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基于人机交互理论的铁路客车内部环境设施设计研究

来源:用户上传      作者: 李怀仙  胡小庆

  摘要:为改善铁路客车的乘车环境,优化车厢内环境设施与用户之间的人机界面交互关系,文章采用了对乘客进行访谈与问卷相结合的调查方法,对目前车厢内的环境设施的操作使用界面、心理感知界面进行了详尽的调查与统计。分析了目前铁路客车内部环境设施中存在的人机界面交互问题,乘客对未来设计的期待,并结合设计心理学和人机交互理论设计理论,提出铁路客车环境设施人机交互界面设计的关键问题,为设计师提供相应的设计原则和方法。
  关键词:铁路客车 设施 人机界面 设计
  铁路客车是居首位的五大交通工具之一,具有快速、安全、节能和环保的特点。为了增强铁路与公路、水运和航空运输的竞争能力,在提高旅客列车运行速度缩短旅行时间的同时,必须改善乘车条件以满足发展的要求。在铁路客车环境中,改善乘车条件实际上就是优化车厢内环境设施与最终用户之间的人机界面关系。
  本文从调查出发,调查最终乘客用户和列车员用户的人机界面操作及评价,在设计心理学的行动理论、知觉操作理论、认知理论和设计生理学的理论指导下,发现乘客和列车员用户对客车环境设施的人机交互界面设计的需求,形成铁路客车车厢人机交互界面舒适性设计原则。
  一、用户设计调查
  (一)用户设计调查理论依据
  本文采用对车厢最终使用用户访谈调查的方法,对所涉及的操作、使用细节和生理心理感受进行细致深入的调查,以期获得对设计创新活动有帮助的信息。
  动机心理学的行动理论认为,“行动是在目的指导下的、有意识的、有计划和打算的行为”。[1]包括图1所示的四个阶段。
  旅客乘车行动包括四个理性阶段:建立乘车意图、制定计划、具体实施,评价和结束。对本研究来说,用户的乘车行为主要涉及以下三个问题:1、用户借助什么设施来完成其行动?2、这些设施如何使用?3、这些设施使用起来怎么样?
  知觉心理学认为,环境心理感受是人通过感知对环境所形成的情绪感受和判断。这种感受和判断主要有:一,对视觉、触觉、听觉等感官获得的信息形成的直接情感反应和判断。二,把感知到的信息进行各种认知处理,将认知感受与情绪或感情联系在一起,形成感情反应和判断。本文主要研究用户的知觉感受和认知心理感受,即设施和环境看上去、听起来、摸着、闻起来如何?形成了什么样的情感反应和判断?[2]
  (二)乘客访谈调查
  根据以上理论,本文对10名乘客和5名列车员进行了人机交互操作和心理感知判断的访谈调查。访谈调查的对象和问题,得到包括经验丰富的乘客、列车员、车辆工程专家、心理学专家共12人认可。调查问题如表1。调查总结如下:
  在认知操作方面:各种操作的视觉标识寻找费力,难以看到;门把手开关等设施操作简单,能完成;入口狭窄,易堵塞,带行李登车困难;过道偏窄,大件行李不易通过;行李架过高,难以将大件行李放上去;开水炉的放置处让让有警戒心理,厕所和洗手间感觉难以忍受,看起来非常不洁净,不愿意使用门把手、水龙头;垃圾箱放置位置不妥;带孩子乘车非常不便。座位底下不易清洁,靠侧墙的椅子缝隙不易清洁,现有的厕所和洗手间的设计常常让水珠等残留在台/地面上,导致不清洁。在心理情绪感知方面:色彩单一,感觉沉闷,形态过时;车内空气觉得沉闷,不舒服;座椅长时间乘坐非常不舒服,没有个人空间,相互干扰严重。
  (三)乘客问卷调查
  问卷调查是访谈调查的补充,在本次调查中共发放500份,收回410份,其中40份由于明显与事实不符,视为废卷不列入统计结果。370份有效问卷的统计结果如表2。
  在对现有硬座客车的主观评分中,以0分(难以忍受)至5分(十分舒适)作为评分标准,受访者给出的平均分数仅有1.833分,说明对现有的铁路客车并不舒适,主要问题表现如下:
  首先,通过调查反映出最为明显和严重的问题是就是座椅,100%的调查受访者在乘坐硬座后,身体各部位出现不同程度的不适感。座椅是车厢中不可缺少的重要组成部分,直接关系到乘坐舒适性。
  其次,受访者中的92%表示在上下车不方便,而其中有超过40%的乘客几乎每次上下车都遇到过困难。有54%的乘客出现过因行李过于重大,无法放上行李架;有45%乘客遇到过行李从行李架上掉下来的情况。对于车内空气情况,有86%认为空气闷,97%表示车内有异味。有95%的乘客在使用开水炉的过程中与人发生过碰撞;89%的乘客认为使用厕所感到不便,表现为扶手和放置物品不便;96%的乘客在使用洗手池的过程中衣物被溅水,主要是水龙头设计不当。
  二、铁路客车车厢环境设施人机交互界面设计原则
  (一)车内设施人机交互操作界面设计原则
  1.设计必须全面考虑乘客的使用目的和使用环境。这关系到用户的操作方式,它为操作面形状设计提出了基本要求。相关的问题有:用户使用单手操作还是双手操作?操作姿势是什么?怎样减少噪音?怎样避免人体伤害事故?这些问题对不同的操作面都要独立考虑相关因素来解决实际的设计问题。例如,第一,乘客在使用热水炉的时候是单手操作还是双手操作?一般乘客要一手持杯子,一手操作开关,是单手操作,特殊乘客(老年人、带孩子的乘客等)对操作界面和形状提出了更高的设计要求。[3]第二,乘客在操作热水炉开关的时候采用什么姿势?根据人机工程学的要求,人在直立不弯腰的状态下操作,手部的动作需要是简单的动作“按压”,其次是“推拉”,旋转则是较次的选择。第三,怎样减少操作噪音?在水龙头设计中要考虑出水速度来减少出水噪音,开关设计无音操作。第四,怎样避免人体伤害事故?[4]热水炉的伤害事故主要是烫伤事故,在高频率人过往的车辆空间里,不应安装在主过道边缘,应留出一个人的使用空间,以免事故和干涉主过道的过往行人。
  2.设计必须考虑动态操作行动过程,解决可用性问题。设计应当给每一步操作提供对操作有利的条件,完成一个动作能顺利自然的过渡到下一个动作。每一步的操作有利条件的设计应当满足如下要求:第一,符合用户的生理特性。操作界面的大小,形状,安装高度。第二,要满足用户的操作心理。操作位置要在用户的视野范围之内,提供明确的操控手段指示等。第三,要符合用户的操作行动。按照操作心理的6个阶段,提供相应的行动引导条件,即给予图标提示进行意图引导,外观结构提示给予计划引导,形状提示动作引导,操作反馈信息给予感知反馈引导,认知引导和选择引导。第四,设计应当具有容错性。例如,设计门把手开关两个方向都能够完成任务。允许乘客在错误操作后能恢复正常。   3.给用户提供操作信息。主要是操作方式、操作过程和操作反馈信息。操作方式有把手、按钮、旋钮、推拉等。操作反馈信息如判断门是否被反锁等。
  (二)车内环境人机交互心理感知界面设计原则
  1.设计应满足乘客的审美心理。首先,设计应符合形态美感设计原则。形态美感是在满足环境设施物质功能的前提下,符合形态美感原则,如对称、重复和韵律、多样统一等原则。[5]其次,在空间环境各设计元素的中,色彩对人的影响具有决定性和整体性的特征,色彩设计的任务是将一个空间内的所有颜色对人的影响做综合专业的分析。研究表明,人长时间处于低对比度,强光、低反差,或大面积、高色密度刺激的环境里,容易导致严重的视觉疲劳。设计应运用色彩学的放大与补偿理论,尽可能地减轻乘客的负面情绪,减少错误的色彩设计对人眼和器官造成的冲击,避免乘客视觉障碍,精神集中困难和乏力等状况的发生。人的色彩感知力对色彩组合产生积极或消极的心理作用,取决于色彩的浓度和对比度、比例、表面相对量以及空间内部色彩表面的位置。空间色彩设计的目标是找到以上各色彩元素在视觉上的平衡并在色彩安排上融为一体,避免产生一个有压力的环境,通过色彩制造微妙刺激,平衡缺乏刺激和过度刺激。[6~8]
  2.座椅人机交互设计应符合生理和心理舒适度原则。调查结果显示,现有座椅由于其布局的限制,椅面与靠背呈90度,乘客腰背部无法分担腰椎压力,需要大量的肌肉活动来维持腰部的弧形。其次。由于两座椅间的距离太窄,乘客没足够的空间对腿脚进行放松,使得62%的乘客在乘坐后腿部出现不适。座椅椅面的填充物较少、没有扶手、靠背部分对肩胛部分支撑不足、都使得乘客在生理上的乘坐体验大大降低。
  心理舒适度是指个人空间和心理安全感。心理学家沙姆提出了个人空间的概念,认为个人空间起着自我保护的作用,是针对来自情绪和身体两方面潜在危险的缓冲圈。个体之间在进行交往时通常保持一定的距离,这种距离受到个体之间由于相容关系不同而产生的情感距离的影响。人类学家霍尔将人际距离分为4种:密切距离(0-0.45m)、个人距离(0.45-1.20m)、社会距离(1.20-3.60m)和公共距(3.60m-7.60m)。在3+2布局的座位车厢中,个人空间的横向距离分别为140/3=46[8]将乘客之间的距离压缩在了霍尔所定义的密切距离中,小于个人空间,在此距离上双方均可感受到对方的气味、呼吸、辐射热,在公共场合与陌生人处于这一距离时会产生严重的不安,而没有扶手,头枕等物品辅助划分割个人空间,乘客个人空间会有严重的被侵犯感,私密性不足,从而导致应激反应过度唤醒,使得乘坐心里舒适度降低。
  在设计中可以采取如下措施来改善乘坐心理舒适度:增加扶手、头枕等辅助设施对个人乘坐空间进行软分割;减少座位数量,加大横向个人空间;采用顺向排列的座位排列方式代替面对面的排列方式。
  结论
  铁路客车座位车厢里环境设施设计应从人机交互操作界面和乘客心理感知界面两个层面入手,了解掌握乘客在乘车过程中的实际操作过程以及对车内环境设施的感知与期待,对车内环境及设施进行符合用户期待的设计。第一,设计应考虑乘客的使用目的和使用环境;第二,设计应考虑乘客的动态操作过程;第三,设计应给乘客提供操作提示信息;第四,设计应考虑乘客的审美心理;第五,设计应考虑乘客的生理心理舒适度。
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