車載通信畢業(yè)論文

車載通信畢業(yè)論文5G網(wǎng)絡車車通信的列車接近預警系統(tǒng)研究摘要為了防止在極端條件下發(fā)生列車追尾事故，將列車接近預警系統(tǒng)作為既有高速鐵路保障列車運行安全的補充手段，提出基于5G網(wǎng)絡車車通信的列車接近預警系統(tǒng)。結(jié)合車車通信技術發(fā)展和鐵路運營特點，研究了適用于高速鐵路的車車通信技術，并針對2種實現(xiàn)方式進行了分析；提出了列車接近預警系統(tǒng)架構(gòu)，描述了各個組成部分的功能，并說明了系統(tǒng)實現(xiàn)多源融合定位、基于5G網(wǎng)絡的車車通信、列車接近預警等主要功能的原理；詳細闡述了車載預警處理設備的軟件設計方案。通過對基于5G網(wǎng)絡車車通信的列車接近預警系統(tǒng)研究，能夠為未來車車通信技術在列車控制系統(tǒng)中的應用提供借鑒。我國鐵路具有高度集中的特點，運營場景十分復雜，各工作環(huán)節(jié)需緊密聯(lián)系、協(xié)同配合［1］。為防止在極端情況下（如惡劣氣候、人為因素等），如果列車控制、調(diào)度指揮同時出現(xiàn)錯誤，列車存在發(fā)生追尾事故的可能［2］，我國鐵路研究使用GSM-R/GPRS網(wǎng)絡承載車地數(shù)據(jù)通信，采用“差分衛(wèi)星定位+車輪速度傳感器”實現(xiàn)列車的精確定位，通過在地面設置預警服務器和在列車上設置預警單元的方式，構(gòu)建高速鐵路列車接近預警系統(tǒng)。目前，該系統(tǒng)在信息傳送時延、地面設備復雜度等方面還存在局限。如果將基于5G網(wǎng)絡的車車通信技術運用其中，則列車能夠通過車車通信獲取前方列車的運行位置信息，并自主進行列車接近預警邏輯計算，從而可以有效降低信息傳送時延和地面設備復雜度［3］，提升列車接近預警系統(tǒng)的性能。隨著5G通信技術的快速發(fā)展，我國鐵路已開展了5G總體技術方案、系統(tǒng)組網(wǎng)、頻率規(guī)劃、鐵路專用業(yè)務等方面的研究，利用5G網(wǎng)絡實現(xiàn)高速率、低時延、大帶寬的數(shù)據(jù)傳輸；同時，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的成網(wǎng)運營，也為列車高精度定位提供了有利條件?；?G網(wǎng)絡車車通信的列車接近預警系統(tǒng)，可作為高速鐵路列車既有列控系統(tǒng)的補充，通過基于5G網(wǎng)絡的車車通信、列車精確定位、列車追蹤邏輯計算等，在列車與前方追蹤列車的距離達到設定門限時，向司機發(fā)出預警，提醒司機提前進行相關操作，避免列車追尾事故的發(fā)生，提高高速鐵路列車運行的安全性。PART

01車車通信技術車車通信（V2V）技術起源于車聯(lián)網(wǎng)（V2X），用于實現(xiàn)道路車輛與一切可能影響車輛的實體（其他車輛、行人、路側(cè)設備等）之間的信息交互，實現(xiàn)包括車輛跟蹤預警、路面異常預警、行人防撞、交叉口協(xié)調(diào)等主動安全防護，最終達到減少事故發(fā)生、減緩交通擁堵、降低環(huán)境污染、節(jié)能減排，以及智能化的目的［4］。早期的車車通信主要基于專用短距離通信技術（DSRC），實現(xiàn)車載設備之間的直接信息交互［5］，后續(xù)出現(xiàn)了基于蜂窩網(wǎng)絡的車車通信技術。按照通信方式區(qū)分，車車通信可以有“直接通信”和“基于網(wǎng)絡通信”2種方式?！爸苯油ㄐ拧笔墉h(huán)境影響較大，不能保證數(shù)公里以上的可靠數(shù)據(jù)傳輸，只適合短距離通信，如相鄰汽車之間，且通信距離與具體的應用環(huán)境有關，一般從幾十米到幾百米不等；“基于網(wǎng)絡通信”方式受環(huán)境影響較小，適合長距離通信，其通信距離可以根據(jù)業(yè)務的具體應用方式確定。由于鐵路列車追蹤距離通常在10km以上，因此，更適用采用“基于網(wǎng)絡通信”方式。對于列車接近預警系統(tǒng)而言，雖然車載設備無法在脫離地面服務器的情況下確定車車通信的對象，但地面服務器卻可根據(jù)車載設備上報的列車位置信息構(gòu)建車車通信網(wǎng)絡，并向車車通信網(wǎng)絡內(nèi)的列車發(fā)送其他列車的信息，從而實現(xiàn)車車通信網(wǎng)絡內(nèi)列車之間的車車通信。車載設備在進行運行位置信息交互時，可采用經(jīng)服務器轉(zhuǎn)發(fā)和通過網(wǎng)絡直接通信2種方式。車車通信連接示意見圖1。圖1

車車通信連接示意方式1經(jīng)服務器轉(zhuǎn)發(fā)（見圖1（a））。攜帶目的標識和車車通信數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包首先由車載設備發(fā)送給服務器，再由服務器根據(jù)數(shù)據(jù)包的目的標識轉(zhuǎn)發(fā)給相應的列車。方式2通過網(wǎng)絡直接通信（見圖1（b））。列車的車車通信數(shù)據(jù)不經(jīng)過服務器，而是直接由車載設備根據(jù)目的列車標識通過網(wǎng)絡發(fā)送給目的列車。圖1中，將服務器設為A，對于包含B、C、D、E的4個列車成員的車車通信網(wǎng)絡，如果采用方式1，實現(xiàn)列車車車通信需要AB、AC、AD、AE共4路通信連接；如果采用方式2，由于列車車載設備必須與服務器建立通信連接，以報告自身位置信息，因此實現(xiàn)車車通信需要AB、AC、AD、AE、BC、CD、DE、BD、BE、CE共10路通信連接。方式2的網(wǎng)絡控制面信令開銷明顯高于方式1，且在列車密集的地點（如車站），2種方式的開銷差別更為顯著。因此，建議采用方式1完成列車之間的數(shù)據(jù)交互。PART

02列車接近預警系統(tǒng)架構(gòu)基于5G網(wǎng)絡車車通信的列車接近預警系統(tǒng)（簡稱“接近預警系統(tǒng)”）由地面服務器設備和車載預警處理設備組成，系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。圖2

基于5G網(wǎng)絡車車通信的列車接近預警系統(tǒng)架構(gòu)2.1地面服務器設備地面服務器設備由車車通信服務器和電子地圖服務器組成，通過接入鐵路局5G核心網(wǎng)，實現(xiàn)與車載預警處理設備的通信。車車通信服務器采用分散設置，每個鐵路局設置1套，用于收集管轄范圍內(nèi)所有列車報告的位置信息，并以列車位置為中心，構(gòu)建一定范圍內(nèi)的車車通信網(wǎng)絡。設置于北京局、武漢局的車車通信服務器同時具備歸屬查詢功能，能夠為車載預警處理設備提供當前位置所屬車車通信服務器的IP地址查詢功能。電子地圖服務器采用集中設置方式，在北京局和武漢局各設置1套，互為校核，用于為車載預警處理設備提供列車運行線路的軌道電子地圖下載服務。2.2車載預警處理設備車載預警處理設備由主控單元、業(yè)務接入單元、記錄單元、速度傳感器單元（預留）、應答器接收單元（預留）、操作顯示終端等組成。1）主控單元。對各功能模塊進行集中調(diào)度和控制，并完成多源融合位置計算、接近預警邏輯計算等；采用雙板卡冗余設計，同一時刻一個控制板處于主用狀態(tài)，另一個處于備用狀態(tài)；主用、備用控制單元之間實時通信，從而實現(xiàn)信息同步。2）業(yè)務接入單元。包括串口模塊和網(wǎng)口模塊，與5G車載傳輸平臺（簡稱“WTP”，含北斗衛(wèi)星定位單元和5G傳輸單元）、應答器傳輸模塊（簡稱“BTM”）、列控動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱“DMS”）、司法記錄單元（簡稱“JRU”）、列車控制管理系統(tǒng)（簡稱“TCMS”）等外部設備進行數(shù)據(jù)交互，同時具備控制板主備仲裁、網(wǎng)口數(shù)據(jù)交換等功能。車載預警處理設備接入WTP，與車車通信服務器、電子地圖服務器進行數(shù)據(jù)交互，并獲取基于北斗衛(wèi)星定位的經(jīng)緯度信息；接入BTM、DMS、JRU等既有車載設備，獲取無源應答器信息［6］；接入TCMS，獲取列車運行速度信息。3）記錄單元。用于記錄車載預警處理設備接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)［7］。4）速度傳感器單元（預留）。當車載預警處理設備無法從其他既有車載設備獲取速度信息時，可加裝車輪速度傳感器，由速度傳感器單元（預留）接收車輪速度傳感器提供的脈沖波，并將脈沖波轉(zhuǎn)換為實際速度數(shù)據(jù)。5）應答器接收單元（預留）。當車載預警處理設備無法從其他既有車載設備獲取應答器信息時，可加裝BTM天線，由預留的應答器接收單元接收應答器報文。6）操作顯示終端。用于顯示自身所屬列車的車次號和運行位置信息、追蹤列車的車次號和運行位置信息、追蹤距離和接近預警信息，以及車載預警處理設備的工作狀態(tài)等，并為用戶提供預警信息按鍵確認、列車信息錄入等操作功能。PART

03功能原理列車接近預警系統(tǒng)的主要功能包括列車多源融合定位、基于5G網(wǎng)絡的車車通信，以及列車接近預警功能。作為系統(tǒng)功能實現(xiàn)的核心，車載預警處理設備通過列車多源融合定位功能，確定自身所屬列車的運行位置信息，并將自身位置信息上報至車車通信服務器；車車通信服務器根據(jù)管轄范圍內(nèi)列車的位置，將一定范圍內(nèi)的列車納入車車通信網(wǎng)絡，網(wǎng)絡內(nèi)列車之間建立車車通信關系，交互運行位置信息，進行列車接近預警邏輯計算，識別運行在同一線路、同一行別的正線追蹤列車，實時計算列車追蹤距離；當列車追蹤距離滿足接近預警條件時，發(fā)出接近預警信息，提示司機采取處置措施。3.1列車多源融合定位功能車載預警處理設備通過列車多源融合定位功能，確定自身所屬列車的位置信息。列車位置信息是實現(xiàn)基于5G網(wǎng)絡車車通信的列車接近預警系統(tǒng)功能的基礎，可分為車車通信位置信息和列車運行位置信息。其中，車車通信位置信息用于構(gòu)建車車通信網(wǎng)絡，可使用列車位置經(jīng)緯度信息作為車車通信位置信息；而列車運行位置信息是系統(tǒng)確定列車運行位置和進行接近預警計算的關鍵依據(jù)，包括列車運行線路、行別、正/側(cè)線、方向、速度、公里標等信息。我國鐵路列車運行環(huán)境復雜，存在各種隧道、峽谷等衛(wèi)星信號衰弱環(huán)境，線路并行、交叉等情況多見。在列車高速移動的情況下，僅依靠北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行列車定位，無法滿足定位精度要求［8］。因此，將“北斗衛(wèi)星定位+5G網(wǎng)絡+無源應答器+列車速度傳感器”等進行多源融合計算，輔以軌道電子地圖，可確定列車運行位置。列車多源融合定位示意見圖3。列車運行線路、行別、正/側(cè)線信息可通過無源應答器編號映射的方式獲取；列車運行方向可通過列車位置經(jīng)緯度變化軌跡趨勢結(jié)合軌道電子地圖的方式獲取，或在經(jīng)過無源應答器組時通過無源應答器編號的變化趨勢獲取；列車運行速度可通過車速傳感器信息獲取。當列車運行于北斗衛(wèi)星信號正常接收的區(qū)段時，車載設備可通過北斗衛(wèi)星定位獲取列車運行位置的經(jīng)緯度，匹配軌道電子地圖［9］，確定列車運行位置的公里標；當列車運行于無法接收北斗衛(wèi)星信號的區(qū)段（如隧道、山區(qū)）時，車載設備通過5G基站信息獲取列車運行位置的經(jīng)緯度，通過車速信息推算得出列車公里標。圖3

列車多源融合定位示意3.2基于5G網(wǎng)絡的車車通信功能在確定自身所屬列車的運行位置之后，車載預警處理設備將車車通信位置信息周期性地上報至車車通信服務器。車車通信服務器在接收到車載設備的車車通信位置信息后，判斷列車是否處于管轄范圍，如果是，則注冊或更新列車的車車通信位置信息，將該列車和以該列車為中心30km范圍內(nèi)的其他列車組成車車通信交互網(wǎng)絡，并將網(wǎng)絡內(nèi)其他列車的位置信息和通信標識信息發(fā)送給該列車；否則，向該列車回復車車通信位置信息拒絕消息，并注銷該列車的車車通信位置信息。車載預警處理設備在獲取車車通信網(wǎng)絡內(nèi)其他列車的通信標識信息之后，向其他列車發(fā)送自身運行位置信息，同時也接收來自其他列車的運行位置信息。基于5G網(wǎng)絡的車車通信過程示意見圖4。列車A與距離自身30km范圍內(nèi)的列車B和列車C組成車車通信網(wǎng)絡，并進行列車運行位置信息交互。圖4

基于5G網(wǎng)絡的車車通信示意3.3列車接近預警功能在車載預警處理設備接收到其他列車的運行位置信息之后，首先判斷該列車運行的線路信息是否與本車相同，如果不相同且該車為當前追蹤列車，則將該追蹤列車刪除；如果相同，則繼續(xù)判斷當前是否已經(jīng)存在追蹤列車，如果存在，則根據(jù)自身與該車的距離判斷是否更新追蹤列車；否則，將該車設置為追蹤列車。此外，在列車側(cè)線接發(fā)、轉(zhuǎn)線運行的場景下，如果原有列車追蹤關系發(fā)生變化，則車載預警處理設備應重新識別追蹤列車。在識別出追蹤列車之后，列車接近預警系統(tǒng)需要確定合適的預警距離，既要保證在追蹤距離超過認可的安全范圍時能及時提醒司機，又要避免頻繁提醒對司機正常行車造成干擾，即預警距離應大于列車緊急制動距離限值，但也不能設置過大而影響預警效果。此外，還需考慮在系統(tǒng)發(fā)出預警至采取制動措施之間司機思考和處理時間。一般情況下，車載設備提示司機的語音播放時長約為4s，間隔3s重復播放，即司機思考和處理的時間按20s考慮。根據(jù)不同速度等級下的列車緊急制動距離限制，綜合考慮司機思考和處理時間內(nèi)列車的運行距離，計算得出動車組運行速度與預警距離的對應關系，見表1。表1

動車組運行速度與預警距離的對應關系車載預警處理設備根據(jù)追蹤列車的公里標，計算與自身運行公里標的差值，獲取列車追蹤距離，并結(jié)合列車與前方追蹤列車的相對運行速度，設置3個預警等級，分別為藍色預警、黃色預警和紅色預警［10］。不同預警等級的列車接近預警距離見表2。表2

不同預警等級的列車接近預警距離注：相對速度為列車自身與追蹤列車的運行速度的差值列車接近預警示意見圖5。當車載預警處理設備分別發(fā)出藍色、黃色預警時，系統(tǒng)提示司機當前列車運行速度和追蹤距離，并需分別在20s和14s的反應思考時間之內(nèi)采取制動措施；而當車載預警處理設備發(fā)出紅色預警時，追蹤距離已臨近當前相對速度對應的緊急制動距離限值，司機應在聽到預警語音之后，立即采取制動措施。圖5

列車接近預警示意PART

04車載預警處理設備的軟件設計車載預警處理設備軟件主要實現(xiàn)以下功能：①與地面服務器設備進行數(shù)據(jù)交互；②多源融合定位；③自主識別追蹤列車；④實時進行追蹤距離和接近預警判斷；⑤通過聲、光等方式向司機發(fā)出列車接近預警。車載預警處理設備主要由接入、控制、通信和記錄4個處理模塊組成。車載預警處理設備軟件模塊之間的邏輯關系見圖6。其中，接入模塊負責接收應答器編號、列車速度、車輪速度傳感器脈沖、經(jīng)緯度、基站編號等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至控制模塊中的融合定位子模塊；通信模塊負責解析和打包車載預警處理設備接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)；記錄模塊將數(shù)據(jù)以文本文件的形式進行存儲。圖6

車載預警處理設備軟件模塊之間的邏輯關系控制模塊包括融合定位子模塊、車車通信子模塊和接近預警子模塊。1）融合定位子模塊根據(jù)應答器編號查詢獲取當前列車運行線路和應答器公里標，并根據(jù)當前判定的定位模式選擇相應接入數(shù)據(jù)進行位置計算；當能夠正常接收經(jīng)緯度信息時，判定定位模式為衛(wèi)星模式，此時通過地圖匹配算法將經(jīng)緯度數(shù)據(jù)與電子地圖匹配，獲取當前公里標，輸出列車運行位置信息和車車通信位置信息；當無法正常接收經(jīng)緯度信息時，判定定位模式為推算模式，可通過基站編號查詢基站位置，并將基站位置經(jīng)緯度近似為列車位置經(jīng)緯度，同時，利用速度和應答器公里標信息，推算列車當前公里標，并在經(jīng)過無源應答器時使用無源應答器公里標對推算結(jié)果進行校正，最后輸出列車運行位置信息和車車通信位置信息。2）車車通信子模塊根據(jù)車車通信位置完成當前所屬車車通信服務器的IP地址查詢和注冊，向當前車車通信服務器上報位置信息，處理來自車車通信服務器的網(wǎng)絡信息，并根據(jù)網(wǎng)絡內(nèi)其他列車的通信標識進行數(shù)據(jù)交互。3）接近預警子模塊根據(jù)其他列車的運行位置信息，將與自身所屬列車同線路、同行別、同方向且距離最近的前方列車認定為追蹤列車，并實時計算與追蹤列車的距離。當距離滿足接近預警距離條件時，向操作顯示終端發(fā)出接近預警信息，由操作顯示終端發(fā)出接近預警聲光提示。列車接近預警界面示意見圖7。圖7

列車接近預警界面示意PART

05結(jié)論列車接近預警系統(tǒng)能夠作為既有高速鐵路列控系統(tǒng)的補充，在列控系統(tǒng)偶發(fā)失效時為列車提供安全保障，防止列車發(fā)生追尾事故。將基于5G網(wǎng)絡的車車通信技術融入列車接近預警系統(tǒng)，能夠進一步提升系統(tǒng)的信息傳輸效率，簡化系統(tǒng)地面設備的復雜程度。該系統(tǒng)的車載預警處理設備通過車車通信，可自主識別追蹤列車，實現(xiàn)列車接近預警功能，滿足我國鐵路列車智能化安全保障需求。但由于目前車車通信技術所遵循的車車協(xié)同原則與當前CTCS列控系統(tǒng)技術體系中車地協(xié)同的原則有較大不同［11］，短期內(nèi)開展基于車車通信的列控系統(tǒng)的研究和應用挑戰(zhàn)較大，因此，基于5G網(wǎng)絡車車通信的列車接近預警系統(tǒng)研究可作為基于車車通信的列控系統(tǒng)的前期探索，為未來車車通信技術在列車控制系統(tǒng)中的應用提供借鑒。

基于車載信息系統(tǒng)任務的多通道人機交互設計研究隨著車載通信技術的不斷發(fā)展，車載信息系統(tǒng)作為智能交通系統(tǒng)的終端，正朝著多功能化、智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展，目前已被廣泛應用于汽車之中。技術的發(fā)展使車載信息系統(tǒng)日趨成為一個復雜的信息娛樂體系，它涵蓋了音樂、導航、游戲等眾多的信息服務功能，在給駕駛員帶來娛樂與便利的同時，也使車載信息系統(tǒng)在駕駛過程中的使用頻率變高。然而這在一定程度上也增加了駕駛負荷，導致用戶注意力分心，嚴重影響著駕駛安全及用戶體驗。因此，本文試圖在車載信息系統(tǒng)任務中引入多通道交互方式，通過合理分配駕駛員注意力資源，減少車載信息系統(tǒng)帶來的駕駛危險，提升用戶體驗。Part01

概念解讀

車載信息系統(tǒng)任務車載信息系統(tǒng)包括信息服務系統(tǒng)及信息娛樂系統(tǒng)兩個方面，簡稱IVIS(In-VehicleInformationSystem)。它是一種由車身總線系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)服務形成的綜合信息處理系統(tǒng)。隨著計算機通信技術的不斷發(fā)展，車載信息系統(tǒng)的功能也朝著多樣化、智能化的方向發(fā)展，越來越多的功能涌入車載信息系統(tǒng)，并為駕駛員提供資訊、三維導航、娛樂等信息服務。多種信息服務功能在駕駛員駕駛過程中給駕駛員帶來了越來越多需要及時處理的任務，這些任務在滿足用戶需求的同時也給駕駛安全帶來了隱患。

汽車多通道人機交互多通道交互是以手勢識別、語音識別、生物識別等多種新穎的交互識別技術為基礎，通過允許用戶使用身體的不同通道以非精準交互操作的形式與計算機進行交互，以此來實現(xiàn)自然與高效的交互操作。隨著計算機技術的發(fā)展，用戶與計算機之間的交互方式往多樣化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)物理控鍵的使用正在縮減，駕駛員與汽車進行交互的界面也不再局限于屏幕，交互方式變得“無所不在”。Part02

理論研究本文的理論研究主要包括汽車多通道人機交互系統(tǒng)及車載信息系統(tǒng)任務。首先，本文闡明了多通道人機交互的概念，分析總結(jié)了車內(nèi)多通道人機交互的過程。同時，在對大量的文獻、量產(chǎn)車、概念車進行調(diào)研后，總結(jié)了現(xiàn)階段汽車人機交互過程中幾種主要的控制與顯示方式。通過分析多通道交互的優(yōu)勢，證明了將多通道應用于汽車人機交互過程中是汽車人機交互設計發(fā)展的必然趨勢。

同時，本文也對車載信息系統(tǒng)任務進行了研究。結(jié)合汽車手冊及其他研究，將常見的車載信息系統(tǒng)功能及任務進行了整理總結(jié)，見表1。通過對車載信息系統(tǒng)的定義與功能任務進行研究，發(fā)現(xiàn)了車載信息系統(tǒng)的兩大特點。并引入了解決多任務資源分配的最常用方法之一——多資源理論。表1

IVIS功能任務列表之后，本文研究了多通道人機交互可用性評價方法及車載信息系統(tǒng)任務資源分配研究方法，并提出了基于車載信息系統(tǒng)任務的多通道交互設計的研究框架，如圖1所示。

圖1

基于車載信息系統(tǒng)任務的多通道交互研究框架

Part03

相關實驗

實驗研究的內(nèi)容主要基于上文提出的車載信息系統(tǒng)任務的多通道交互研究框架展開，共進行了兩次實驗。第一次是通過卡片分類的方式對車載信息系統(tǒng)任務的分類進行研究。第二次實驗以信息系統(tǒng)中音樂播放系統(tǒng)為例對多通道方式體驗進行了研究。這兩次實驗為后續(xù)從任務出發(fā)構(gòu)建汽車多通道交互設計模型奠定了基礎。

實驗一：車載信息系統(tǒng)任務的分類研究本文針對目前L3級別的自動駕駛汽車中的人機交互任務展開調(diào)研，并結(jié)合車載信息系統(tǒng)的任務類別及McKnight等人提出的駕駛?cè)蝿?，篩選出與本研究相關的車載信息系統(tǒng)任務類別，最終統(tǒng)計得到337個車載信息系統(tǒng)中的子任務。隨后采用卡片分類法對任務進行相似性歸類整合。

第一次卡片分類，參與者將337個子任務卡片分類，得到了打開/關閉、輸入、選擇、調(diào)節(jié)、查看等五種操作任務。第二次卡片分類邀請了行業(yè)設計專家、有經(jīng)驗的駕駛員以及參與過第一次卡片歸類的同學，共6個人，平均分為兩組。兩組參與者在第一次分類結(jié)果的基礎上，將車載信息系統(tǒng)的基礎任務歸為4大類，分別命名為：錄入（Entry）、選擇（Selection）、激活/關閉（Activation/Deactivate）、調(diào)節(jié)（Adjustment）。部分歸類詳情如表2所示。并最終根據(jù)這4類任務的特點將其進行定義，如表3所示。

表2

次級駕駛基礎任務（部分示例）

表3

次級駕駛基礎任務定義實驗二：多通道方式體驗研究實驗以信息系統(tǒng)中音樂播放系統(tǒng)為例，針對前面卡片分類得出的激活/關閉、調(diào)節(jié)、選擇、錄入4個基礎任務對象展開相關實驗研究，然后通過駕駛負荷、駕駛分心、用戶滿意度三個指標去評估不同通道的交互方式，為構(gòu)建基于多通道交互的車載信息系統(tǒng)任務模型提供依據(jù)。實驗采用模擬駕駛器進行研究，共11名男司機和11名女司機參與本次實驗。在被試熟悉環(huán)境后，用戶以40km/h的速度勻速行駛，1分鐘后主試會提示被試進行任務操作，被試需針對每一個任務依次完成所對應的控制方式，具體任務如表4所示。與此同時，記錄人員每隔10s對用戶的駕駛速度進行記錄。任務操作實驗完成后，讓被試對各個交互方式進行SUS量表評分，并針對實驗過程中的典型行為展開對被試體驗感受的訪談。整個實驗流程如圖2所示。

表4

音樂播放系統(tǒng)測試任務圖2

實驗流程Part04

多通道交互設計模型基于前期實驗結(jié)果中的評價指標及影響因素，構(gòu)建了基于車載信息系統(tǒng)任務的多通道交互設計評估模型，并提出了進行車載信息系統(tǒng)任務下的交互方式設計時所需遵循的設計原則及設計流程。多通道交互設計評估模型該模型具體分為兩個部分，第一部分是多通道交互方式評估模型，該模型從功能出發(fā)分解到各個任務，通過實驗研究法來探索用戶在具體的任務執(zhí)行過程中，不同交互方式對駕駛負荷、駕駛分心、主觀滿意度的影響。具體來說就是通過多資源模型中的用戶行為要素表來獲取用戶駕駛負荷值、通過用戶具體操作過程中對速度的保持情況來獲取用戶的駕駛分心程度、通過系統(tǒng)可用性評分來獲取用戶的主觀滿意度?；谶@三方面來實現(xiàn)對各個交互方式之間的評價，從而得到具體任務下交互方式的優(yōu)先級。

第二部分是多通道人機交互方式的設計模型，它是通過對交互方式評估模型的反向執(zhí)行而形成的。交互方式的設計可以從具體影響駕駛負荷、駕駛分心、主觀滿意度這三個方面的因素展開，以及從操作步驟、操作范圍、操作位置、任務持續(xù)時間、交互反饋、技術成熟度、環(huán)境、學習成本、認知習慣這幾個方面展開，通過對這兩種方式的研究，進而得到在駕駛安全和用戶滿意度上更高的交互方式。模型如圖3所示。

圖3

車載信息系統(tǒng)任務的多通道人機交互設計評估模型

多通道交互設計原則根據(jù)實驗研究的結(jié)果，結(jié)合任務完成過程中用戶體驗的相關描述，研究從任務出發(fā)提出了汽車多通道人機交互設計原則，為設計實踐提供指導。設計原則如下：1）簡化操作步驟，提升復雜任務的交互效率。2）針對任務特征展開交互方式的選擇。3）設計符合用戶常規(guī)認知的操作與反饋方式以減輕認知負荷。4）針對特殊任務展開智能趣味的交互方式設計，提升主觀滿意度。

多通道交互設計流程本文從具體任務出發(fā)構(gòu)建了設計流程。從設計方法上而言，該流程在設計前期可以更好的幫助設計師獲取用戶的需求，從用戶的角度獲取核心產(chǎn)品功能；在設計過程中，能針對具體任務對用戶行為進行分析，從具體影響用戶操作行為及體驗的因素出發(fā)進行設計。通過簡化用戶操作方式，減少駕駛負荷與分心，提升用戶滿意度；在設計結(jié)果上，基于任務展開交互方式的設計，能夠更好地理解目標用戶的需求，設計出讓用戶滿意度更高、體驗更佳的交互方式。圖4

基于車載信息系統(tǒng)任務的多通道人機交互設計流程

Part05

實踐應用基于車載信息系統(tǒng)任務操作下的通道資源的有限理論研究，本文提出了汽車人機交互設計的設計方法，并通過汽車多通道人機交互設計研究項目中的音