Методика комплексной оценки эффективности графических пользовательских интерфейсов информационных систем МЧС России

В первом разделе в качестве объекта исследовались специализированные ИС на
предмет содержания в них элементов, ориентированных на человеко-машинное взаимодействие под которыми понимаются когнитивная модель описания пользователей целевой аудитории и модель описания ГПИ.
Выявлены причины преобладания на программном рынке ИС низкой эффективности (далее – Причина). Во-первых, при проектировании современных ИС не соблюдаются принципы построения систем «человек-машина», вследствие чего снижаются оперативные показатели специалистов при работе с ИС. Во-вторых, в нормативных документах и стандартах по проектированию ИС и их ГПИ отсутствует единая система характеристик эффективности, а также имеет место неоднозначность в смысловых определениях этих характеристик, вследствие чего специалистам по проектированию взаимодействия приходится внедрять авторские показатели эффективности и на их основе разрабатывать ГПИ, что делает практически невозможным сравнить эффективность различных ГПИ ИС. В- третьих, в существующих концепциях проектирования ГПИ игнорируется внедрение модели описания ГПИ, а также используются неполноценные модели пользователей, что приводит к появлению малоэффективных ИС и их ГПИ, не учитывающих возможности, потребности и требования целевой аудитории. В-четвертых, в настоящее время для оценки ГПИ применяются частные подходы, вследствие чего получаемые результаты характеризуются фрагментарностью, субъективностью и обладают относительной достоверностью. В-пятых, на данный момент отсутствует многокритериальный формализованный способ оценки ГПИ, что приводит к необходимости осуществлять оценку вручную с существенной затратой временных, когнитивных и финансовых ресурсов.
Для минимизации первой Причины в диссертации разработаны рекомендации по проектированию специализированных информационных систем МЧС России, учитывающие основные принципы разработки человеко-ориентированных систем.
С целью устранения второй Причины проведён терминологический анализ действующих нормативных документов и стандартов по проектированию ИС и их ГПИ, на основе которого разработана система из 16 строго определённых характеристик эффективности ГПИ, которая может быть принята за эталон.
Для ликвидации последствий третей Причины разработаны модели описания элементов ИС, ориентированные на человеко-машинное взаимодействие, а именно: модель описания ГПИ и когнитивная модель описания пользователей целевой аудитории. Модель описания ГПИ модифицирована включением пространственных, визуальных и логических характеристик, а также частных показателей эффективности, Рисунок 1. Когнитивная модель описания пользователей целевой аудитории, в отличии от аналогов, расширена социальными, физиологическими, психологическими и когнитивными характеристиками, а также факторами внешней среды, связанными с функциональными показателями эффективности, Рисунок 2.
Рисунок 1 – Модель описания ГПИ
Рисунок 2 – Когнитивная модель описания пользователей ИС
Также в разделе установлена зависимость эффективности ГПИ при точечном изменении нагрузок, воздействующих на специалистов МЧС России.
Основным научным результатом, изложенным в первом разделе, являются модели описания элементов информационных систем МЧС России, ориентированные на человеко- машинное взаимодействие, которые позволяют выявить причины недостаточной эффективности современных ИС за счёт дисбаланса когнитивно-эргономических характеристик пользователей и характеристик ГПИ.
Во втором разделе в качестве объекта исследовались модели описания элементов ИС, ориентированные на человеко-машинное взаимодействие на предмет создания их алгоритмизированного представления в форме, подходящей для анализа специалистами.
В разделе проведён сравнительный анализ существующих методов оценки ГПИ, сделаны выводы о невозможности их применения к современным ИС по причинам их неактуальности и отсутствия привязки к моделям пользователей.

Также выделены аспекты алгоритмизации процесса оценки эффективности ГПИ, а именно: частные (далее – ЧПЭ), функциональные (далее – ФПЭ) и целевые (далее – ЦПЭ) показатели эффективности; этапы процесса обработки данных; формальная запись содержания этих этапов и определение порядка их выполнения.
Разработаны алгоритмы оценки: пространственно-временных характеристик ГПИ, графической архитектуры, качества логики взаимодействия с ГПИ, с помощью которых получены числовые значения ЧПЭ.
Алгоритм оценки пространственно-временных характеристик ГПИ позволяет вычислить следующие показатели в числовом виде: общее количество графических элементов (далее – ГЭ), входящих в состав ГПИ; количество состояний ГЭ; скорость активации каждого ГЭ; эффективность пространственного расположения ГЭ; плотность заполнения ГЭ; информационную загруженность каждого ГЭ; время обхода всех компонентов выбранного ГЭ согласно их порядку при использовании манипулятора «мышь»; время обхода всех компонентов выбранного ГЭ согласно их порядку при использовании клавиатуры; время ввода информации во все ГЭ; время восприятия информации из всех ГЭ; ЧПЭ («Избыточность функционала», «Управляемость», «Визуальная простота», «Наглядность», «Предсказуемость», «Информативность»). А также получить следующие параметрические карты: основной формы ГПИ, отражающие плотность её заполнения ГЭ; основной формы ГПИ, отражающие её загруженность «точками концентрации внимания»; множества труднодоступных компонентов ГЭ при использовании манипулятора «мышь».
Для расчёта данных величин использовались формулы, представленные ниже. Главная форма ГПИ является основным контейнером, в котором размещены все

её элементы , определяемые следующим образом:
≡ ⟨ , { }, { }, { }, , ⟩ ≡
,
≡ { },
≡ { }, (1) ≡ { },
≡ { }, { ≡ ⟨ , ,{ }⟩,}
где – описанием ГЭ; С – множество компонентов ГЭ; St – множеством состояний ГЭ;
– множество способов использования ГЭ; – множеством свойств условий использования
ГЭ; – множеством дополнительных параметров ГЭ; – параметр обратной связи; –
параметр информативности ГЭ; – параметр, характеризующий сложность структуры ГЭ. Математическая модель основной формы ГПИ имеет следующий вид:
≡ ⟨ , Ğ⟩ (2)
где – структурное описание главной формы ГПИ; Ğ – описание главной формы ГПИ как целостной графической архитектуры.
Структурное описание главной формы ГПИ определяется следующим образом:
≡ ⟨{ }, ⟩ (3) где – множество ГЭ основной формы ГПИ; – порядок логической последовательности
ГЭ.
Оператор определения количества ГЭ находящихся в основной форме ГПИ: , , ( , , ( )) ≡ ∑∀ ∈ ∩ ′∈∅ ( , ′ ≡< ′, >) (4)
где – площадь ГЭ основной формы ГПИ.
Оператор определения количества компонентов ГЭ, находящихся в нём:
, , ( , , ( )) ≡ ∑∀ ∈ ∩ ′∈∅ ( , ′ ≡< ′, >) (5) Вычисление ЧПЭ «Избыточность функционала», характеризующего корректность
соотношения количества функций и выполняемых ими задач производится по формуле:
= (6)
где Nf – количество функций; Nt – количество решаемых задач. Вычисление ЧПЭ «Управляемость» производится по формуле:
=∑ ( ∗ ) (7) =1
где – количество ГЭ в определённой группе или окне ГПИ; – количество альтернатив
активации ГЭ; – скорость активации ГЭ; n – общее количество ГЭ. Вычисление ЧПЭ «Визуальная простота» производится по формуле:
= 1 (8) ∗∑
где N – количество свойств ГЭ; ni – количество свойств ГЭ i-го класса; pi – приоритет классов элементов ГПИ.
Равномерность заполнения ГПИ его ГЭ вычисляется с помощью формулы:
≡√ ( − )2 (9)
=1 2

где – средняя плотность заполнения основной экранной формы.
Построение параметрической карты основной формы ГПИ отражающей плотность её
заполнения ГЭ определяется с помощью оператора:
, , ( , ) ≡ [ ] = ({ },( → , ), ) (10)
Построение параметрической карты основной формы ГПИ отражающей её загруженность «точками концентрации внимания»:
, ,Ğ( , ) ≡ [ ] = ({ },( , → , ′), ) (11)
В основе анализа временных характеристик разработанного алгоритма лежат идеи модели GOMS, позволяющие рассчитать количественные показатели навигационной сложности ГПИ, которые характеризуются сложность ориентации пользователей в ГПИ:
≡< , , , , , , ( ) > (12) где tK – однократное нажатие клавиши; tP – указание мышью на участок экрана; tB – нажатие или отпускание кнопки мыши; tBB – «двойной клик» мыши; tH – перемещение руки с клавиатуры на мышь; tM –время когнитивных операций, необходимых для принятия решения;
tW(t) –индивидуальное время ожидания ответа от системы.
Число ГЭ в основной форме ГПИ с которыми может взаимодействовать пользователь
вычисляется с помощью следующего оператора:
( ) = ∑∀ ∈ → → (13) Время обхода всех компонентов, выбранного ГЭ по порядку, вычисляется с помощью
следующего оператора:
=∑∀ ∈ ( → → )+ + + ( ) + + (14)
Время обхода всех компонентов выбранного ГЭ согласно их порядку при использовании манипулятора «мышь» вычисляется с помощью следующего оператора:
− =∑∀ ∈ ( → → )+ + + ( ) + (15)
Время обхода всех компонентов выбранного ГЭ согласно их порядку при использовании клавиатуры вычисляется с помощью следующего оператора:
− = ∑∀ ∈ ( → → ) + + + ( ) + (16) Время ввода информации во все ГЭ:
− = ∑∀ ∈ ( → → ) ∗ h (17) где h – константа времени ввода пользователем одной единицы информации.
Время восприятия пользователем информации вычисляется следующим образом:
− =∑∀ ∈ ( → → )∗ h (18) где h – константа, определяющая время восприятия одной единицы информации.
Вычисление ЧПЭ «Наглядность» производится с помощью формулы:
= ∗ =(( )+1)∗ (19)
где N – количество информационно-функциональных элементов ГПИ; М – количество элементов, обладающих заданным для поиска признаком; А – объем визуальной информации (ограничение оперативной памяти человека 3-5 элементов); tf – длительность зрительной фиксации; μ – математическое ожидание числа зрительных фиксаций.
Вычисление ЧПЭ «Предсказуемость» производится с помощью формулы:
= +∑ (20)
=1
где – время задержки информации в i-м блоке системы; n – число блоков системы; –
время, затраченное оператором на обработку информации, вычисляемое по формуле:
= + ∗ (21) где а – время простой реакции; b – время переработки единицы информации; H – количество
информации, перерабатываемой оператором.
Вычисление ЧПЭ «Информативность» производится с помощью формулы:
+1
=0,5∗ ∗ [ 2 +(1− )∗ 2(1− )] (22)
где V – количество элементов; W – общее количество ГЭ.
Вычисление ЧПЭ «Обучаемость» производится с помощью формулы:
=∑ ( + ) (23) =1
где – время перемещения i-го взора; – время і-ой фиксации взора; n – количество шагов поиска.
Алгоритм оценки пространственно-временных характеристик ГПИ состоит из следующих шагов:
Шаг 1 – Инициализация главной формы ГПИ, вычисление её площади;
Шаг 2 – Определение пространственных характеристик:
Шаг 2.1 – Поиск ГЭ входящих в состав ГПИ, определение их размеров, формула (4); Шаг 2.2 – Если найдены все ГЭ, переход на шаг 2.3, если нет – возврат на шаг 2.1; Шаг 2.3 – Поиск компонентов, входящих в состав каждого ГЭ, определение их размеров
и координат, формула (5);
Шаг 2.4 – Если найдены все компоненты, входящие в состав определённого ГЭ, то
переход на шаг 2.5, если нет – возврат на шаг 2.3;
Шаг 2.5 – Определение характеристик ГЭ;
Шаг 2.6 – Вычисление ЧПЭ «Избыточность функционала» с помощью формулы (6); Шаг 2.7 – Вычисление ЧПЭ «Управляемость» формула (7) и «Визуальная простота»,
формула (8);
Шаг 2.8 – Определение плотности заполнения ГПИ его ГЭ;
Шаг 2.9 – Определение равномерности заполнения ГПИ его ГЭ, формула (9);
Шаг 2.10 – Построение параметрической карты основной формы ГПИ отражающей
плотность её заполнения ГЭ с помощью оператора (10);
Шаг 2.11 – Построение параметрической карты основной формы ГПИ отражающей её
загруженность «точками концентрации внимания» с помощью оператора (11);
Шаг 3 – Определение временных характеристик:
Шаг 3.1 – Определение числа ГЭ в основной форме ГПИ с которыми может
взаимодействовать пользователь с помощью оператора (13);
Шаг 3.2 – Определение времени обхода всех компонентов ГЭ, формула (14);
Шаг 3.3 – Определение времени обхода всех компонентов выбранного ГЭ согласно их
порядку при использовании манипулятора «мышь», формула (15);
Шаг 3.4 – Определение времени обхода всех компонентов выбранного ГЭ согласно их
порядку при использовании клавиатуры, формула (16);
Шаг 3.5 – Определение времени ввода информации во все ГЭ, формула (17);
Шаг 3.6 – Определение времени восприятия пользователями информации, формула (18);
Шаг 3.7 – Определение подмножества труднодоступных компонентов ГЭ при использовании манипулятора «мышь»;
Шаг 3.8 – Определение среднего время доступа к компонентам с помощью манипулятора «мышь»;
Шаг 3.9 – Составление массива труднодоступных компонентов ГЭ при использовании манипулятора «мышь». Если проверены все компоненты, переход к шагу 3.10, если нет – возврат на шаг 3.7;
Шаг 3.10 – Определение подмножества труднодоступных компонентов ГЭ при использовании клавиатуры;
Шаг 3.11 – Определение среднего времени доступа к компоненту с помощью клавиатуры;
Шаг 3.12 – Составление массива труднодоступных компонентов ГЭ при использовании клавиатуры. Проверены все компоненты, переход к шагу 3.13, если нет – возврат на шаг 3.10;
Шаг 3.13 – Вычисление ЧПЭ «Наглядность» с помощью формулы (19);
Шаг 3.14 – Вычисление ЧПЭ «Предсказуемость» с помощью формул (20-21);
Шаг 3.15 – Вычисление ЧПЭ «Информативность» с помощью формулы (22);
Шаг 3.16 – Вычисление ЧПЭ «Обучаемость» с помощью формулы (23);
Шаг 3.17 – Конец алгоритма, вывод результатов.
Схема алгоритма оценки пространственно-временных характеристик ГПИ
представлена на Рисунке 3.
Рисунок 3 – Схема алгоритма оценки пространственно-временных характеристик ГПИ
Алгоритм оценки графической архитектуры ГПИ позволяет вычислить следующие показатели в числовом виде: общую яркость изображения ГПИ; общую контрастность изображения ГПИ; доминирующий тон ГПИ; резкость изображения ГПИ; площадь всех оттенков ГПИ; общую оценку гармоничности цветовой схемы ГПИ; степень преобладания «эффекта стереохроматизма» в цветовой схеме; общее количество цветов ГПИ; сложность цветового восприятия; гармоничность цветовой схемы, с учётом воздействия «эффекта

стереохроматизма»; гармоничность пропорций элементов ГПИ и т. д. А также следующие параметрические карты: яркости основной формы ГПИ; подмножеств низкой и высокой контрастности; восприятия цветовой схемы; проблемных участков ГПИ, связанных с «эффектом стереохроматизма»; соответствия цветовой схемы ГПИ моделям пользователей.
Для расчёта данных величин использовались формулы, представленные ниже. Общая яркость изображения ГПИ вычисляется с помощью следующей формулы:
= 1 ∑ 0,2126 + 0,7152 + 0,0722 (24) =1
Вычисление общей контрастности изображения ГПИ производится по формуле:
= √3 ∗ = √3 ∗ = √3 ∗ (25)
где , , – длины ребер RGB-куба.

Вычисление доминирующего тона ГПИ производится по формуле:
h = 1 ∑ h (26)
где h – тоновая насыщенность пикселя.
Оценка резкости изображения ГПИ производится по формуле:
∆ = √( +1 − )2 + ( +1 − )2 + ( +1 − )2 (27) Оператор кластеризации относит форму к соответствующему кластеру ki:
{ }→⋃ =1
( , )≡{( , )| ∈{ }, ∈ ∗|{ ={ } (28) →
≠ : ∩ ∈∅
=1
Оператор построения множества высококонтрастных областей:
({ }, )≡{ | ∈{ }, ≠ : ∩ ∈∅, ′ ( , )≥ } (29)
Ğ( )
где – критерием высокой контрастности.
Оператор построения множества низко контрастных областей:
({ }, )≡{ | ∈{ }, ≠ : ∩ ∈∅, ′ ( , )≤ } (30)
Ğ( ) где :– критерием низкой контрастности.

Оценка ЧПЭ «Читабельность» производится с помощью формулы:
= (206,835−1,3∗( )−60,1∗( ))∗h
(31) h = 2 ∗ ∗ (32)
где a – количество слов в документе; b – количество предложений в документе; c – количество слогов в документе; h – линейный размер знака, вычисляемый формулой:
где α – угловой размер знака; l – расстояние от оператора до экрана дисплея. Оператор построения множества цветов основной формы ГПИ:
где
,
,
Ğ→[ ](Ğ) ≡ {[ ] | ∈ Ğ( ) ˅ ∈ Ğ( ) ˅ ∈ Ğ( )} (33) Оператор присвоения веса цвету в основной форме ГПИ:
(Ğ)≡( ,Ğ)≡ ∈{{ }| ∈ ∗} (34)
Коэффициент гармоничности оттенка вычисляется с помощью формулы:
= ∗ (35)
– коэффициент гармоничности. Вычисление ЧПЭ «Эстетичность» производится с помощью формулы:
– площадь, занимаемая оттенком в ГПИ; ,
= + +⋯+ =( ∗ )+( ∗ )+..+( ∗ ) (36) , 1 , 2 , 1 , 1 2 , 2 ,
Проведение сегментации основной формы ГПИ на зоны ясного видения осуществляются с помощью оператора:
( , ) ≡ { ∈ | = 280 , ˄ h = 240 } (37)
Вычисление коэффициента «эффекта стереохроматизма» c, оператор:
( , )≡{( ˄ ∈ { })˄( < )˄(3%< ≤90%∈ } (38) Вычисление общего значения воздействия «эффекта стереохроматизма» С по всей области ГПИ производится по формуле: = 1 ∗ 2 ∗ ... ∗ (39) Вычисление общей гармоничности цветовой схемы ГПИ с учётом «эффекта стереохроматизма» (ЧПЭ «Привлекательность») производится по формуле: = ∗ (40) Оценка гармоничности пропорций элементов ГПИ (ЧПЭ «Мобильность»), производится с помощью выражения: = ∝ (41) + + где – высота родительского элемента ГПИ; – высота дочернего элемента ГПИ; – ширина родительского элемента ГПИ; – ширина дочернего элемента ГПИ; – коэффициент гармоничности пропорций ГПИ. Вычисление ЧПЭ «Единообразие» с помощью формулы: = ∗ ∗ ∗ (42) где – коэффициент единства цветовой схемы ГПИ; – коэффициент единства семейств шрифтов; – коэффициент однородности компонентов ГПИ; – коэффициент единообразного выполнения сходных функций в ГПИ. Алгоритм оценки графической архитектуры ГПИ состоит из следующих шагов: Шаг 1 – Инициализация главной формы ГПИ, вычисление её площади; Шаг 2 – Оценка сложности визуального восприятия: Шаг 2.1 – Вычисление общей яркости изображения ГПИ по формуле (24); Шаг 2.2 – Построение параметрической карты основной формы ГПИ; Шаг 2.3 – Вычисление общей контрастности изображения ГПИ по формуле (25); Шаг 2.4 – Вычисление доминирующего тона ГПИ по формуле (26); Шаг 2.5 – Оценка резкости изображения ГПИ с помощью формулы (27); Шаг 2.6 – Выделение контуров элементов ГПИ с помощью алгоритма Превитта; Шаг 2.7 – Применение метода «наращивания областей» для идентификации контуров; Шаг 2.8 – Кластеризация с помощью алгоритма FOREL (28); Шаг 2.9 – При выполнении условия (28) переход к шагу 2.10, если нет, возврат к 2.8; Шаг 2.10 – Построение множества высококонтрастных и низко контрастных областей с помощью операторов (29-30); Шаг 2.11 – Вычисление ЧПЭ «Читабельность» с помощью формулы (31-32); Шаг 3 – Оценка цветового решения основной формы ГПИ: Шаг 3.1 – Инициализация оттенков ГПИ, формула (33); Шаг 3.2 – Все цвета инициализированы, то переход к шагу 3.3, нет – возврат на 3.1; Шаг 3.3 – Оператор присвоения каждому инициализированному цвету веса (34) Шаг 3.4 – Проверка на соответствие Цвет →Ассоциация с цветом → Функциональное назначение ГЭ и построение соответствующей параметрической карты; Шаг 3.2 – Вычисление площади каждого найденного оттенка в области ГПИ; Шаг 3.3 – Вычисление коэффициента гармоничности оттенка по формуле (35); Шаг 3.2 – Вычисление ЧПЭ «Эстетичность», формула (36); Шаг 4 – Оценка ГПИ на наличие и степень преобладания «эффекта стереохроматизма»; Шаг 4.1 – Суммирование полученных оттенков в десять основных «цветов»; Шаг 4.2 – Сравнение общего количества цветов с оптимальным значением; Шаг 4.3 – Сегментация ГПИ на прямоугольные области, оператор (37); Шаг 4.4 – Анализ каждого из полученных сегментов на наличие «эффекта стереохроматизма, оператор (38); Шаг 4.5 – Вычисление общего значения воздействия «эффекта стереохроматизма» по всей области ГПИ, формула (39); Шаг 4.6 – Вычисление гармоничности цветовой схемы ГПИ, с учётом воздействия «эффекта стереохроматизма» (ЧПЭ «Привлекательность»), формула (40); Шаг 5 – Оценка гармоничности пропорций элементов ГПИ: Шаг 5.1 – Поиск всех ГЭ основной формы ГПИ; Шаг 5.2 – Проверка на инициализацию всех ГЭ, если все элементы найдены переход к шагу 5.3, если нет – возврат на шаг 5.1; Шаг 5.3 – Вычисление длины и высоты ГЭ и компонентов, входящих в их состав; Шаг 5.4 – Вычисление ЧПЭ «Мобильность», с помощью выражения (41); Шаг 5.5 – Вычисление ЧПЭ «Единообразие» с помощью формулы (42); Шаг 5.6 – Конец алгоритма, вывод результатов. Схема алгоритма представлена на Рисунке 4. Рисунок 4 – Схема алгоритма оценки графической архитектуры ГПИ Алгоритм оценки качества логики взаимодействия с ГПИ предоставляет следующие данные: множество индивидуальных повторяющихся шаблонов; множество повторяющихся шаблонов среди группы пользователей; затраченное время на выполнение шаблонов; ЧПЭ («Понятность», «Устойчивость к ошибкам», «Контролируемость», «Обнаруживаемость»). Для расчёта данных величин использовались формулы, представленные ниже. Оператор фильтрации действий пользователей имеет следующий вид: ( , )≡{{ }∈{ }˄∃{ }: ⊂ |∀ ∈ ∗} (43) { } где { } – множество элементарное действие пользователя el; tri – транзакция элементарных действий; k – критерий фильтрации элементарных действий. Вычисление ЧПЭ «Понятность», характеризуемого степенью усилий пользователей по пониманию общей логической концепции ГПИ, производится с помощью оператора: { }( , ) ≡ {{ } ∈ {{ }˄∃{ }: ⊂ >1|∀ ∈ ∗} (44)
где – показатель повторов действий пользователей за установленный промежуток времени; – время, затраченное пользователем на выполнение транзакции.

Вычисление ЧПЭ «Устойчивость к ошибкам» характеризующего частоту появления ошибок при работе с ГПИ производится с помощью следующего оператора:
( , )≡{{ }∈{ }˄∃{ }: ⊂ >2|∀ ∈ ∗} (45) { }
где – показатель наличия ошибки;
Показатель выбирается экспертом и может отличаться, в зависимости от целей
анализа, например использования кнопки «отмены действия».
Вычисление ЧПЭ «Контролируемость», оценивающего возможность ГПИ
предоставлять пользователям любые доступные устройства ввода для управления ИС, производится с помощью следующего оператора:
{ }( , ) ≡ {{ }∈{ }˄∃{ }: ⊂ >1|∀ ∈ ∗} (46) 0 {{ }∈{ }˄∃{ }: ⊂ >1|∀ ∈ ∗}
где – показатель использования манипулятора типа «мышь»; – показатель использования клавиатуры.
Вычисление ЧПЭ «Обнаруживаемость», характеризующего доступностью элементов ГПИ, производится с помощью следующего оператора:
( , )≡{{ }∈{ }˄∃{ }: ⊂ >0|∀ ∈ ∗} (47) { }
где – показатель частоты обращения пользователей к справочной информации. Повторения нескольких элементарных действий является шаблоном . Для преобразования шаблонов во временные интервалы используется следующий оператор,
основанный на модели GOMS:
≡ { ( ) → |{ } ⊄ ∅} (48)

Скорость решения задач пользователем оценивается следующим образом:
( ) = ∑ ( ) ∗ ∑ (49)
=1 =1
где t(s) – временные затраты пользователя на выполнение шаблона; ls – длинна шаблона; λ – количество вхождений в шаблон.
Алгоритм оценки качества логики взаимодействия с ГПИ состоит из следующих шагов: Шаг 1 – Анализ действий отдельных пользователей;
Шаг 1.1 – Сбор элементарных действий отдельного пользователя ;
Шаг 1.2 – Составление транзакций из последовательностей действий;
Шаг 1.3 – Выбор критерия K для фильтрации элементарных действий;
Шаг 1.4 – Фильтрация элементарных действий пользователя, оператор (43);
Шаг 1.5 – Фильтрация прошла успешно, переход к 1.6, если нет – возврат на шаг 1.3; Шаг 1.6 – Вычисление ЧПЭ «Понятность» с помощью формулы (44);
Шаг 1.7 – Вычисление ЧПЭ «Устойчивость к ошибкам» с помощью формулы (45); Шаг 1.8 – Вычисление ЧПЭ «Контролируемость» с помощью формулы (46);
Шаг 1.9 – Вычисление ЧПЭ «Обнаруживаемость» с помощью формулы (47);
Шаг 1.10 – Преобразование шаблонов во временные интервалы, формулы (48-49); Шаг 2 – Сравнение и анализ шаблонов группы пользователей;
Шаг 2.1 – Обобщение шаблонов действий пользователей и создание на их основе базы
данных { };
Шаг 2.1 – Сортировка шаблонов по определённым признакам Ph (фаза сортировки); Шаг 2.2 – Поиск последовательностей в соответствии со значением минимальной
поддержки Pcs (фаза отбора кандидатов);
Шаг 2.3 – Вычисление на подтверждение присутствия последовательности в шаблонах
пользователей Pt (фаза трансформации);
Шаг 2.4 – Установка значения минимальной поддержки Smin;
Шаг 2.5 – Если значение минимальной поддержки Smin удовлетворяет условиям
поставленной задаче, то переход к шагу 2.6, если нет – возврат на шаг 2.4;
Шаг 2.6 – Генерация последовательностей удовлетворяющих минимальной поддержки
Psg (фазы генерации последовательностей);
Шаг 2.7 – Формирование максимальных последовательностей Semax;
Шаг 2.8 – Если проанализированы все шаблоны пользователей, то алгоритм заканчивает работу, если нет – возврат к шагу 2;
Шаг 2.9 – Конец алгоритма, вывод результатов. Схема алгоритма представлена на Рисунке 5.
Рисунок 5 – Схема алгоритма оценки качества логики взаимодействия с ГПИ
Таким образом, представленные выше алгоритмы позволяют вычислить ЧПЭ.
В интересах исключения четвертой Причины разработана методика комплексной оценки эффективности ГПИ информационных систем МЧС России, которая по сравнению с дифференциальным подходом, основана на свертке ЧПЭ, ФПЭ и ЦПЭ к единому интегральному показателю эффективности (далее – ИПЭ). Иерархическое представление методики комплексной оценки эффективности ГПИ ИС имеет следующий вид, Рисунок 6.
Уровень 1 – цель: выбор ГПИ ИС обладающий наибольшей эффективностью. Уровень 2 – ЦПЭ («Результативность», «Оперативность», «Ресурсоэкономность»). Уровень 3 – ФПЭ («Скорость работы», «Количество ошибок», «Скорость обучения»,
«Степень сохранения навыков», «Субъективная удовлетворённость», «Когнитивная нагрузка», «Визуальная нагрузка», «Моторная нагрузка»).
Уровень 4 – ЧПЭ («Избыточность функционала», «Наглядность», «Понятность», «Единообразие», «Эстетичность», «Устойчивость к ошибкам», «Мобильность», «Предсказуемость», «Контролируемость», «Читабельность», «Информативность», «Привлекательность», «Управляемость», «Визуальная простота», «Обнаруживаемость», «Обучаемость»).
Уровень 5 – средства достижения цели (альтернативы ИС, ГПИ которых сравниваются между собой).

Рисунок 6 – Иерархическое представление методики комплексной оценки ГПИ ИС
В разделе доказана возможность решения задачи сравнения и количественного вычисления сложно структурированной иерархии показателей эффективности за счёт её сегментации на непересекающиеся ветви.
Последовательность расчётов по каждой ветви следующая:
Шаг 1 – Вычисление ЧПЭ по формулам 1-49;
Шаг 2 – Присвоение весового коэффициента каждому ЧПЭ, в соответствии с мнением
заказчика 0< <1. Шаг 3 – Производится свертка до ФПЭ. Так как некоторые показатели стремятся к нулю (например ( ) → , ( ) → ), то свертка имеет следующий вид: = ( )− ( )→ (50) 1122 Шаг 4 – Каждому значению ФПЭ присваивается весовой коэффициент, устанавливаемый в соответствии с характеристиками когнитивных моделей описания пользователей целевой аудитории 0< <1. 11 22 где – весовой коэффициент устанавливаемый заказчиком; ( ) – ЧПЭ; Шаг 5 – Производится свертка до ЦПЭ. Так как некоторые показатели стремятся к нулю, то свертка имеет следующий вид: при условии, что ∗ → , ∗ → . 11 22 = ∗ − ∗ → (51) 1122 Шаг 6 – Каждому значению ЦПЭ присваивается весовой коэффициент, устанавливаемый руководителем структурного подразделения 0< <1. Шаг 7 – Производится свертка до ИПЭ по следующей формуле: = ∗ + ∗ → (52) 1122 Шаг 8 – Вычисление итогового ИПЭ по следующей формуле: =∑ (53) =1 Шаг 9 – Сравнение итоговых ИПЭ альтернатив ГПИ. Наилучшим считать ГПИ, обладающий наибольшим показателем . Основным научным результатом, изложенным во втором разделе, является методика комплексной оценки эффективности ГПИ ИС, суть которой заключается в проведении обоснованного выбора ГПИ за счёт разработанных научно-методических средств, которые позволяют проводить сравнительную оценку ГПИ как в целом, так и по отдельным категориям соответствия потребностям пользователей целевой аудитории, а также требованиям заказчиков и руководителей структурных подразделений. В третьем разделе в качестве объекта исследовалась методика комплексной оценки эффективности ГПИ ИС на предмет автоматизации процесса её выполнения с помощью ПАИС решения задач выбора и обоснования. С целью устранения пятой Причины разработана оригинальная архитектура ПАИС, представленная тремя взаимно обусловленными структурами, а именно функциональной, информационной и программной. На Рисунке 7 представлена функциональная структура ПАИС, состоящая из блоков: входных данных; свертки показателей эффективности; расчётов и вывода результатов. Рисунок 7 – Функциональная структура ПАИС Задан базовый сценарий функционирования ПАИС и ее глобальные настройки. На Рисунке 8 представлена информационная структура ПАИС, состоящая из пространств информационных объектов, задающих организацию и формализацию ее внутренних данных. Рисунок 8 – Информационная структура ПАИС На Рисунке 9 представлена программная структура ПАИС, описывающая алгоритмы ее основных модулей. Рисунок 9 – Программная структура ПАИС Также в разделе описана технология программной реализации ПАИС, использованные средств разработки и отладки. Произведено практическое применение ПАИС на примерах, специализированных ИС, используемых сотрудниками МЧС России при выполнении ежедневных должностных обязанностей. Доказана возможность поиска ГЭ ГПИ с заданными свойствами посредством использования методов компьютерного зрения. Основным научным результатом, изложенным в третьем разделе, является архитектура ПАИС решения задач оценки эффективности ГПИ информационных систем МЧС России, суть которой заключается в автоматизации процесса сравнительной оценки ГПИ, а также сокращении временных и когнитивных затрат на её проведение в интересах обоснованного выбора. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В рамках диссертационного исследования разработаны научно-методические и инструментальные средства сравнительной оценки эффективности, обеспечивающие возможность выбора и обоснования ГПИ информационных систем МЧС России. В соответствии с целевой установкой были решены следующие задачи: 1. Проанализированы существующие методы оценки эффективности ГПИ. 2. Исследованы когнитивные и эргономические особенности сотрудников МЧС России, работа которых в наибольшей степени связана с выполнением повседневных задач на автоматизированных рабочих местах. 3. Разработана когнитивная модель описания пользователей целевой аудитории. 4. Разработана модель описания ГПИ ИС. 5.Сформированы критерии и разработана методика комплексной оценки эффективности ГПИ. 6.Разработана архитектура ПАИС решения задач оценки эффективности ГПИ информационных систем МЧС России. 7. Реализована ПАИС решения задач оценки эффективности ГПИ информационных систем МЧС России и произведено её базовое тестирование. 8. Предложены перспективы применения и развития методики комплексной оценки эффективности ГПИ. В ходе решения указанных задач были получены основные научные результаты, выносимые на защиту, а именно: 1. Модели описания элементов информационных систем МЧС России, ориентированные на человеко-машинное взаимодействие. 2. Методика комплексной оценки эффективности графических пользовательских интерфейсов информационных систем МЧС России. 3.Прикладная автоматизированная ИС решения задач оценки эффективности графических пользовательских интерфейсов информационных систем МЧС России. Полученные результаты могут использоваться для проведения обоснованного выбора специализированных ИС из множества альтернатив схожего назначения и функционала, что позволит экономить финансовые ресурсы на приобретение наиболее подходящих для выполнения служебных обязанностей программных продуктов, так и повышать показатели работы специалистов за счёт качества исполнения выбранных в ходе оценки программ. Научные результаты являются достоверными, обладают необходимой степенью новизны, имеют теоретическую ценность и практическую значимость, апробированы и опубликованы в 27-и научных трудах. Совокупность полученных научных результатов свидетельствует о достижении поставленной цели исследования – обеспечение возможности выбора и обоснования ГПИ информационных систем МЧС России за счёт научно-методических и инструментальных средств сравнительной оценки эффективности. Исследования могут быть продолжены по следующим направлениям: Во-первых, разработка на основе представленной методики комплексной оценки эффективности ГПИ нейронной сети, которая после обучения сможет решать обратную задачу – формирование требований к ИС по потребностям ключевых лиц (заказчиков, пользователей целевой аудитории и руководителей структурных подразделений). Во-вторых, разработанная ПАИС решения задач оценки эффективности ГПИ информационных систем МЧС России, может быть адаптирована под оценку любых категорий ИС; В-третьих, алгоритм оценки графической архитектуры ГПИ может быть усовершенствован дополнительными возможностями по оценке воздействия цветовой схемы на пользователей, например, скорость восприятия цветовой схемы и т.д. Выполнение перспективных исследований по перечисленным направлениям позволит повышать эффективность ГПИ ИС в соответствии с динамично меняющимися требованиями нормативных документов и потребностями заинтересованных лиц с учётом их когнитивных и эргономических возможностей.