城市軌道列車(chē)虛擬駕駛控制臺(tái)的交互設(shè)計(jì)

王軼 羅果 周舒

摘要：目前，城市軌道列車(chē)模擬駕駛系統(tǒng)的虛擬駕駛控制臺(tái)往往是根據(jù)某一車(chē)型設(shè)計(jì)的，并不適用于高職院?；A(chǔ)性、通用性的實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求。而某些高職院校根據(jù)教學(xué)需要開(kāi)發(fā)的虛擬駕駛控制臺(tái)，設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，缺乏真實(shí)感、人與系統(tǒng)的交互性較差，影響了學(xué)生實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效果。利用交互設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)城市軌道列車(chē)虛擬駕駛控制臺(tái)的虛擬硬件界面、軟件界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，使虛擬駕駛控制臺(tái)能夠滿足城市軌道列車(chē)共性的、基礎(chǔ)的、必要的操作訓(xùn)練，具有更好的人機(jī)交互功能。

關(guān)鍵詞：城市軌道列車(chē)；虛擬；駕駛控制臺(tái)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)；交互設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）08-0271-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Interactive Design of Virtual Driving Console for Urban Rail Train

WANG Yi， LUO Guo， ZHOU Shu

（Chongqing Vocational College of Public Transportation， Chongqing 402247， China）

Abstract：At present， the virtual driving console of the urban rail train simulation driving system is often designed according to a certain model， which is not suitable for the basic and universal practical training teaching needs of higher vocational colleges. However， the virtual driving console developed by some higher vocational colleges according to the teaching needs is too simple in design， lacks a sense of reality， and the interaction between human and system is poor， which affects the effect of students' practical teaching. The virtual hardware interface and software interface of the virtual driving console of urban rail train are designed by using interactive design technology， so that the virtual driving console can meet the common， basic and necessary operation training of urban rail train， and has better human-computer interaction function.

Key words： city railway train； virtual； driving console； practical teaching； Interaction Design

1 引言

隨著我國(guó)城市軌道交通行業(yè)的飛速發(fā)展，各大城市都將城市軌道列車(chē)作為緩解交通擁堵的重要途徑，成為解決廣大人民群眾出行的主要交通形式。城市軌道運(yùn)營(yíng)里程、列車(chē)數(shù)量的不斷增加，城市軌道交通運(yùn)營(yíng)企業(yè)對(duì)列車(chē)駕駛員的崗位需求也越來(lái)越大。為滿足這一需求，各大高職院校紛紛開(kāi)設(shè)城市軌道列車(chē)駕駛專(zhuān)業(yè)，廣泛采用基于虛擬現(xiàn)實(shí)的城市軌道列車(chē)模擬駕駛系統(tǒng)對(duì)學(xué)生開(kāi)展實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

目前，城市軌道列車(chē)模擬駕駛系統(tǒng)的虛擬駕駛控制臺(tái)往往是根據(jù)某一車(chē)型設(shè)計(jì)的，操作訓(xùn)練的針對(duì)性較強(qiáng)，并不適用于高職院?；A(chǔ)性、通用性的實(shí)訓(xùn)教學(xué)需求。為解決這一問(wèn)題，某些高職院校根據(jù)教學(xué)需要開(kāi)發(fā)具有共性的、基礎(chǔ)的、必要的城市軌道列車(chē)虛擬駕駛控制臺(tái)，滿足學(xué)生的初級(jí)駕駛操作訓(xùn)練。但這些虛擬駕駛控制臺(tái)的設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單，缺乏真實(shí)感、人與系統(tǒng)的交互性較差，也影響了學(xué)生實(shí)訓(xùn)教學(xué)的效果。

2 交互設(shè)計(jì)的概念

交互設(shè)計(jì)的概念是比爾·莫格里奇20世紀(jì)90年代提出的[1]，“以人為中心”的交互設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)理論。交互設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)對(duì)象可以是無(wú)形的軟件，如游戲、網(wǎng)頁(yè)和軟件系統(tǒng)，這類(lèi)交互設(shè)計(jì)可稱(chēng)為軟件交互設(shè)計(jì)；它也可以是實(shí)體產(chǎn)品，如家電、電子產(chǎn)品和汽車(chē)等，這類(lèi)交互設(shè)計(jì)可以稱(chēng)為產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)，即“硬件”界面設(shè)計(jì)，以傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)計(jì)為背景[2]，設(shè)計(jì)對(duì)象是針對(duì)人機(jī)交互的硬件部分，設(shè)計(jì)目標(biāo)是優(yōu)化用戶和設(shè)備的交互關(guān)系，最大限度地滿足用戶的需求。其設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括空間布局設(shè)計(jì)、操作部件設(shè)計(jì)、字體及色彩的設(shè)計(jì)等。

產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)中，有一個(gè)重要的概念即“功能決定形式”，這一概念也同樣可以運(yùn)用到軟件交互設(shè)計(jì)中。從某種意義上來(lái)說(shuō)，軟件交互設(shè)計(jì)可以理解為“屏幕中的工業(yè)設(shè)計(jì)”或“屏幕中的產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)”。其設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括信息結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、界面設(shè)計(jì)等。

3 虛擬硬件界面設(shè)計(jì)

虛擬駕駛控制臺(tái)的交互設(shè)計(jì)具有一定的特殊性，其操作界面中的按鈕、旋鈕、指示燈、操縱手柄等交互設(shè)備不是真實(shí)的硬件設(shè)備，而是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的，屬于虛擬硬件的范疇，但功能與設(shè)計(jì)要求須真實(shí)硬件設(shè)備一致。所以要運(yùn)用產(chǎn)品交互設(shè)計(jì)技術(shù)，使虛擬駕駛控制臺(tái)的虛擬硬件界面布局更加合理，便于學(xué)生進(jìn)行模擬駕駛訓(xùn)練。

3.1 空間布局設(shè)計(jì)

在虛擬硬件界面設(shè)計(jì)中，空間布局設(shè)計(jì)是最為重要。要提高學(xué)生對(duì)虛擬硬件操作界面的視覺(jué)認(rèn)知效率和精度，須根據(jù)人類(lèi)視覺(jué)的最佳觀察方式來(lái)設(shè)計(jì)空間布局。經(jīng)過(guò)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，人水平面的雙眼視區(qū)大約在左右60度以內(nèi)的區(qū)域，10度～20度之間為文字辨別區(qū)，5度～30度之間為字母辨別區(qū)，如圖1所示，在這一范圍以外，字和字母趨于消失。視線范圍在30度～60度之間時(shí)，可以辨別特定的顏色[3]。所以，應(yīng)將重要的顯示或操作面板設(shè)計(jì)在5度～30度的范圍內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)用戶能夠清晰地識(shí)別顯示的文字和圖形。一般性的顯示或操作面板，布置在30度～60度的范圍內(nèi)。

其次，空間布局設(shè)計(jì)要滿足操作的方便性，即學(xué)生用手控制鼠標(biāo)或鍵盤(pán)進(jìn)行模擬駕駛操作時(shí)，能夠方便地進(jìn)行操作。例如：中國(guó)人習(xí)慣于使用右手，右手較為靈活，適合進(jìn)行較為復(fù)雜的操作，所以城市軌道列車(chē)的手動(dòng)駕駛面板一般設(shè)置在右側(cè)，以滿足學(xué)生的操作習(xí)慣。

按最佳視覺(jué)范圍的設(shè)計(jì)原則，顯示屏、儀表面板作為虛擬駕駛控制臺(tái)重要的顯示和信息反饋界面應(yīng)該放在居中的位置。按操作方便性的設(shè)計(jì)原則，手動(dòng)駕駛控制面板應(yīng)放置于虛擬駕駛控制臺(tái)的右側(cè)；主控制面板放置于虛擬駕駛臺(tái)的左側(cè)；ATO控制面板主要用于操作列車(chē)自動(dòng)控制顯示屏，可以放置在居中的位置，位于顯示屏、儀表面板下方；指示燈面板放置在左上方；門(mén)控制面板將按左右門(mén)的控制面板分別放置在左右側(cè)的下方，如圖2所示。

3.2 操作部件、字體及色彩的設(shè)計(jì)

為達(dá)到虛擬駕駛控制臺(tái)對(duì)學(xué)生的真實(shí)感和沉浸感的需求，給學(xué)生以真實(shí)駕駛的體驗(yàn)和感受，虛擬駕駛控制臺(tái)的硬件操作界面中的操作部件的形態(tài)、字體及色彩設(shè)計(jì)應(yīng)與實(shí)體駕駛控制臺(tái)一致。

4 軟件界面設(shè)計(jì)

列車(chē)的狀態(tài)信息主要是通過(guò)虛擬駕駛控制臺(tái)上的顯示屏反饋給學(xué)生，顯示屏的信息交互設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，對(duì)學(xué)生能否全面、安全進(jìn)行駕駛操作具有重大意義。

4.1 信息結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對(duì)于虛擬駕駛控制臺(tái)顯示屏的交互設(shè)計(jì)，信息結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的一環(huán)。進(jìn)行信息結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了通過(guò)對(duì)用戶操作流程和系統(tǒng)反饋信息之間交互流程的研究，對(duì)信息結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化、選擇和組織[4]。首先，根據(jù)學(xué)生駕駛實(shí)訓(xùn)的一次乘務(wù)作業(yè)的操作標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其操作的過(guò)程進(jìn)行了分析；然后，根據(jù)學(xué)生的操作需求確定信息結(jié)構(gòu)及界面設(shè)計(jì)。

4.1.1 學(xué)生實(shí)訓(xùn)的操作流程

按照一次乘務(wù)作業(yè)的操作標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括登簽、整備作業(yè)、正線運(yùn)行等三個(gè)流程，如圖3所示。

4.1.2 信息的架構(gòu)

登簽界面主要是激活列車(chē)后，依次輸入學(xué)生編號(hào)、列車(chē)車(chē)次、目的地編碼、密碼等信息。

整備作業(yè)是城市軌道列車(chē)運(yùn)行前，學(xué)生檢查駕駛控制臺(tái)上的設(shè)備是否狀態(tài)良好。需要獲取受電弓狀態(tài)、電壓狀態(tài)、列車(chē)空氣制動(dòng)狀態(tài)等信息，并進(jìn)行站點(diǎn)設(shè)置。

正線運(yùn)行是學(xué)生操作虛擬城市軌道列車(chē)投入正常的運(yùn)行。需要獲取目的地信息、列車(chē)速度信息、輔助駕駛信息、駕駛模式及狀態(tài)監(jiān)控信息、時(shí)間等信息，如圖4所示。

4.2 界面的設(shè)計(jì)

界面的設(shè)計(jì)是指列車(chē)顯示屏信息界面的組織和排列方式，須根據(jù)信息的內(nèi)在聯(lián)系對(duì)圖形、文字進(jìn)行分組和歸納，對(duì)其擺放的位置進(jìn)行合理的安排，使其按照信息的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行有序地排列，呈現(xiàn)給用戶一個(gè)科學(xué)、合理、有序的視覺(jué)效果。根據(jù)信息結(jié)構(gòu)圖，信息結(jié)構(gòu)第一層級(jí)上的有三項(xiàng)：登簽、整備作業(yè)、正線運(yùn)行，這三項(xiàng)對(duì)應(yīng)了虛擬駕駛控制臺(tái)列車(chē)顯示屏提供的三項(xiàng)基本功能。

在登簽界面設(shè)置了四個(gè)文本框，分別為列車(chē)學(xué)生編號(hào)、列車(chē)車(chē)次、目的地編碼、密碼，需要列車(chē)駕駛員輸入完整信息，并輸入密碼驗(yàn)證的駕駛資格。驗(yàn)證成功，則可進(jìn)行下一步的操作；否則，點(diǎn)擊“重置”按鈕，重新輸入密碼進(jìn)行驗(yàn)證，如圖5所示。

在整備作業(yè)界面可顯示列車(chē)的網(wǎng)壓、網(wǎng)流、受電弓、空氣制動(dòng)狀態(tài)，以便學(xué)生能夠直觀的掌握列車(chē)的設(shè)置狀態(tài)，同時(shí)能夠進(jìn)行站點(diǎn)的設(shè)置。

在正線運(yùn)行作業(yè)界面，除了顯示列車(chē)網(wǎng)壓、網(wǎng)流、站點(diǎn)信息、時(shí)間、列車(chē)基本信息外，還顯示學(xué)生操作時(shí)間需要獲取的目的地信息、列車(chē)速度信息、輔助駕駛信息、駕駛模式及狀態(tài)監(jiān)控信息。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)利用交互設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)城市軌道列車(chē)虛擬駕駛控制臺(tái)的虛擬硬件空間布局、軟件界面的設(shè)計(jì)，使虛擬駕駛控制臺(tái)能夠滿足城市軌道列車(chē)共性的、基礎(chǔ)的、必要的基本操作訓(xùn)練，具有更好的人機(jī)交互功能，更利于高職院校的實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要。

參考文獻(xiàn)：

[1] 潘越.交互設(shè)計(jì)在電子產(chǎn)品中的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)探究[D].北京：北方工業(yè)大學(xué).2017：3.

[2] 曾巧抒.超以象外，虛實(shí)相生一汽車(chē)人機(jī)交互軟硬界面整合設(shè)計(jì)[D].湖南：湖南大學(xué)，2016：14.

[3] 段燕娜.人類(lèi)視覺(jué)特性立體視頻評(píng)價(jià)模型[D].吉林：吉林大學(xué).2013.

[4] 譚雪.鐵路自動(dòng)售票系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京：中國(guó)鐵道科學(xué)研究院.2016.

【通聯(lián)編輯：梁書(shū)】