor z nak�adk� dotykow� zawieszony zosta� na specjalnym uchwycie wyposa�onym w �rub� z pokr�t�em umo�liwiaj�ce pochylanie go pod k�tem od 0 do 55° wzgl�dem p�aszczyzny blatu. Monitor i mechanizm zosta�y umocowane w otworze w blacie biurka 210mm od kraw�dzi przedniej blatu, co pozwala na swobodne oparcie nadgarstków operatora oraz ewentualne umieszczenie przed monitorem klawiatury. W skrajnym poziomym po�o�eniu p�aszczyzna monitora pokrywa si� z p�aszczyzn� blatu (monitor „chowa si�” w otworze).

Taki sposób umocowania monitora pozwoli na empiryczne okre�lenie optymalnego dla operatora stanowiska k�ta nachylenia.

Dla stanowiska opracowano równie� list� kontroln�. Wykorzystywana jest ona podczas zaj� dydaktycznych z ergonomii.

3.2 WYBÓR ZASTOSOWANIA ANALIZOWANYCH METOD STEROWANIA

Analizuj�c zaprezentowane technologie nak�adek dotykowych, nale�a�oby wskaza,

technologie DST, APR oraz technologie rezystancyjne pi�cio- i siedmiodrutowe, jako najw�a�ciwsze do sterowania aplikacjami kierowania i sterowania ruchem kolejowym. Wszystkie stosowane na kolei monitory powinny by ponadto wyposa�one w nak�adki

64 Juliusz Karolak

zawieraj�ce warstwy antyrefleksyjne. W aplikacjach dy�urnych ruchu i dyspozytorów sterowanie gestem kursora mog�oby

by skrótem do najcz��ciej wykonywanych operacji – np. nadawania telegramu, wy�wietlania lub drukowania raportu poci�gu, wprowadzenia polecenia ustawienia przebiegu poci�gowego itp. Z uwagi jednak na funkcje, jakie gesty maj� wywo�ywa, powinny by one proste (szybkie zatrzymanie poci�gu, po��czenie radiowe lub telefoniczne z wybranym adresatem), b�d� nieco bardziej skomplikowane (podanie sygna�u, blokowanie wstecz itp.), co zapobiec mia�oby przypadkowemu wywo�aniu danej funkcji.

Sterowanie ruchem g�owy, mimik� twarzy albo ca�ym cia�em, w odniesieniu do dwunastogodzinnych zmian pracy dyspozytorów i dy�urnych, sp�dzanych na ogó� w pozycji siedz�cej, by�oby niezwykle m�cz�ce i dlatego nie jest wskazane.

Sterowaniem gestem d�oni (wskazaniem monitora) mo�na by�oby dokonywa wyboru stacji, której obraz podgl�dowy dyspozytor, b�d� dy�urny odcinkowy potrzebuje w danej chwili obejrze. Stacje na schemacie s� bowiem dostatecznie du�ymi obiektami, by unikn� nieprawid�owego wskazania.

W odniesieniu do aplikacji kolejowych mo�na spróbowa wykorzysta równie� sterowanie g�osem. Pierwszym mo�liwym zastosowaniem by�oby sterowanie telefonem i/lub ��czno�ci� radiow�: wybór abonenta, posterunku, po��czenie grupowe i obszarowe, z mechanikami pojazdów trakcyjnych. Dy�urny (albo dyspozytor) wypowiadaliby s�owa: „TELEFON. BUCZYNA (albo inna nazwa posterunku, z którym chc� uzyska� po��czenie)”, co powodowa�oby dalsz� komutacj�. Takie rozwi�zanie nie wyeliminowa�oby panelu obrazuj�cego stan ��czy i wywo�ywanie przez innych abonentów, natomiast sygnalizacj� tak� móg�by pe�ni ekran dotykowy. Rozwi�zanie z ekranem dotykowym jest mo�liwe do zastosowania w istniej�cych centralkach ��czno�ci przewodowej (m.in. na nastawni zdalnego sterowania PoA stacji Pozna G�ówny i nastawni na stacji Koluszki) i pozwala na proste przej�cie do klasycznego sterowania ��czno�ci�, w przypadku awarii aparatury wykrywaj�cej i analizuj�cej g�os, b�d� zaistnienia innych sytuacji: operator mo�e mie chore gard�o, w pomieszczeniu mo�e panowa szum, w pomieszczeniu nadaje radioodbiornik itp.

Drugim zastosowaniem sterowania g�osem mo�e by szybkie nadanie w eter sygna�u radiostop. Operator, wo�aj�c np. trzykrotnie „STÓJ!”, powodowa�by nadanie sygna�u radiostop i równocze�nie wy�wietlenie na wszystkich semaforach sygna�ów zabraniaj�cych jazdy. Rozwi�zanie to zbie�ne by�oby z przepisami instrukcji Ie-1, gdzie jednym z podstawowych sygna�ów r�cznych (Rm-4 i D-3) jest sygna� „Stój” nadawany kilkukrotnym powtórzeniem ci�gu trzech krótkich sygna�ów nadawanych tr�bk�, gwizdkiem, syren� itp. Urz�dzenie takie mog�oby równie� zbiera sygna�y akustyczne dochodz�ce z terenu przed nastawni� i zdalnie uruchamia procedur� nadania sygna�u radiostop i podania na sygnalizatorach stacyjnych sygna�ów zabraniaj�cych jazdy w sytuacji zagro�enia ruchu kolejowego.

Badania mo�liwo�ci poprawy ergonomii obs�ugi stanowiska kontroli dyspozytorskiej 65

4. WYKORZYSTANIE SK�ADOWYCH WYKRESU RUCHU I WIZUALIZACJI, JAKO ELEMENTÓW

STEROWNICZYCH Jednym z podstawowych narz�dzi pracy dyspozytora liniowego jest wykres ruchu

poci�gów. Dawniej graficznie wykonywany wykres ruchu planowanego dyspozytor uzupe�nia� na bie��co kolorowymi pisakami. Obecnie, aplikacje informatyczne wspomagaj�ce prac� dyspozytora automatycznie nanosz� odchylenia jazd rzeczywistych od planowanych. Wykres pe�ni rol� informacyjn� – jest jedn� z metod prezentowania sytuacji ruchowej na linii, oraz stanowi �ród�o wylicze statystycznych b�d�cych podstaw� analiz wykonywanych przez dyspozytur�. Dodatkowo wykres stanowi zarchiwizowan� sytuacj� ruchow� w okre�lonych ramach czasowych i na ograniczonym obszarze sieci kolejowej.

Na stanowisku KSR Sosna wszystkie podsystemy kierowania ruchem s� implementowane na bazie systemu ILTOR2 opracowanego wspólnie przez Wydzia� Transportu Politechniki Warszawskiej i firmy Kontron oraz Siemens [6]. Aplikacja systemu zaimplementowana na stanowisku kontroli dyspozytorskiej umo�liwia aktualnie: � zarz�dzanie kana�ami komunikacyjnymi pomi�dzy dyspozytorem a dy�urnymi

ruchu, � komunikacj� pomi�dzy dyspozytorem a dy�urnymi ruchu, � �ledzenie ruchu poci�gów na kontrolowanym obszarze, � wizualizacj� aktualnej sytuacji ruchowej w postaci rozmieszczenia poci�gów na

schematycznym odwzorowaniu uk�adu torowego, � wizualizacj� sytuacji ruchowej z okre�lonym horyzontem czasowym w postaci

wykresu ruchu rzeczywistego, � generowanie raportu o przebiegu poci�gu, � archiwizacj� danych o sytuacji ruchowej i innych zdarzeniach istotnych z punku

widzenia prowadzenia ruchu � przegl�danie danych archiwalnych w postaci dzienników ruchu dla ka�dego

posterunku ruchu znajduj�cego si� w kontrolowanym obszarze oraz ka�dego obszaru zdalnego sterowania znajduj�cego si� w kontrolowanym obszarze,

� przegl�danie dzienników pracy dró�nika dla ka�dego posterunku dró�nika w kontrolowanym obszarze.

Podczas pracy dyspozytor obserwuje monitor dialogowy, zawieraj�cy elementy informuj�ce go o stanie ��czno�ci z posterunkami i umo�liwiaj�cy nadawanie i odbiór telegramów. Pozosta�e monitory zawieraj� przegl�d sytuacji ruchowej obs�ugiwanego przez niego obszaru i umo�liwiaj� wy�wietlenie dzienników ruchu, raportów, wykresów itd. (por. rys. 6). Wybór polece odbywa si� przy u�yciu jednej myszy. W przypadku monitora dialogowego naciskane s� przyciski wiersza polece funkcyjnych. Telegramy uzupe�niane s�, o ile to mo�liwe w sposób automatyczny. W pozosta�ych przypadkach konieczne jest uzupe�nianie ich tre�ci z klawiatury. Wywo�ywanie na pozosta�ych monitorach potrzebnych zestawie i wykresów odbywa si� na zasadzie „klikania” mysz� w odpowiednich poleceniach rozwijanego menu albo zaznaczaniu pól np. w pojawiaj�cym

66 Juliusz Karolak

si� kalendarzu. Zastosowanie nowego urz�dzenia wej�cia, jakim jest nak�adka rezystancyjna umo�liwi

znacznie szybsz� komunikacj� z aplikacj�, je�eli zastosujemy skróty, wywo�uj�ce w�a�ciwe sekwencje operacji zaimplementowane wcze�niej w aplikacji.

Nast�puj�ce zmiany, warto by�oby wprowadzi w wygl�dzie i dzia�aniu aplikacji odpowiedzialnej za kre�lenie wykresu ruchu:

1. Utworzenie dynamicznie zmieniaj�cego si� wiersza klawiszy polece funkcyjnych rozmieszczonych poni�ej ramki wykresu, o wygl�dzie podobnym do wierszy rozmieszczonych we wszystkich aplikacjach piop2 systemu ILTOR (Rys. 7).

Rys. 7. Wiersz klawiszy polece funkcyjnych dost�pny po uruchomieniu aplikacji CKR. ród�o: opracowanie w�asne

2. Przypisanie wy�wietlanym na wykresie numerom poci�gów funkcji przycisków,

naci�ni�cie których wywo�ywa�oby wej�cie do menu funkcji takich jak wy�wietlenie i wydrukowanie raportów lokalizacji poci�gu, przebiegu poci�gu w rejonie, raportu o poci�gu, rozk�adu jazdy poci�gu i innych. Mo�liwe do wybrania funkcje rozmieszczone zosta�yby na klawiszach funkcyjnych poni�ej wykresu. Pojedyncze naci�ni�cie numeru poci�gu mog�oby by rozró�niane od podwójnego i potrójnego. Wówczas np. pojedyncze mog�oby nie wywo�ywa niczego za wyj�tkiem zmiany menu, podwójne i potrójne klikni�cie stanowi�oby za� skrót do cz�sto wywo�ywanych funkcji.

3. Przypisanie wy�wietlanym na wykresie skrótom posterunków ruchu funkcji przycisków, naci�ni�cie których wywo�ywa�oby wej�cie do menu funkcji takich jak wy�wietlenie i wydrukowanie raportów stanu stacji, rozk�adu jazdy dla posterunku ruchu, dziennika ruchu i innych. Mo�liwe do wybrania funkcje rozmieszczone zosta�yby na klawiszach funkcyjnych poni�ej wykresu tak, jak opisano to w poprzednim podpunkcie.

5. PROPOZYCJE DALSZYCH BADA�

Zastosowanie nowoczesnych technik na istniej�cym sprz�cie pozwala na badanie ich

u�yteczno�ci, jednak�e aby mo�liwym by�o przej�cie przez monitor dotykowy funkcji klawiatury alfanumerycznej i funkcji myszy, konieczne s� zmiany w dzia�aniu zainstalowanej na stanowisku aplikacji. Zostanie ona uzupe�niona o klawiatur� numeryczn� b�d� alfanumeryczn�, wy�wietlan� w przypadkach, gdy b�dzie konieczne jej wykorzystanie.

Dzia�ania powy�sze pozwol� na usuni�cie z przestrzeni roboczej klawiatury i myszy. 2 piop – przekazywanie informacji o poci�gu

Badania mo�liwo�ci poprawy ergonomii obs�ugi stanowiska kontroli dyspozytorskiej 67

Poprzez usuni�cie nale�a�oby rozumie ich schowanie przy jednoczesnym przej�ciu pe�nionych przez nie funkcji przez monitor dotykowy.

Kolejnym krokiem b�dzie próba zastosowania nak�adki dotykowej do sterowania ruchem na stacji Sosna. Stacja ta nie istnieje w rzeczywisto�ci. Jest ona zaimplementowana w komputerze zale�no�ciowym WTUZ znajduj�cym si� w laboratorium sterowania ruchem kolejowym (srk) i wspó�pracuj�cym ze stanowiskiem kd i z wieloma innymi elementami i podsystemami. Dzia�anie to stanowi temat pracy in�ynierskiej jednego ze studentów profilu srk.

6. PODSUMOWANIE Niew�tpliwymi zaletami klasycznych urz�dze wej�cia, do których nale�y zaliczy

stosowane na kolei mysz, klawiatur� i tablet (tabliczk� graficzn�), s� prostota ich obs�ugi – wynikaj�ca z wcze�niejszego korzystania przez operatorów z takich rozwi�za (w domu, szkole, poprzedniej pracy), oraz mo�liwo� �atwej wymiany na sprz�t o podobnych parametrach (dost�pno� podzespo�ów).

Wybór zastosowania nak�adki dotykowej umo�liwi usuni�cie z przestrzeni roboczej operatora klawiatury i myszy, z których nie b�dzie on korzysta w normalnych warunkach pracy, a jedynie w sytuacjach nietypowych. Takie rozwi�zanie ograniczy liczb� urz�dze wej�cia wype�niaj�cych stanowisko pracy.

Bibliografia

1. Grabarek I.: Ergonomiczna ocena stanowiska pracy. Studium Podyplomowe Bezpieczestwo i Higiena Pracy. PW WMEiL, Warszawa 2009.

2. Karolak J.: Problemy integracji urz�dze sterowniczych na stanowisku pracy dy�urnego ruchu. Praca magisterska. Politechnika Warszawska Wydzia� Transportu, Warszawa 2010.

3. Karolak J., Kochan A.: Mo�liwo�ci wykorzystania panelu dotykowego dla obs�ugi stanowiska kontroli dyspozytorskiej. Artyku� w: Logistyka nr. 4/2010.

4. Karolak J., Kochan A.: Zadania badawcze na stanowisku KSR Sosna w �wietle TSI, Artyku� w: Referaty XXVIII Seminarium Ko�a Naukowego „Mechaników”, Warszawa 2009.

5. Kochan A., Karolak J.: Badania podsystemu kontroli dyspozytorskiej., Artyku� w: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej seria Transport zeszyt 69. Warszawa 2009.

6. Kochan A., Karolak J.: Implementacja podsystemu kontroli dyspozytorskiej na stanowisku dydaktyczno – badawczym KSR Sosna. Artyku� w: Logistyka nr. 4/2009.

7. Morgan C., Cook J., Chapains A., Lund M.: Human engineering guide to equipment designs. Mc Graw-Hill Book Company, Inc., New York, Toronto, London, 1963.

8. Materia�y informacyjne z targów InnoTrans 2010. 9. www.pl.wikipedia.org 10. www.en.wikipedia.org

68 Juliusz Karolak

USE ABILITIES OF TOUCHSCREEN FOR TRAIN DISPATCHING SYSTEM OPERATION

Summary: The article describes new technologies of input devices used in railway traffic control and train dispatching systems. Touchscreen technologies and applications making control possible through use of gesture and voice, qualified for railway traffic control and train dispatching systems, are presented. Second part of the article describes methods of control used in didactic and research stand of train dispatching system, which has been created in a railway traffic control laboratory at the Faculty of Transport of Warsaw University of Technology. Keywords: railway traffic management, train dispatching system, touchscreen

Recenzent: Miros�awa D�browa-Bajon