面向智慧城市的公路限高系統交互設計研究

章文　陳金龍

摘要：公共限高系統是一個復雜的產品服務系統，為超高車輛的智慧管理提供了物質產品和非物質服務為一體的綜合解決方案，對于智慧城市背景下公路設施設計提供一定的理論參考和實踐依據。交互設計成為構建公路限高系統的深層邏輯的關鍵點，本文研究內容包括：構建服務提供者—服務接收者的契合關系，以較低的社會成本高效地實現系統決策目標;以優(yōu)質的系統外觀融入城市形象體系，提升人在城市中的駕駛體驗;面向近場事故管理和遠程導航服務兩個交互場景，基于用戶的行為邏輯合理地規(guī)劃系統的交互過程，構建基于先進技術的系統交互方式，營造更加人性化、安全和精準的系統交互體驗。

關鍵詞：智慧城市;公路限高系統;交互設計;行為邏輯;交互場景

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2020）11-0125-03

電子商務時代下，公路中出現了越來越多的超高車輛，因此交通管理部門會在部分道路上安裝公路限高桿，防止超高車輛與立體化交通設施發(fā)生碰撞事故。然而，現有的公路限高桿采用剛性的型材結構，安全性能較差;另外簡陋的警戒色設計不利于駕駛員在高速行駛中及時而準確識別限高桿的位置，因此碰撞事故頻發(fā)。一旦發(fā)生撞擊，會造成車毀人亡的惡性事故，如限高門架被撞壞報廢、橋身被剮蹭或碰撞、人員傷亡等。因此，限高設施是智慧城市背景下公路交通管理亟待解決的痛點。所以研究面向智慧城市的公路限高系統的交互設計，對于改善現有公路交通設施的安全問題具有積極意義。

1 相關理論概述

1.1智慧城市

智慧城市是以物聯網為核心的新一代信息技術對城市自然、經濟、社會系統進行全面的智能化改造，實現合理分配社會資源、可持續(xù)驅動組織和社會力量參與、高效產出社會效益和均衡滿足人民需求的系統化城市服務目標。面向智慧城市的產品服務系統是以物質產品為基礎，以用戶價值為核心、用戶需求為主導、用戶體驗為重點的系統設計，為創(chuàng)新城市管理提供了物質產品和非物質服務為一體的綜合解決方案。

1.2 公路限高系統的交互設計

公路限高系統是一個復雜的產品服務系統，具有智能感知的自適應特性、移動互聯的物聯網特性、利益相關者關系的契合特性和基于用戶行為邏輯的自然交互特性等。為了保障公路限高系統的合理設計和高效運營，交互設計成為構建公路限高系統的深層邏輯的關鍵內容，其通過重新確定參與者、定位行為動機、規(guī)劃行為過程、謀求新的手段、營造新的場景和環(huán)境等方法，以公共服務創(chuàng)新構建利益相關者之間人際交互關系的契合，以較低的社會成本高效地實現系統決策，以合理的用戶行為邏輯規(guī)劃交互場景中的服務過程，采用先進技術支持的自然交互方式，營造良好的城市體驗。

2 公路限高系統交互設計現狀分析

2.1 研究現狀分析

諸多工程領域的學者對公路限高系統的技術開發(fā)和實踐開展了相關研究，其內容也涉及到公路限高系統的交互設計。有些學者面向以人為本的交通危情管理模式，提出基于數字電子技術的系統交互創(chuàng)新，如趙廣秀的電子限高門架系統、蔡誠昊的城市智能限高控制與信息發(fā)布系統，設置了超高車輛的檢測、警告、抓拍、識別、違章記錄等功能，通過拓寬駕駛員的交互通道來預防事故的發(fā)生;有些學者提出基于機械結構的系統交互創(chuàng)新，如汪超提出在橫梁上設置可潰裝置，使碰撞時橫梁能斷開而形成門式結構;鐘翔從危險發(fā)生的過程出發(fā)，不僅設計了面向駕駛員安全的門式結構，還針對維修人員易操作的需求，將限高部件和立柱的連接部件設置成易替換結構，具有經濟、安全和易用的優(yōu)點;徐戚從事前預防、事中保護和事后疏導的過程管理出發(fā)，通過結構、材料、色彩和操作方式等要素，提出了一種升降式的橫桿構件，橫桿末端采用橡膠輪防止升降時卡死，下部采用易斷裂的工程塑料，橫桿色彩具有警示效果，并采用可前、后端手動、遙控或遠程控制等操作方式，符合人機工程學要求。

2.2 現有問題分析

目前，公路限高系統設計與開發(fā)由工程技術團隊主導，尚未被設計師關注，處于設計空白的狀態(tài)。公路限高系統交互設計主要遵循物理邏輯――對“物”的自身屬性（功能、色彩、材料和結構等）進行合理組織，盡管上述研究涉及到人機交互的內容，但研究成果未成體系，存在諸多局限：

1） 系統交互設計契合度不高?，F有產品缺乏對服務提供者和服務接收者的需求關系的分析。碰撞事故不僅威脅駕駛員的人身安全，也會增加交管人員的工作負荷，使服務的提供方和接收方均產生負面情緒。任何一方的負面情緒都會影響公共服務效益。

2）外觀設計不符合城市形象?，F有產品主要采用門架結構和警戒色的色彩，造型簡陋，使公路限高系統難于融入現代化的城市形象體系。

3）系統交互設計信息化程度低?，F有產品缺乏對駕駛行為邏輯的分析，忽略了超高車輛的駕駛員在交互過程中容易出現僥幸心理或誤操作的情形，而剛性材料攔截方式安全性差、隱患大。

綜上，智慧城市背景下技術、駕駛行為和交管模式均發(fā)生重大變革，公路限高系統的開發(fā)亟需設計思維的介入，從利益相關者的關系質量、行為邏輯出發(fā)，分析不同交互場景中的人—人交互、物—物交互和人—機交互等內容，將交互設計作為規(guī)劃系統深層邏輯的策略來應對城市發(fā)展新挑戰(zhàn)。

3 面向智慧城市的公路限高系統的交互設計策略

3.1基于契合關系的系統交互目標

作為面向公共事務的服務設施，公路限高系統是服務提供者—服務接收者（即人—人）的服務交互界面。因此，公路限高系統交互設計應以人—人的契合關系為目標，分析從產品設計、生產到管理、維護、使用、回收等整個生命周期中服務提供者—服務接收者的服務交互關系，從公共利益出發(fā)劃分關系的優(yōu)先級，權衡關系質量的影響因素，確定系統的目標，創(chuàng)新公共服務模式。

3.2面向城市形象體系的系統外觀設計

隨著城市規(guī)劃和建設的日益完善，公路限高系統作為城市的公共交通設施和信息平臺，不僅具有物質功能，也是展示城市形象的 “門戶”。因此，公路限高系統應從人—城市交互的層面，考慮如何使公路限高系統的外觀設計能更加系統、和諧、有序地納入到城市形象體系建設中，使人們獲得更好的城市駕駛體驗。

3.3基于先進技術的系統交互方式

基于互聯網絡、無線通信、全球定位、智能終端設備、信息網絡平臺等先進技術手段的多通道模式，通過各種傳感器和控制器代替人的視覺信息通道，擴寬交互信息帶，精準地感知車輛、道路和環(huán)境的信息;并根據人的認知特征，通過聲音、視覺通道合理地反饋系統信息，是公路限高系統理想的自然交互形式。自然交互能高效而精準地應對各種突發(fā)險情，提升駕駛體驗和管理工作體驗，體現了以人為中心的交互思想。

3.4基于行為邏輯的系統交互過程

公路限高系統的交互設計應以人為本地深入研究駕駛過程，劃分不同的交互場景，并分析場景中人—桿交互過程，結合人的認知特征和行為邏輯，采用以智能限高設施和信息服務管理平臺相結合的系統框架，實現智能化危情管理和超高車輛導航服務，有效預防災情和保障交通安全，符合智慧城市管理的目標。

4 面向智慧城市的公路限高系統交互設計實踐

公路限高系統包括用戶、管理人員、智能限高桿、限高服務APP、環(huán)境和技術等交互要素，面向智慧城市的公路限高系統交互設計實踐包括四部分內容：基于服務提供者—服務接收者的契合關系確定系統交互目標、面向城市形象體系設計系統外觀、基于先進技術構建系統交互方式和基于行為邏輯規(guī)劃系統交互過程。

4.1 基于契合關系確定的系統交互目標

如表1所示，交通管理員和貨車司機是系統重要的服務提供者—服務接收者的關系。通過訪談、問卷、行為聚焦和情境分析等方法記錄了二者的心理特征和行為過程，歸納出二者的需求和痛點。公路限高系統作為服務提供者—服務接收者的人際交互的界面，其作用在于代替彼此的角色，匹配對方在交互過程中的需求點，解決對方的痛點，有助于建立二者的契合關系。

根據上述人際交互關系研究的結果，首先，確定出智能路線規(guī)劃與導航、車輛高度測量與判斷、易識別的警示提醒、安全碰撞裝置、違章記錄與處罰等系統目標事件;其次，界定目標事件之間的結構關系，分析各事件中司機駕駛行為和交通管理行為，構建出公路限高系統的關系框架圖（如圖1），通過疏導式限高服務保障駕駛者的安全，減輕交管人員的工作負荷，提高執(zhí)法效率，提高雙方對于公共事務的滿意度和投入度。

4.2面向城市形象體驗的系統外觀設計

智能限高桿作為代表執(zhí)法部門的公共服務設施，其造型可參考工業(yè)設備的硬朗風格，突出限高桿的裝備感，給用戶帶來穩(wěn)定可靠的心理感受;其色彩采用交通設施或標志的標準用色，在符合國家關于交通工具法規(guī)的基礎上，可以提高公路限高桿在各種時間段和天氣條件下的易識別性。根據上述分析，經過頭腦風暴得到草圖方案，篩選出如圖2所示的最終外觀方案。界面設計采用簡約的風格，視覺化設計方案如圖3所示。

4.3基于先進技術構建的系統交互方式

智能限高桿是公路限高系統的關鍵交互要素。公路限高系統的自然交互設計體現在基于視覺、聽覺通道的預警交互上。如圖4所示，智能限高桿的自然交互是基于攝像頭、通信模塊、紅外線測高模塊、太陽能電板和交通信號燈等硬件元件，實現監(jiān)視、測高、判定、傳輸和取證等功能，其中通信模塊是系統的中樞，首先要調度太陽能面板向系統提供電源，紅外測高模塊采集車輛尺寸數據，攝像頭記錄車輛的通行信息和抓拍超高車輛的違章行為。通信中樞依據感知和識別到的環(huán)境信息和車輛尺寸進行智慧執(zhí)法決策，再傳輸給交通信號模塊，并指揮模塊通過易識別的視覺和聲音通道將通行信息反饋給司機，有效提高智能限高桿的辨識度和應急事件管理的精準度。公路限高系統的自然交互設計也體現在材料和結構等硬件設計上，例如，采用片狀的橡膠緩沖材料和活動連接結構來減少車輛與限高桿碰撞時的人員傷害，保護限高桿的主體結構，減少經濟損失。

4.4 基于行為邏輯規(guī)劃的系統交互過程

面向突發(fā)應急事件管理和疏導服務兩個交互場景，智能限高系統的人—車—桿交互過程包括基于限高桿的近場交互和基于手機APP的遠程交互兩方面。

4.4.1基于智能限高桿的近場交互過程

當車輛靠近時，智能限高桿實時感知車輛的高度信息，經后臺程序判定后，通過多交互通道向駕駛人傳遞通行信息，用戶參照信息對車輛執(zhí)行相應操作;最后，自動啟動智能限高桿的功能模塊，獲取和記錄用戶駕駛信息，判定駕駛行為的合法性，將管理決策發(fā)送給后臺的交通管理人員審核。限高任務的故事板如圖5所示。

4.4.2 基于服務APP的遠程交互過程

用戶可通過服務APP查詢城市限高設施的位置，根據載貨車輛規(guī)格合理地規(guī)劃駕駛路線，完成實時導航服務，即基于APP實現人—車—桿的遠程交互。

APP的功能框架如圖6所示，用戶通過登錄頁面進入APP主頁后，完成個人信息管理和個性化路線導航任務。個人信息包括個人車輛尺寸和車輛違章等信息，個性化路線導航包括限高設施位置查詢、目的地選擇、路線規(guī)劃和導航服務。由于安全駕駛的需要，駕駛員在車輛行駛時采用以語音交互為主，以視覺交互為輔的方式。

5結語

公路限高系統的交互設計，有助于理清智慧城市背景下復雜系統的深層邏輯，如有效地匹配服務提供者—服務接收者的需求關系，自然地應對公路限高管理的復雜場景，安全且精準地實現交互目標等。本研究提出的公路限高系統交互設計策略和實踐案例，能夠改進目前同類產品的設計理念，實現以公共設施為服務界面，構建和諧的服務提供者—服務接收者關系以及實現高效的城市公共服務效益的設計目標。