城市軌道列車虛擬駕駛控制臺的交互設計

王軼 羅果 周舒

摘要：目前，城市軌道列車模擬駕駛系統的虛擬駕駛控制臺往往是根據某一車型設計的，并不適用于高職院校基礎性、通用性的實訓教學需求。而某些高職院校根據教學需要開發的虛擬駕駛控制臺，設計過于簡單，缺乏真實感、人與系統的交互性較差，影響了學生實訓教學的效果。利用交互設計技術對城市軌道列車虛擬駕駛控制臺的虛擬硬件界面、軟件界面進行設計，使虛擬駕駛控制臺能夠滿足城市軌道列車共性的、基礎的、必要的操作訓練，具有更好的人機交互功能。

關鍵詞：城市軌道列車；虛擬；駕駛控制臺；實訓教學；交互設計

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）08-0271-03

開放科學（資源服務）標識碼（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

隨著我國城市軌道交通行業的飛速發展，各大城市都將城市軌道列車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。城市軌道運營里程、列車數量的不斷增加，城市軌道交通運營企業對列車駕駛員的崗位需求也越來越大。為滿足這一需求，各大高職院校紛紛開設城市軌道列車駕駛專業，廣泛采用基于虛擬現實的城市軌道列車模擬駕駛系統對學生開展實訓教學。

目前，城市軌道列車模擬駕駛系統的虛擬駕駛控制臺往往是根據某一車型設計的，操作訓練的針對性較強，并不適用于高職院校基礎性、通用性的實訓教學需求。為解決這一問題，某些高職院校根據教學需要開發具有共性的、基礎的、必要的城市軌道列車虛擬駕駛控制臺，滿足學生的初級駕駛操作訓練。但這些虛擬駕駛控制臺的設計過于簡單，缺乏真實感、人與系統的交互性較差，也影響了學生實訓教學的效果。

2 交互設計的概念

交互設計的概念是比爾·莫格里奇20世紀90年代提出的[1]，“以人為中心”的交互設計設計理論。交互設計的設計對象可以是無形的軟件，如游戲、網頁和軟件系統，這類交互設計可稱為軟件交互設計；它也可以是實體產品，如家電、電子產品和汽車等，這類交互設計可以稱為產品交互設計。

產品交互設計，即“硬件”界面設計，以傳統工業設計為背景[2]，設計對象是針對人機交互的硬件部分，設計目標是優化用戶和設備的交互關系，最大限度地滿足用戶的需求。其設計的內容主要包括空間布局設計、操作部件設計、字體及色彩的設計等。

產品交互設計中，有一個重要的概念即“功能決定形式”，這一概念也同樣可以運用到軟件交互設計中。從某種意義上來說，軟件交互設計可以理解為“屏幕中的工業設計”或“屏幕中的產品交互設計”。其設計的內容主要包括信息結構設計、界面設計等。

3 虛擬硬件界面設計

虛擬駕駛控制臺的交互設計具有一定的特殊性，其操作界面中的按鈕、旋鈕、指示燈、操縱手柄等交互設備不是真實的硬件設備，而是通過軟件實現的，屬于虛擬硬件的范疇，但功能與設計要求須真實硬件設備一致。所以要運用產品交互設計技術，使虛擬駕駛控制臺的虛擬硬件界面布局更加合理，便于學生進行模擬駕駛訓練。

3.1 空間布局設計

在虛擬硬件界面設計中，空間布局設計是最為重要。要提高學生對虛擬硬件操作界面的視覺認知效率和精度，須根據人類視覺的最佳觀察方式來設計空間布局。經過相關研究發現，人水平面的雙眼視區大約在左右60度以內的區域，10度～20度之間為文字辨別區，5度～30度之間為字母辨別區，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，可以辨別特定的顏色[3]。所以，應將重要的顯示或操作面板設計在5度～30度的范圍內，該區域內用戶能夠清晰地識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。

其次，空間布局設計要滿足操作的方便性，即學生用手控制鼠標或鍵盤進行模擬駕駛操作時，能夠方便地進行操作。例如：中國人習慣于使用右手，右手較為靈活，適合進行較為復雜的操作，所以城市軌道列車的手動駕駛面板一般設置在右側，以滿足學生的操作習慣。

按最佳視覺范圍的設計原則，顯示屏、儀表面板作為虛擬駕駛控制臺重要的顯示和信息反饋界面應該放在居中的位置。按操作方便性的設計原則，手動駕駛控制面板應放置于虛擬駕駛控制臺的右側；主控制面板放置于虛擬駕駛臺的左側；ATO控制面板主要用于操作列車自動控制顯示屏，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；門控制面板將按左右門的控制面板分別放置在左右側的下方，如圖2所示。

3.2 操作部件、字體及色彩的設計

為達到虛擬駕駛控制臺對學生的真實感和沉浸感的需求，給學生以真實駕駛的體驗和感受，虛擬駕駛控制臺的硬件操作界面中的操作部件的形態、字體及色彩設計應與實體駕駛控制臺一致。

4 軟件界面設計

列車的狀態信息主要是通過虛擬駕駛控制臺上的顯示屏反饋給學生，顯示屏的信息交互設計是否科學合理，對學生能否全面、安全進行駕駛操作具有重大意義。

4.1 信息結構設計

對于虛擬駕駛控制臺顯示屏的交互設計，信息結構設計是非常重要的一環。進行信息結構設計是為了通過對用戶操作流程和系統反饋信息之間交互流程的研究，對信息結構進行進一步的優化、選擇和組織[4]。首先，根據學生駕駛實訓的一次乘務作業的操作標準，對其操作的過程進行了分析；然后，根據學生的操作需求確定信息結構及界面設計。

4.1.1 學生實訓的操作流程

按照一次乘務作業的操作標準應包括登簽、整備作業、正線運行等三個流程，如圖3所示。

4.1.2 信息的架構

登簽界面主要是激活列車后，依次輸入學生編號、列車車次、目的地編碼、密碼等信息。

整備作業是城市軌道列車運行前，學生檢查駕駛控制臺上的設備是否狀態良好。需要獲取受電弓狀態、電壓狀態、列車空氣制動狀態等信息，并進行站點設置。

正線運行是學生操作虛擬城市軌道列車投入正常的運行。需要獲取目的地信息、列車速度信息、輔助駕駛信息、駕駛模式及狀態監控信息、時間等信息，如圖4所示。

4.2 界面的設計

界面的設計是指列車顯示屏信息界面的組織和排列方式，須根據信息的內在聯系對圖形、文字進行分組和歸納，對其擺放的位置進行合理的安排，使其按照信息的內在聯系進行有序地排列，呈現給用戶一個科學、合理、有序的視覺效果。根據信息結構圖，信息結構第一層級上的有三項：登簽、整備作業、正線運行，這三項對應了虛擬駕駛控制臺列車顯示屏提供的三項基本功能。

在登簽界面設置了四個文本框，分別為列車學生編號、列車車次、目的地編碼、密碼，需要列車駕駛員輸入完整信息，并輸入密碼驗證的駕駛資格。驗證成功，則可進行下一步的操作；否則，點擊“重置”按鈕，重新輸入密碼進行驗證，如圖5所示。

在整備作業界面可顯示列車的網壓、網流、受電弓、空氣制動狀態，以便學生能夠直觀的掌握列車的設置狀態，同時能夠進行站點的設置。

在正線運行作業界面，除了顯示列車網壓、網流、站點信息、時間、列車基本信息外，還顯示學生操作時間需要獲取的目的地信息、列車速度信息、輔助駕駛信息、駕駛模式及狀態監控信息。

5 結語

通過利用交互設計技術對城市軌道列車虛擬駕駛控制臺的虛擬硬件空間布局、軟件界面的設計，使虛擬駕駛控制臺能夠滿足城市軌道列車共性的、基礎的、必要的基本操作訓練，具有更好的人機交互功能，更利于高職院校的實訓教學需要。

參考文獻：

[1] 潘越.交互設計在電子產品中的應用與發展趨勢探究[D].北京：北方工業大學.2017：3.

[2] 曾巧抒.超以象外，虛實相生一汽車人機交互軟硬界面整合設計[D].湖南：湖南大學，2016：14.

[3] 段燕娜.人類視覺特性立體視頻評價模型[D].吉林：吉林大學.2013.

[4] 譚雪.鐵路自動售票系統交互設計與實現[D].北京：中國鐵道科學研究院.2016.

【通聯編輯：梁書】