交通運輸122401 吉書民 09(共7頁)

1、 人因工程在先進(xinjn)交通管理系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用吉書民（(太原科技大學 交通(jiotng)與物流學院，太原 030024)摘要 : 提出(t ch)人的因素與先進交通管理系統(tǒng) (A TMS) 融合設(shè)計的思想 ,并以上海市延安路高架交通監(jiān)控系統(tǒng)為A TMS實例 ,對閉路電視系統(tǒng)(CCTV 系統(tǒng)) 和交通信息系統(tǒng)(A TIS) 設(shè)計中應(yīng)用人因工程進行了實例研究. 通過研究 ,在 CCTV 系統(tǒng)人機界面設(shè)計方面 ,給出了關(guān)于攝像機的選擇、操作和控制模式的建議 ;在交通信息系統(tǒng)人機界面設(shè)計方面 ,給出了關(guān)于 A TIS 主界面和可變信息標志的驅(qū)動、文字誘導信息發(fā)布、圖形誘導信息發(fā)布等的建議.

2、研究成果可供交通管理部門設(shè)計和開發(fā) A TMS 參考.關(guān)鍵詞 : 先進交通管理系統(tǒng) ; 人因工程 ; 閉路電視 ; 交通信息系統(tǒng) ; 可變信息標志中國分類號：U492.2 文獻標志碼：A 1.引言 近年來 ,借助各種先進技術(shù)尤其是智能交通系統(tǒng)(intelligent transportation system , ITS)技術(shù),為城市快速道路網(wǎng)建立一個先進的交通管理系統(tǒng)(ad2vancedtransportation management system ,A TMS) ,以發(fā)揮其最大運行效率已經(jīng)成為必然趨勢. 然而 ,A TMS 的運作成功與否最終取決于操作人員與交通監(jiān)控中(traffic m

3、anagement center , TMC) 中計算機及其他設(shè)備之間的交互作用. 因此 ,操作人作為整個 A TMS 的一個有機組成部分 ,其特性、能力、局限性等人的因素必須在系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)過程中得到充分考慮. 這就需要系統(tǒng)設(shè)計人員樹立“以人為本”的思想 ,將人因工程 (humanfactorsengineer2ing) 應(yīng)用到 A TMS 設(shè)計中. 近年來 ,國外開始將人因工程應(yīng)用到 A TMS 設(shè)計中 ,并借助計算機仿真的方法開展相關(guān)研究 ,用于指導 A TMS 中的 TMC 設(shè)計.國內(nèi) ,由于 ITS 技術(shù)的應(yīng)用還處于起步階段 ,實際運行的 A TMS 很少 ,因此在 A TMS 設(shè)計

4、中對人的因素的重視程度較低 ,將人因工程應(yīng)用到 A TMS 設(shè)計中的研究還是空白.本文以上海市延安路高架交通監(jiān)控系統(tǒng)為A TMS 的研究實例 ,闡述人的因素與 A TMS 融合設(shè)計的思想 ,介紹人因工程在 A TMS 設(shè)計中的應(yīng)用 ,以期通過研究給出有意義的結(jié)論和建議 ,供交通管理部門設(shè)計 A TMS 參考.2.人的因素與ATMS融合設(shè)計思想 近年來 ,隨著交通需求的增長 ,上海市高架快速路的擁擠日益嚴重. 為此 ,上海提出了一個符合國際交通監(jiān)控發(fā)展趨勢的高架道路交通監(jiān)控方案,并以“延安路高架交通監(jiān)控系統(tǒng)”為 ITS 示范工程 ,對高架道路交通監(jiān)控系統(tǒng)進行工程化的集成運作研究. 筆者結(jié)合參與該

5、課題研究的體會 ,提出“人的因素與 A TMS 融合設(shè)計的思想”,如圖 1 所示. 該思想的本質(zhì)就是在 A TMS 設(shè)計中充分考慮人的因素 ,應(yīng)用人因工程 ,循環(huán)地對系統(tǒng)進行評價、檢驗和改進. 在圖 1 中 ,人因工程在 A TMS 設(shè)計中的應(yīng)用主要體現(xiàn)(txin)在以下兩個方面 : TMC操作(cozu)人員與A TMS的軟硬件系統(tǒng)的人機界面設(shè)計 ; TMC 工作環(huán)境的人性化設(shè)計 (家具與輔助設(shè)備、操作臺、操作空間(kngjin)和活動空間、照明通風、座椅等) .本文主要討論第一方面內(nèi)容 ,并以A TMS中的閉路電視(closed circuit television ,CCTV) 系統(tǒng)、交

6、通信 息 系 統(tǒng) ( advanced traveler information system ,A TIS) 的設(shè)計為例 ,闡述人的因素與 A TMS 融合設(shè)計的思想 ,介紹人因工程在 A TMS 設(shè)計中的應(yīng)用. 圖 1 人的因素與ATMS融合設(shè)計的思想 Fig. 1 Conception of integrating the human factors into ATMS design3 人的因素與 ATMS 的融合設(shè)計 3. 1 人的因素與 CCTV 系統(tǒng)的融合設(shè)計CCTV 系統(tǒng)是實時監(jiān)視和強化交通管理的重要手段. TMC 中的操作人員一方面根據(jù)監(jiān)控軟件或其他手段(如緊急電話) 來發(fā)現(xiàn)交

7、通異常和緊急事件 ,并利用外場攝像機進行事件確認 ,以決定是否采取相應(yīng)措施 ;另一方面則通過監(jiān)視器直觀地了解道路的交通狀況 ,以進行分析、決策及采取相應(yīng)的措施.在城市道路管理中 ,操作人員往往需要面對大量的攝像機(例如示范工程中的攝像機數(shù)量近 50 個) ,而操作攝像機是很費時的 ,這就對 CCTV 系統(tǒng)的軟件設(shè)計提出了較高的要求. 為了確保 CCTV 系統(tǒng)安全、高效和可靠 ,系統(tǒng)設(shè)計時對以下幾個關(guān)于人的因素問題的考慮非常重要 :問題 1 ,什么類型的用戶界面最有利于操作人員選擇攝像機 ?問題 2 ,什么類型的用戶界面最有利于操作人員操作攝像機 ?問題 3 ,攝像機的畫面預(yù)制模式和手動操作模式

8、相比孰優(yōu)孰劣 ?針對上述問題 ,系統(tǒng)設(shè)計人員為操作人員設(shè)計了操縱桿、鍵盤、觸摸屏及鼠標四種不同風格的人機界面 ,對它們進行測試. 各種人機界面的描述如表1所示. 通過仿真試驗和對操作人員的調(diào)查 ,主要發(fā)現(xiàn)和分析(fnx)結(jié)果如下 : 對于問題 1 ,操作人員使用觸摸屏模式(msh)時的誤操作次數(shù)高于其他模式 ,尤其是當命令按鈕多、按鈕間距變小時更明顯. 可見 ,使用觸摸屏選擇攝像機是不合適的. 因此 ,設(shè)計初期就排除了觸摸屏模式. 一般地 ,利用鼠標從電子地圖中選擇攝像機或者通過(tnggu)輸入攝像機編號選擇攝像機是操作人員比較喜歡的. 對于問題 2 ,采用操縱桿模式時操作人員花在移動攝像機

9、上的時間比例高于其他模式. 這主要是因為采用操縱桿模式時操作人員不太愿意微調(diào)攝像機畫面(小幅平移、縮放) 的緣故. 相反地 ,在鍵盤或鼠標模式下操作人員更愿意對畫面進行微調(diào). 可見 ,采用鍵盤和鼠標模式更有利于操作人員對攝像機畫面的精確定位. 示范工程中出于對操作人員舊有習慣的考慮 ,除了提供鍵盤和鼠標模式 ,保留了操縱桿模式. 然而 ,作者并不主張采用操縱桿模式 ,因為操縱桿模式除了畫面精確定位方面不及鼠標或鍵盤模式外 ,還不利于操作臺的精簡. 對于問題 3 ,攝像機的畫面預(yù)制模式有利于操作人員對監(jiān)視路段迅速定位 ,并可避免不必要的誤操作(如攝像機瞄向監(jiān)視范圍以外) . 然而 ,在畫面精確定

10、位方面手動控制模式的優(yōu)勢要明顯得多. 可見 ,將兩種控制模式加以集成是較為理想的 ,尤其當攝像機數(shù)量較多時尤為重要. 因此 ,示范工程同時提供了這兩種模式 ,其中的畫面預(yù)制模式通過畫面的順序切換 ,實現(xiàn)對路段的快速監(jiān)視 ,手動控制模式則用來確認交通異?；虮O(jiān)視重點路段. 根據(jù)上述分析 ,關(guān)于(guny) CCTV 系統(tǒng)人機界面設(shè)計 ,提出以下建議 : 使用鼠標或者輸入字符串選擇(xunz)攝像機是比較合理的 ; 使用鼠標和鍵盤模式(msh)操作攝像機有利于對畫面進行準確定位和簡化操作臺布局 ; 畫面預(yù)制模式和手動控制模式各有優(yōu)劣 ,兩者的集成有利于提高 CCTV 系統(tǒng)的效率. 3. 2 人的因素

11、與交通信息系統(tǒng)的融合設(shè)計 示范工程建立的交通信息系統(tǒng)(A TIS) 主要通過各類可變信息標志(variable message sign ,VMS)的信息誘導實現(xiàn) ,包括高架上的大型文字式VMS(A 板) 、大型圖形式 VMS(L 板) (見圖 2) 和中型圖文混合式 VMS(M 板) (見圖 3) ,以及地面道路上的小型 VMS(S 板) . 其中的L板和M板以地圖的形式實時地顯示高架道路的交通狀況 (綠色表示暢通 ,黃色表示擁擠 ,紅色表示堵塞) ,在國內(nèi)尚屬首次. 對于這樣一個實時性、可靠性要求很高的系統(tǒng) ,系統(tǒng)設(shè)計時必須充分考慮人的因素 ,應(yīng)用人因工程 ,加強交通工程師、軟件工程師和操

12、作人員的交互作用 ,以確保設(shè)計的人機界面安全、高效、可靠.圖2 大型圖形式VMS 圖3 中型圖文混合式 VMSFig.2 Type L graphical VMS Fig.3 Type M graphical VMS 3. 2. 1 A TIS 主界面和 VMS 驅(qū)動界面示范工程中的 A TIS 是一個以地理信息系統(tǒng)( GIS) 為基礎(chǔ)平臺的應(yīng)用系統(tǒng) ,它與 CCTV 子系統(tǒng)、交通狀態(tài)判別和事故檢測子系統(tǒng)等一起集成于 GIS平臺上. 考慮到對操作人員發(fā)布信息的實時性、可靠性的要求 ,采用雙顯示器作為 VMS 系統(tǒng)的主界面 ,左顯示器用來顯示路網(wǎng)交通狀況、外場設(shè)備狀態(tài)(顯示內(nèi)容和檢測狀態(tài)) 等信

13、息 ,右顯示器則以 L 板和M 板的操作界面作為默認的用戶界面.在 VMS 驅(qū)動的人機界面設(shè)計上 ,經(jīng)歷了三個階段 ,如表 2 所示. 通過對以上三個階段人機界面的仿真(fn zhn)試驗和問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn) : 對于第一階段 ,操作人員利用菜單驅(qū)動方式選擇 VMS 的時間(shjin)較長 ,易出現(xiàn)誤選 ; 對于第二階段 ,試驗中超過一半(ybn)的操作人員 (60 %) 使用地圖驅(qū)動方式的頻率高于菜單驅(qū)動方式. 大多數(shù)操作人員(80 %) 表示地圖驅(qū)動方式優(yōu)于菜單驅(qū)動方式 ; 對于第三階段 ,多數(shù)操作人員 (70 %) 認為兩種 VMS 驅(qū)動方式差別不大 ,都能夠接受 ,而其他人則明確表示喜歡地

14、圖驅(qū)動方式或者菜單驅(qū)動方式 ;操作人員建議系統(tǒng)界面應(yīng)該提供一種簡便、直觀的方式 ,以幫助他們迅速了解 VMS 顯示內(nèi)容和設(shè)備狀態(tài). 例如 ,在左顯示器 GIS 地圖中 ,如果鼠標在VMS 圖標上稍停片刻 ,就能顯示 VMS 顯示內(nèi)容.此外 ,通過系統(tǒng)報警迅速通知操作人員設(shè)備故障信息 ,并通過改變設(shè)備圖標的顏色來表示設(shè)備運行狀況(正?；蚬收? . 由以上發(fā)現(xiàn) ,在 A TIS 主界面和 VMS 驅(qū)動界面的設(shè)計上 ,給出以下建議 : 雙顯示器界面是一種適合于包含圖形式 VMS 的 A TIS 的人機界面 ,能夠滿足信息發(fā)布的實時性、可靠性要求 ; 為操作人員提供一個能夠?qū)崟r顯示 VMS 顯示內(nèi)容和

15、設(shè)備狀態(tài)的用戶界面 ; 同時提供菜單驅(qū)動方式和地圖驅(qū)動方式以適應(yīng)不同操作人員需求和偏好 ,并保證兩者的一致性和兼容性. 3. 2. 2 文字誘導信息發(fā)布的人機界面 文字誘導信息的發(fā)布4 通常有三種方法 :方案選擇式、自動合成式及人工錄入式. 方案選擇式把所有可能顯示的信息分門別類做成備選條目 ,放到數(shù)據(jù)庫中 ,軟件自動或人工選擇所要顯示的信息. 自動合成式把信息分為三部分 :一為事件類型 (問題說明) ;二是位置 ;三是嚴重程度和/ 或行動建議. 人工錄入式則通過操作人員的人工輸入實現(xiàn). 示范工程針對三種信息發(fā)布方法設(shè)計多種風格的人機界面 ,進行仿真測試和問卷調(diào)查 ,以了解操作人員使用各種界面

16、的情況 ,得到如下發(fā)現(xiàn) : 操作人員對各種信息發(fā)布方式都有自己的偏好 ; 大多數(shù)人認為三種界面應(yīng)該具有一致的風格和簡易程度 ,并集成在一起 ; 對于方案選擇式和自動合成式 ,單純的列表框和下拉式列表框相比 ,操作人員更喜歡單純的列表框 ; 多數(shù)操作人員認為文字信息發(fā)送的一系列子過程 (信息的選擇或輸入、編輯、確認和發(fā)送) 應(yīng)該在同一對話框中完成 ; 操作人員希望有一種快捷的界面 ,用以撤銷文字信息和了解信息是否成功撤銷.根據(jù)以上發(fā)現(xiàn)(fxin) ,在文字信息發(fā)布的人機界面設(shè)計方面 ,給出以下建議 : 不同的信息發(fā)布界面應(yīng)該具有相似的風格(fngg)和簡易程度 ,并整合在同一對話框中 ,以滿足操

17、作人員不同偏好和保證不同界面的兼容性 ; 文字信息的內(nèi)容選擇、編輯(binj)、確認宜在同一對話框中實現(xiàn) ; 盡量使用單純的列表框 ,以提高信息發(fā)布效率.3. 2. 3 圖形誘導信息發(fā)布的人機界面圖形誘導信息的發(fā)布針對 L 板和 M 板兩類VMS ,信息發(fā)布利用右顯示器的用戶界面實現(xiàn). 信息發(fā)布的原理如下 :VMS 顯示的路網(wǎng)分為若干大區(qū)段 ,大區(qū)段又分為若干小段 ,每個小段的長度基本上與檢測器的間距成比例 ,同時滿足可視距離要求.小段就是駕駛員能看到的交通狀況的最小像素 ,其顯示狀態(tài)分為暢通 (綠色) 、擁擠 (黃色) 和阻塞 (紅色) 三種. 劃分小段的方法有基于檢測斷面、匝道及混合式三種

18、.示范工程中采用了基于匝道的分段方法 ,即小段對應(yīng)于兩個匝道之間的道路. 小段狀態(tài)由操作人員在交通狀態(tài)判別系統(tǒng)的幫助下結(jié)合 CCTV 的圖像確認后發(fā)布.由于操作人員發(fā)布信息需要借助 CCTV ,因此了解操作人員喜歡什么樣的界面方式至關(guān)重要. 系統(tǒng)設(shè)計人員對畫面預(yù)制模式和手動控制模式這兩種用戶界面進行了測試 ,測試中采用鼠標作為選擇和控制 CCTV 攝像機的用戶界面. 在畫面預(yù)制模式下 ,攝像機畫面預(yù)制功能和手動功能實現(xiàn)了集成 ,每個小段都與一個或若干個攝像機預(yù)制位對應(yīng) ,攝像機畫面會根據(jù)預(yù)設(shè)順序切換 ,之間操作人員可以直接通過點擊某按鈕切換到下一幅畫面 ,也可以穿插使用手動功能對畫面進行更精細

19、的定位和操作 ,然后再切換到下一幅畫面. 在手動控制模式下 ,操作人員自行決定需要調(diào)用的攝像機用來監(jiān)視小段交通狀態(tài) ,不提供預(yù)制畫面. 實驗中把實驗對象分為兩組 :經(jīng)驗豐富組和新手組. 經(jīng)驗豐富組的特點是熟悉快速路交通 ,且能靈活操作攝像機 ,新手組的特點是不熟悉快速路交通 ,且沒有太多攝像機操作經(jīng)驗. 除了仿真試驗 ,還對調(diào)查人員進行了問調(diào)查 ,以了解兩種界面的使用情況.以下是上述試驗和調(diào)查的發(fā)現(xiàn) : 手動控制模式下 ,新手組判別小段狀態(tài)所需時間大于經(jīng)驗豐富組 ,新手組個別操作人員在選擇和操作攝像機時出現(xiàn)誤操作 ,易發(fā)生小段狀態(tài)錯判現(xiàn)象 ,而經(jīng)驗豐富組不出現(xiàn)誤操作. 手動控制模式下 ,新手組

20、判別小段狀態(tài)的時間不超過 30 s ,經(jīng)驗豐富組不超過 20 s.這可以作為估算操作人員工作極限的一個依據(jù). 畫面預(yù)制模式下 ,新手組判別小段狀態(tài)所需時間明顯減少 ,并接近經(jīng)驗豐富組 ,而經(jīng)驗豐富組所花時間減少不明顯. 經(jīng)驗豐富組所有人雖然都表示更喜歡手動控制模式 ,但是建議兩種控制模式都應(yīng)提供.新手組中 ,約一半的人表示更喜歡畫面預(yù)制模式 ,其他人則表示兩種模式都可接受.根據(jù)試驗和調(diào)查結(jié)果 ,關(guān)于圖形誘導信息(xnx)發(fā)布的人機界面設(shè)計 ,給出以下建議 : 為操作人員提供畫面預(yù)制模式和手動控制模式兩種人機界面 ,以滿足(mnz)不同操作人員的偏好和適應(yīng)新手型和經(jīng)驗型操作人員的不同特點. 畫面

21、(humin)預(yù)制模式和手動控制模式應(yīng)該整合起來 ,并保證兩者的兼容性 ,因為新手操作人員最終也會“成長”為經(jīng)驗豐富型. 充分考慮人的因素 ,對操作人員工作負荷進行測試和估算 ,以便為操作人員分配大小合理的監(jiān)視子區(qū).4 結(jié)語 本文首次提出人的因素與 A TMS 融合設(shè)計的思想 ,并以上海市延安路高架交通監(jiān)控系統(tǒng)中的閉路電視系統(tǒng)和交通信息系統(tǒng)的人機界面設(shè)計為例 ,對 A TMS 設(shè)計中應(yīng)用人因工程進行了研究 ,給出了許多有意義的建議 ,可供交通管理部門設(shè)計 A TMS參考. 示范工程中應(yīng)用人因工程的內(nèi)容還有很多 ,限于篇幅未能盡述. 即使是 CCTV 系統(tǒng)和 A TIS 也有許多問題需要進一步研究. 例如 ,對于一個由多個交通信息系統(tǒng) (如 VMS 系統(tǒng)、路側(cè)廣播系統(tǒng)、車載導航系統(tǒng)等) 組成的混合系統(tǒng) ,需要解決“如何實現(xiàn)各子系統(tǒng)人機界面的兼容 ,以確保各子系統(tǒng)信息