謝 恬 陳 穎 馮祥瑞 王凌云 張洪銘

（1.江蘇海洋大學(xué)教務(wù)處，江蘇 連云港 222005；2.江蘇海洋大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005）

0 引言

近年來，電子商務(wù)中的現(xiàn)代物流派送已經(jīng)成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，引起了全社會(huì)關(guān)注，人工智能也逐漸在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用[1]。高校內(nèi)的師生員工是十分龐大的網(wǎng)購(gòu)客戶群體，校內(nèi)包裹配送隨之成為當(dāng)下師生員工的必然選擇。為了維護(hù)校園秩序，防止因派送人員的不安全行為、派送車輛的不安全狀態(tài)、派送環(huán)境的不安全條件以及管理缺陷導(dǎo)致事故發(fā)生，大多數(shù)院校只允許將物流送至校內(nèi)固定地點(diǎn)，導(dǎo)致每天各個(gè)配送點(diǎn)都存在大量滯留和遣返的物流包裹，給消費(fèi)者和物流公司都帶來了不便，校園內(nèi)物流派送成為當(dāng)前快遞行業(yè)面臨的一個(gè)難點(diǎn)問題[2]。為解決這一難題，高校內(nèi)大量引入了物流派送無(wú)人車，無(wú)人車因其靈活機(jī)動(dòng)特性和高效空余時(shí)間利用特性，可以充分代替人工完成“最后一公里”的快遞派送任務(wù)，已逐漸成為高校內(nèi)物流派送的重要力量。

然而，物流派送無(wú)人車正處于發(fā)展階段，其作業(yè)安全性還有待商榷[3-4]。2021年10月9日，北京順義發(fā)生一起私家車與無(wú)人配送車碰撞事故，其主要原因是無(wú)人車沒有在機(jī)動(dòng)車道行駛。高校內(nèi)部交通組織相較外界環(huán)境有些混亂，如私家車、食堂配菜、超市送貨、快遞物流、學(xué)生電動(dòng)車等各類車輛無(wú)序行駛情況較多，給無(wú)人車安全行駛過程增加了困難。此外，無(wú)人車還經(jīng)常發(fā)生無(wú)法識(shí)別前方障礙物、無(wú)法識(shí)別路面塌陷或積水、無(wú)人車碰撞自燃等其他事故。李川鵬和王秀旭[5]對(duì)低速無(wú)人車發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析歸納，指出當(dāng)前無(wú)人車法律屬性不清晰，交管部門尚未將其納入監(jiān)管范疇，管理體系有待進(jìn)一步完善，同時(shí)無(wú)人車在復(fù)雜環(huán)境下的技術(shù)成熟度還需提升。趙國(guó)富等[6]指出目前無(wú)人車在作業(yè)過程中無(wú)法因地制宜，同時(shí)其信息交互問題對(duì)老年人等特殊人群考慮不足，會(huì)影響作業(yè)安全性。Salonen[7]從交通安全、車輛安全和應(yīng)急管理三方面針對(duì)人對(duì)無(wú)人車和傳統(tǒng)公交車的主觀安全體驗(yàn)展開調(diào)研，發(fā)現(xiàn)無(wú)人車的車輛安全帶給人的感受要比傳統(tǒng)車輛差很多，表明了人們對(duì)于無(wú)人車輛安全性的擔(dān)憂。Blau等[8]采用Logit模型分析無(wú)人車對(duì)非機(jī)動(dòng)車道路使用者的影響，研究發(fā)現(xiàn)在機(jī)動(dòng)車交通流量和速度增加的情況下，無(wú)人車選擇占用非機(jī)動(dòng)車道的概率會(huì)成倍增大，影響非機(jī)動(dòng)車道安全性。王秋惠和趙瑤瑤研究了醫(yī)院藥品托運(yùn)機(jī)器人作業(yè)過程，發(fā)現(xiàn)通過掌握作業(yè)過程失誤因素，改善人、機(jī)和環(huán)境之間關(guān)系，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能有效提高機(jī)器人作業(yè)安全性。

粗糙集-層次分析法（RAHP）是在層次分析法（AHP）的基礎(chǔ)上運(yùn)用粗糙集理論進(jìn)行改進(jìn)的一種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法[9-10]，運(yùn)用該方法可以通過粗糙數(shù)和粗糙邊界區(qū)間改善層次分析法中專家經(jīng)驗(yàn)賦權(quán)的主觀性，提高決策權(quán)重的客觀準(zhǔn)確性，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)各影響因素的分析判斷。高鋒陽(yáng)等[11]運(yùn)用RAHP方法對(duì)城軌車輛電氣系統(tǒng)設(shè)備故障率進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以此為電氣系統(tǒng)運(yùn)維策略制定提供參考。王春杰等[12]運(yùn)用RAHP方法對(duì)車輛裝備保障方案進(jìn)行了理論分析，為方案優(yōu)選提供了新的方法。

因此，本文以高校物流派送無(wú)人車為研究對(duì)象，對(duì)其作業(yè)流程及“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出物流派送無(wú)人車作業(yè)安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)用粗糙集-層次分析法對(duì)作業(yè)安全影響因素開展量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，探討作業(yè)過程的安全設(shè)計(jì)原則，以期為保障高校內(nèi)物流派送無(wú)人車安全作業(yè)提供參考。

1 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全設(shè)計(jì)研究流程及分析

1.1 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全設(shè)計(jì)研究流程

基于安全人機(jī)工程學(xué)理論，分析高校內(nèi)物流派送無(wú)人車在“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，獲取無(wú)人車在作業(yè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)隱患因素并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分類，構(gòu)建人、機(jī)器、環(huán)境三方面層次分析模型。采用粗糙集-層次分析法組合賦權(quán)對(duì)影響因素權(quán)重進(jìn)行計(jì)算和排序，確保設(shè)計(jì)原則和實(shí)踐一致性的實(shí)現(xiàn)。研究流程如圖1所示。

1.2 作業(yè)流程分析

高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)流程如圖2所示。無(wú)人車應(yīng)經(jīng)過預(yù)定好的路徑進(jìn)行自主導(dǎo)航和避障，同時(shí)要配備高精度傳感器和GPS設(shè)備等裝置，確保其行駛的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。此外，為避免與其他車輛或行人發(fā)生碰撞，還應(yīng)設(shè)置多種安全預(yù)警系統(tǒng)，如聲音、震動(dòng)、光線等提示方式。作業(yè)結(jié)束后，需要對(duì)無(wú)人車進(jìn)行檢查和維護(hù)，及時(shí)修復(fù)或更換損壞的零部件。在整個(gè)作業(yè)流程中，無(wú)人車必須能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境，及時(shí)調(diào)整速度、避讓障礙物、暫停或停止運(yùn)行，以確保行駛安全。此外，所有相關(guān)人員都應(yīng)接受嚴(yán)格培訓(xùn)，了解并遵守?zé)o人車的相關(guān)規(guī)定和操作流程，確保作業(yè)過程中不會(huì)引發(fā)安全事故。通過以上各項(xiàng)措施，可以有效提高無(wú)人車的作業(yè)安全性和穩(wěn)定性，為物流派送等應(yīng)用場(chǎng)景提供更加便捷、高效和安全的服務(wù)。

圖2 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)流程

1.3 “人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)分析

物流派送無(wú)人車“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)分析如圖3所示。

圖3 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)模型

以人（包括師生員工）為視角，其任務(wù)信息處理過程可分為“感知（S）—認(rèn)知（O）—反應(yīng)（T）”三個(gè)階段，事故的發(fā)生與否取決于人在處理任務(wù)時(shí)的行為性質(zhì)。由于配件人員長(zhǎng)期處于高負(fù)荷工作狀態(tài)下，其對(duì)信號(hào)的感知會(huì)受到影響。而無(wú)人車存取界面與功能分配不當(dāng)，則會(huì)增加認(rèn)知負(fù)荷，進(jìn)而影響到其認(rèn)知記憶的形成，導(dǎo)致無(wú)人車無(wú)法正常運(yùn)作。另外，取件人由于個(gè)人情緒的波動(dòng)，可能會(huì)做出誤操作等行為，或?qū)е聼o(wú)人車遭到蓄意破壞。

從無(wú)人車的角度來看，其功能、信息顯示、信息識(shí)別、人機(jī)交互操作流程以及內(nèi)部控制系統(tǒng)等都可能影響到配件人員和取件人員的操作行為。無(wú)人車內(nèi)部零部件眾多，部件老化、腐蝕等因素會(huì)引起零件之間協(xié)調(diào)失效，導(dǎo)致作業(yè)故障。

從環(huán)（學(xué)校環(huán)境）的角度出發(fā)，高校內(nèi)作業(yè)環(huán)境為校內(nèi)道路，教學(xué)樓、宿舍樓布局復(fù)雜，給運(yùn)輸過程中的路徑規(guī)劃、避障模式以及箱體密封性等帶來了挑戰(zhàn)。高校內(nèi)師生員工多，人流量大，無(wú)人車在派送過程中容易與行人發(fā)生碰撞，也會(huì)因突然出現(xiàn)的人或物影響作業(yè)。因此，需要考慮到無(wú)人車在不同路段、天氣條件下的行駛安全問題，設(shè)置相應(yīng)的限速、禁行區(qū)域等措施，并配合相關(guān)部門對(duì)道路和設(shè)施進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，為無(wú)人車的行駛創(chuàng)造更加安全的環(huán)境。

1.4 作業(yè)安全潛在風(fēng)險(xiǎn)分析

通過對(duì)高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)流程及“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)分析，總結(jié)其“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)，如表1所示。

表1 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全潛在風(fēng)險(xiǎn)

2 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全影響因素模型

2.1 作業(yè)安全影響因素層次分析模型

根據(jù)上述高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全分析，通過專家小組討論將作業(yè)過程中存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行聚類與精簡(jiǎn)，建立高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全影響因素層次分析模型，如圖4所示。

圖4 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全影響因素模型

2.2 作業(yè)安全影響因素權(quán)重計(jì)算

粗糙層次分析法就是將粗糙集理論中的粗糙數(shù)與粗糙邊界區(qū)間兩者優(yōu)點(diǎn)結(jié)合并運(yùn)用于層次分析法之中，可以解決傳統(tǒng)層次分析法主觀性較嚴(yán)重的問題。邀請(qǐng)5位在相關(guān)領(lǐng)域擁有多年經(jīng)驗(yàn)的專家采用1～9標(biāo)度法對(duì)影響因子進(jìn)行打分，構(gòu)建各層對(duì)上一層每一因素的成對(duì)比較矩陣。對(duì)第一層進(jìn)行打分，共獲得5組判斷矩陣MSi（S為人數(shù)，i=1，2，3，4，5）：

對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，求得上述5個(gè)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)結(jié)果為：CR1=0.017 6，CR2=0.077 2，CR3=0.027 9，CR4=0.051 6，CR5=0.068 5。CR值均小于0.1，說明評(píng)分結(jié)果具備一致性。

通過建立粗糙群決策矩陣，求解矩陣中元素的粗糙數(shù)。將上述判斷矩陣MSi轉(zhuǎn)化為粗糙群決策矩陣W*：

以W*31為例，求解W*31中包含的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的粗糙數(shù)。對(duì)于W*31={6，9，6，2，5}，求解“劃分6”的粗糙數(shù)，得：

“劃分6”的粗糙數(shù)為：

同理可以求W*31中“劃分9”“劃分5”和“劃分2”的粗糙數(shù)：

根據(jù)粗糙數(shù)的運(yùn)算法則，可得W*31的平均粗糙區(qū)間RN（W*31）=[4.12，7.02]。同理求解W*12、W*13、W*21、W*23、W*32的粗糙數(shù)和平均粗糙區(qū)間，構(gòu)建粗糙成對(duì)比較矩陣Z1：

將粗糙成對(duì)比較矩陣Z1拆解為粗糙下邊界矩陣Z1和粗糙上邊界矩陣，即：

求解矩陣和矩陣Z1的特征值與特征向量，粗糙下邊界矩陣的特征值為：λ1=1.794 1，λ2=-0.705 3+0.669 1j，λ3=-0.705 3-0.669 1j；最大特征值λmax=λ1=1.794 1，其對(duì)應(yīng)的規(guī)范化特征向量為N1=[-0.705 7，-0.165 1，-0.688 9]т。同理，粗糙上邊界矩陣最大特征值為λmax=8.564 4，其對(duì)應(yīng)的規(guī)范化特征向量為N2=[-0.226 6，-0.902 1，-0.366 9]т。

根據(jù)公式（1）可得第一層影響因子權(quán)重（fBi）=[0.4662，0.533 6，0.527 8]，即B2＞B3＞B1。

同理求解Ci影響因子權(quán)重，結(jié)果如表2所示。

表2 物流派送無(wú)人車作業(yè)安全影響因素權(quán)重

根據(jù)公式（2）計(jì)算得影響因子最終權(quán)重指數(shù)f（Di）。

由表2數(shù)據(jù)可得，B1（師生員工）中作業(yè)安全影響因素排序?yàn)椋篊4（認(rèn)知錯(cuò)誤）＞C1（視覺錯(cuò)誤）＞C3（操作錯(cuò)誤）＞C2（聽覺錯(cuò)誤）；B2（物流派送無(wú)人車）中作業(yè)安全影響因素排序?yàn)椋篊8（無(wú)人車隨機(jī)事故）＞C7（電池隱患）＞C6（界面設(shè)計(jì)不合理）＞C5（功能分配不合理）；B3（高校環(huán)境）中作業(yè)安全影響因素排序?yàn)椋篊11（障礙物）＞C9（建筑布局復(fù)雜）＞C10（空氣質(zhì)量）＞C12（天氣情況）。

本次選取各二級(jí)指標(biāo)中的前80%影響因素作為主要影響因子進(jìn)行分析，作為后續(xù)高校內(nèi)物流派送無(wú)人車設(shè)計(jì)原則提出的依據(jù)。作業(yè)安全影響因子為：C1（視覺錯(cuò)誤）、C3（操作錯(cuò)誤）、C4（認(rèn)知錯(cuò)誤）、C6（界面設(shè)計(jì)不合理）、C7（電池隱患）、C8（無(wú)人車隨機(jī)事故）、C9（建筑布局復(fù)雜）、C10（空氣質(zhì)量）、C11（障礙物）。

3 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全設(shè)計(jì)實(shí)踐

基于作業(yè)安全影響因素中視覺錯(cuò)誤、操作錯(cuò)誤、認(rèn)知錯(cuò)誤、界面設(shè)計(jì)不合理等因素，從尺寸設(shè)計(jì)、功能結(jié)構(gòu)及人機(jī)交互三個(gè)層面，對(duì)物流派送無(wú)人車物理界面與信息界面進(jìn)行安全設(shè)計(jì)實(shí)踐。

3.1 物理交互界面設(shè)計(jì)

高校內(nèi)物流派送無(wú)人車造型設(shè)計(jì)以長(zhǎng)方形為主，邊緣采用圓角處理，主題配色以藍(lán)、白為主，整體簡(jiǎn)潔沉穩(wěn)，物理界面設(shè)計(jì)方案如圖5所示。

圖5 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車物理界面設(shè)計(jì)方案

物流派送無(wú)人車結(jié)構(gòu)包括主體、底部和人機(jī)交互界面屏幕。主體部分為儲(chǔ)物模塊、外殼、視覺傳感器、運(yùn)行狀態(tài)指示燈和緊急制動(dòng)裝置，底部包括驅(qū)動(dòng)裝置、防撞裝置、超聲波裝置、故障警示燈、定位模塊和電池模塊，人機(jī)交互模塊主要包括功能選擇、智能識(shí)別和語(yǔ)音交互模塊。

根據(jù)作業(yè)安全影響因素結(jié)果和設(shè)計(jì)原則，構(gòu)建物流派送無(wú)人車功能框架如圖6所示。從移動(dòng)、運(yùn)輸、交互、識(shí)別四個(gè)方面進(jìn)行功能分類，以確保移動(dòng)過程中的穩(wěn)定性、運(yùn)輸過程中的安全性、交互功能的可實(shí)施性以及對(duì)障礙的識(shí)別和安全避讓，從而提高快遞運(yùn)輸?shù)男?，也從“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)出發(fā)確保人、機(jī)、物的安全性。

圖6 物流派送無(wú)人車功能框圖

3.2 信息交互界面設(shè)計(jì)

為減少交互過程中人為失誤的發(fā)生，提高操作的準(zhǔn)確性，基于物流派送無(wú)人車作業(yè)流程分析，建立物流派送無(wú)人車操作層級(jí)框架，如圖7所示。

圖7 高校內(nèi)物流派送無(wú)人車操作層級(jí)框架圖

為降低操作的認(rèn)知難度，減少操作失誤發(fā)生的概率，提高操作的安全性，界面功能設(shè)計(jì)為系統(tǒng)登錄、送貨、取件；界面設(shè)計(jì)減少了操作層級(jí)，簡(jiǎn)化了操作流程，明確了操作任務(wù)。送貨模塊操作功能為身份驗(yàn)證、選擇柜門（選擇宿舍樓）。將同一棟宿舍樓的快遞放在一個(gè)柜子里能夠減少快遞拿錯(cuò)并使一人取多件快遞更加便捷。取件過程中，取件碼能夠防止別人偷拿快遞，而掃描二維碼取件能夠提高取件速度，防止宿舍樓底發(fā)生擁堵。

對(duì)于界面操作設(shè)置實(shí)時(shí)反饋，以降低錯(cuò)誤操作帶來的風(fēng)險(xiǎn)。在師生員工進(jìn)行交互的過程中，界面針對(duì)每一步操作都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化；操作點(diǎn)擊過程將會(huì)有實(shí)時(shí)語(yǔ)音提示，若發(fā)生錯(cuò)誤操作會(huì)有語(yǔ)音以及震動(dòng)反饋，確保操作流程的準(zhǔn)確性。一定的容錯(cuò)及反饋設(shè)計(jì)可以減少人員使用過程中錯(cuò)誤的發(fā)生。物流派送無(wú)人車信息界面設(shè)計(jì)交互流程圖如圖8所示。

圖8 物流派送無(wú)人車信息界面設(shè)計(jì)交互流程圖

4 成果總結(jié)

本文對(duì)高校內(nèi)物流派送無(wú)人車進(jìn)行了安全研究，總結(jié)了物流派送無(wú)人車在“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)下作業(yè)流程中存在的不安全因素，建立了基于粗糙層次分析法的作業(yè)安全影響因素層次模型，并提出了物理交互界面和信息交互界面設(shè)計(jì)方案。主要得到的研究成果如下：

1）對(duì)高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行研究，總結(jié)發(fā)展趨勢(shì)；對(duì)本文采用的相關(guān)理論進(jìn)行概述，為物流派送無(wú)人車作業(yè)安全設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

2）分析物流派送無(wú)人車的作業(yè)流程，并對(duì)“人—機(jī)—環(huán)”系統(tǒng)和作業(yè)安全潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，從而構(gòu)建高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全影響因素模型。

3）根據(jù)粗糙集-層次分析法計(jì)算得出，物流派送無(wú)人車是影響高校內(nèi)物流派送無(wú)人車作業(yè)安全的主要因素，而優(yōu)化無(wú)人車界面設(shè)計(jì)避免人的認(rèn)知錯(cuò)誤，關(guān)注無(wú)人車隨機(jī)可能出現(xiàn)的問題，避免車的隨機(jī)故障是改善其作業(yè)安全的重要措施。

4）從界面、路線、功能和環(huán)境這四個(gè)方面提出了物流派送無(wú)人車作業(yè)安全設(shè)計(jì)原則，從功能完善及交互提升方面對(duì)物流派送無(wú)人車進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)踐。