摘要：紅綠燈控制交叉口交通狀況復(fù)雜，司機(jī)無法明確獲取或判斷各類交通信息，導(dǎo)致交叉口成為了交通事故和違章的多發(fā)路段，不過平視顯示器（HUD）技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用為此提供相應(yīng)的解決方案。本文基于平視顯示器技術(shù)，采用問卷調(diào)查、情景設(shè)定以及場景分析等方法，明確了紅綠燈控制交叉口駕乘人員典型需求，并在此基礎(chǔ)上完成了相應(yīng)界面的交互原型設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：紅綠燈交叉口;平視顯示器;交互設(shè)計(jì)

1 引言

道路交叉口是交通流的交匯點(diǎn)，也是整個(gè)路網(wǎng)交通沖突最為集中、交通流狀態(tài)頻繁變化的路段，由此導(dǎo)致道路交叉口成為了交通事故和違章的多發(fā)路段。為了提升交通安全水平，當(dāng)前通常采用紅綠燈對交叉口的來往車輛以及人員進(jìn)行引導(dǎo)和控制。但是，由于紅綠燈控制交叉口交通狀況復(fù)雜，司機(jī)在信息接收、識別以及判斷方面存在各種問題，導(dǎo)致交叉口事故率依舊居高不下。因此研究如何提升司機(jī)交叉口信息接收效率，降低司機(jī)誤判將對改善交叉口交通安全具有重要作用。平視顯示器（Head Up Display，HUD）技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用可為此問題提供相應(yīng)的解決方案。

近年來，隨著硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展以及市場接受度的提高，平視顯示器技術(shù)在汽車行業(yè)普及率越來越高，其功能也從最初只顯示車輛運(yùn)行狀態(tài)擴(kuò)展到涵蓋導(dǎo)航、安全駕駛輔助以及車載娛樂等各個(gè)方面。但是隨著功能的增加，駕駛員接收的信息也越來越多，為了防止駕駛員發(fā)生信息過載，無法及時(shí)判斷重要信息導(dǎo)致產(chǎn)生安全隱患，需要從交互設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行不同場景下平視顯示器的界面設(shè)計(jì)。本文針對紅綠燈控制交叉口的典型需求進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的HUD交互設(shè)計(jì)方案。

2 紅綠燈控制交叉口典型問題分析

采用問卷調(diào)查的方法紅綠燈控制交叉口駕駛問題進(jìn)行調(diào)查，得到200份有效問卷。通過對主要問題進(jìn)行分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)共有以下5個(gè)方面痛點(diǎn)。

2.1停車時(shí)超出規(guī)定的停車線

許多司機(jī)尤其是新手司機(jī)（此問題出現(xiàn)占新手司機(jī)的43%左右）誤認(rèn)為剩余綠燈時(shí)間車輛可通過停止線，無需減速，最終因綠燈時(shí)間不夠而發(fā)生緊急制動(dòng)行為，導(dǎo)致最終車輛停止時(shí)超出停車線，因此被電子眼拍到，按照闖紅燈進(jìn)行扣分繳納罰款處理。

2.2紅綠燈沒有倒計(jì)時(shí)提醒

當(dāng)車輛因紅燈停在路口時(shí)，由于大部分路口沒有倒計(jì)時(shí)，導(dǎo)致司機(jī)無法直觀判斷等待時(shí)長。從而出現(xiàn)瀏覽手機(jī)或和車內(nèi)其他人聊天等情況。導(dǎo)致在紅燈轉(zhuǎn)綠燈時(shí)，司機(jī)沒有及時(shí)看到。這種情況會(huì)一方面會(huì)影響道路暢通，另一方面也會(huì)被后面司機(jī)鳴笛提醒，造成一定不良影響。此外，由于被后面司機(jī)催促，導(dǎo)致前車司機(jī)下意識猛踩油門，還會(huì)可能危及交通安全。

2.3無法準(zhǔn)確預(yù)測車距，導(dǎo)致追尾

追尾是所有車禍中發(fā)生頻率最高的，每天在全國各地至少有一百多起追尾事 件發(fā)生，最嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)造成連環(huán)追尾，車毀人亡的悲慘事故。2015年5月13日在山西忻州某十字路口處，因后方車輛駕駛員沒有準(zhǔn)確預(yù)測車距，導(dǎo)致6車連環(huán)追尾。行車間距和后車車速是追尾事故發(fā)生最重要的原因。

2.4行人與非機(jī)動(dòng)車提醒

紅綠燈路口交通狀況復(fù)雜，交通參與主體較多，一般包括機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車以及行人，并且由于我國非機(jī)動(dòng)車和行人交通安全意識較差，闖紅燈、逆行等行為多有發(fā)生，導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車與非機(jī)動(dòng)車和行人間交通事故較多。調(diào)查表明，近70%發(fā)生過交通事故的司機(jī)都與非機(jī)動(dòng)車，如自行車、電動(dòng)車、發(fā)生過碰撞、刮擦等事故。

2.5長時(shí)間開車出現(xiàn)疲勞駕駛

疲勞駕駛也是車禍發(fā)生的高頻率原因之一。特別是在紅綠燈路口，由于疲勞駕駛， 沒有注意到左右轉(zhuǎn)向的車輛，從而發(fā)生碰撞和追尾事故。所以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行提醒，可以預(yù)防過度疲勞駕駛而引發(fā)的車禍。

3 紅綠燈控制交叉口駕乘人員典型需求

在紅綠燈控制交叉口典型問題總結(jié)分析的基礎(chǔ)上，采用情景設(shè)定的方法，形成具體場景情節(jié)，建立模型，并依據(jù)模型進(jìn)行主要場景原型設(shè)計(jì)。

本文構(gòu)建了三個(gè)場景，分別是疲勞駕駛條件下紅綠燈交叉口的追尾事故場景，無法預(yù)估綠燈剩余時(shí)間能否通過停止線導(dǎo)致的闖紅燈場景，紅燈無倒計(jì)時(shí)導(dǎo)致信息缺失的場景。并分別以此為基礎(chǔ)進(jìn)行平視顯示器（HUD）交互界面信息要素梳理。

通過場景分析及模型建立，總結(jié)出駕乘人員典型需求，主要包括：紅綠燈提示與檢測，車輛與停止線之間位置關(guān)系提示與檢測，兩輛車通過紅綠燈路口提示與檢測。

采用場景→動(dòng)作→思考→感情→HMI IDEA路徑再對上述三種具體需求場景分析，從而提出原型邏輯依據(jù)。以紅綠紅綠燈提示與檢測場景為例進(jìn)行需求分析。

通過場景分析，對交叉口駕駛員需接收的信息要素進(jìn)行梳理，平視顯示器（HUD）界面需要提供信息包括：車輛實(shí)時(shí)車速;交叉口紅綠燈實(shí)時(shí)信息（亮燈狀態(tài)、倒數(shù)秒數(shù)）;車輛與交叉口距離信息;停止線位置及車輛與停車線的相對位置狀態(tài);與相鄰車輛的相對位置及間距安全狀態(tài)。

4 基于典型需求的平視顯示器（HUD）交互設(shè)計(jì)方案

根據(jù)平視顯示器（HUD）界面信息要素確定交互界面設(shè)計(jì)方案，各種信息要素均以可視化的方式呈現(xiàn)。可視化設(shè)計(jì)元素組成如下。

車輛實(shí)時(shí)車速：儀表盤圖案實(shí)時(shí)顯示車速。

交叉口紅綠燈實(shí)時(shí)信息（亮燈狀態(tài)、倒數(shù)秒數(shù)）：以紅、黃、綠色圓形表示紅黃綠等，交叉口亮燈相應(yīng)顏色上方顯示倒數(shù)秒數(shù)表示該燈亮起;停車等待綠燈時(shí)，如果紅燈倒計(jì)時(shí)小于等于5秒時(shí)，秒數(shù)數(shù)字變大且變?yōu)榧t色。

車輛與交叉口距離信息：以文字顯示。

停止線位置及車輛與停車線的相對位置狀態(tài)：以停車線及車輛圖形顯示，并實(shí)時(shí)更新位置及相對位置狀態(tài)，根據(jù)相對位置遠(yuǎn)近分別采用灰色和紅色表示車輛能否安全通過停止線。

與相鄰車輛的相對位置及間距安全狀態(tài)：以兩輛車輛圖形顯示，并實(shí)時(shí)更新位置及相對位置狀態(tài)，根據(jù)相對位置遠(yuǎn)近分別采用黃色、藍(lán)色和紅色表示車輛間距安全狀態(tài)。

在上述可視化元素設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，三種典型需求下的平視顯示器（HUD）交互設(shè)計(jì)方案見圖4.1。具體分析如下。

4.1紅綠燈檢測與提示

根據(jù)單一車輛行駛，車輛如何檢測和得到紅綠燈提示，分別分為四種情形。顯示布局上，紅綠燈信息顯示在HUD顯示器左側(cè)。

主要包括以下幾種情況：

汽車距離紅綠燈2000米及以上時(shí)，汽車HUD并沒有具體信號燈信息，上面表盤只有速度儀，如圖4.1a。

汽車距離紅綠燈1500～2000米，汽車HUD有具體信號燈信息和距離紅綠燈的具體距離。同時(shí)有速度儀。

汽車距離紅綠燈1500米以內(nèi)，汽車HUD有具體信號燈信息和距離紅綠燈的具體距離，還兼具紅綠燈的秒數(shù)，路口何種顏色的信號燈亮，則秒數(shù)在何種信號燈上方，同時(shí)有速度儀，如圖4.1c。

汽車1距離紅綠燈0米，汽車HUD有具體信號燈信息和距離紅綠燈的具體距離，還兼具紅綠燈的秒數(shù)。秒數(shù)在哪個(gè)紅黃綠燈上方，當(dāng)秒數(shù)倒計(jì)時(shí)小于5秒時(shí)，倒計(jì)時(shí)會(huì)變大，并且變?yōu)榧t色，則現(xiàn)在路口就是哪個(gè)信號燈在亮，同時(shí)有速度儀，如圖4.1b。

4.2車輛與停止線之間位置關(guān)系提示與檢測

導(dǎo)致闖紅燈現(xiàn)象出現(xiàn)的一個(gè)主要原因是司機(jī)無法準(zhǔn)確判斷紅綠燈信號時(shí)間和車輛與停止線距離之間的關(guān)系，導(dǎo)致司機(jī)沒有及時(shí)減速或意欲加速通過紅綠燈，最終導(dǎo)致車輛越過停止線，發(fā)生闖紅燈的違章行為。因此，車輛與停止線的位置關(guān)系提示與檢測與紅綠燈的提示和檢測是息息相關(guān)的。其原型的建立以紅綠燈信號變化為基準(zhǔn)。主要包括：行車過程中一直為紅燈，先紅燈后綠燈，一直綠燈，先綠燈后紅燈四種情況，其中先綠燈后紅燈的情況最容易發(fā)生闖紅燈的問題。顯示布局上，車輛與停車線之間的關(guān)系圖在HUD顯示器的右側(cè)，紅綠燈信息位于左側(cè)，如圖4.1。

當(dāng)汽車距停車線較近，且紅燈剩余時(shí)間較長時(shí)，HUD界面顯示車輛與停止線之間的位置，同時(shí)提醒司機(jī)進(jìn)行減速操作，如圖4.1e。

當(dāng)汽車1與停車線距離為0，且紅燈亮起時(shí)，HUD界面顯示紅燈剩余時(shí)間，并在紅燈變?yōu)榫G燈時(shí)提醒司機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)操作，如圖4.1b。

當(dāng)汽車距停車線較遠(yuǎn)，且綠燈剩余時(shí)間較短，車輛無法通過交叉口時(shí)，HUD界面提醒司機(jī)進(jìn)行減速操作，如圖4.2f。

4.3兩輛車通過紅綠燈路口提示與檢測

車與車之間的安全距離，一直也是需要關(guān)注的重點(diǎn)，該部分原型以兩輛車為基數(shù)，描述兩輛車在紅綠燈路口時(shí)HUD原型顯示圖。顯示布局上，兩車之間的位置狀態(tài)圖和停車線在HUD顯示器的右側(cè)，紅綠燈信息位于左側(cè)位置。見圖4-1。

汽車2距汽車1在2000米以外，則HUD不會(huì)顯示兩車之間的俯視圖，僅顯示紅綠燈信息。見圖4-1a。

汽車2距汽車1在2000米以內(nèi)，HUD顯示兩車之間的俯視圖，并以黃色色塊表示兩車位置狀態(tài)，同時(shí)顯示紅綠燈信息。見圖4-1b。

汽車2距汽車1在2000米以內(nèi)，200米以外，HUD顯示兩車之間的俯視圖，并以藍(lán)色色塊表示兩車位置狀態(tài)，同時(shí)顯示紅綠燈信息。見圖4-1c。

汽車2距汽車1在200米以內(nèi)，HUD顯示兩車之間的俯視圖，并以紅色塊表示兩車處于易追尾的危險(xiǎn)狀態(tài)，同時(shí)顯示紅綠燈信息。見圖4-1d。

5 研究展望

本文只針對紅綠燈控制交叉口條件下三種需求進(jìn)行了研究，實(shí)際交通情況其實(shí)更為復(fù)雜。隨著車路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展，車與車之間，車與基礎(chǔ)設(shè)施之間，車與其他交通參與者之間會(huì)發(fā)生更多的信息交換，司機(jī)也將面臨更加繁雜的信息，HUD作為司機(jī)獲取信息的重要載體，如何更好地對其進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，從而方便司機(jī)快速、準(zhǔn)確的獲取和判斷信息值得進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭潤玉，符鋅砂.道路平面交叉口交通事故主成因分析研究[J].公路與汽運(yùn)，2012，（6）：53-57.

作者簡介

王亞娜（1990.04-），女，漢族，河南鄭州人，碩士研究生，助教，研究方向：智能產(chǎn)品、交互設(shè)計(jì)、服務(wù)設(shè)計(jì)等。