高鐵車廂乘客設(shè)施的智能技術(shù)融合研究

張野，宋佳玥，張鑫

高鐵車廂乘客設(shè)施的智能技術(shù)融合研究

張野，宋佳玥，張鑫

（北京交通大學(xué)，北京 100044）

明確高鐵乘客智能化功能需求，提出高效能的車廂乘客設(shè)施智能技術(shù)應(yīng)用體系。運(yùn)用服務(wù)設(shè)計(jì)、行為分析、用戶痛點(diǎn)研究、需求-滿意度模型等進(jìn)行智能化功能需求分析，通過專家訪談、文獻(xiàn)梳理、總結(jié)歸納等方式進(jìn)行類型研究。在分析高鐵乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將其轉(zhuǎn)化為具有優(yōu)先級(jí)的智能化功能需求，進(jìn)而明確車廂設(shè)施載體的智能化應(yīng)用機(jī)會(huì)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有智能化技術(shù)分析，明確車廂7類區(qū)域設(shè)施與智能技術(shù)結(jié)合的原則及技術(shù)要素，最終提出高鐵車廂乘客設(shè)施的智能技術(shù)應(yīng)用體系。在智慧高鐵時(shí)代下，明確乘客設(shè)施智能化技術(shù)應(yīng)用的要素及原則尤為必要，可以為未來的列車設(shè)計(jì)人員提供有關(guān)如何運(yùn)用智能設(shè)施及其技術(shù)提升乘客體驗(yàn)的理論知識(shí)和實(shí)踐參考。

智慧高鐵；乘客設(shè)施；智能化；技術(shù)應(yīng)用

智慧高鐵系統(tǒng)作為世界鐵路未來的發(fā)展方向，是高鐵安全苛求巨系統(tǒng)與“云物移大智”等新興變革性使能與賦能技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，是認(rèn)知和行為科學(xué)在深度融合的基礎(chǔ)上，全面感知系統(tǒng)，分析其機(jī)理并優(yōu)化其行為，使列車在運(yùn)行、維修、運(yùn)營服務(wù)等方面具備可演進(jìn)提升的自感知、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自決策、自修復(fù)的能力，從而實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)自主運(yùn)行、自診斷狀態(tài)維修、自適應(yīng)易行服務(wù)的新一代高速鐵路系統(tǒng)。在此背景下，列車工業(yè)設(shè)計(jì)也在歷經(jīng)了“人機(jī)工程學(xué)”“產(chǎn)品語意學(xué)”“人性化設(shè)計(jì)”“服務(wù)設(shè)計(jì)”等階段后，全面進(jìn)入了“智能設(shè)計(jì)”時(shí)代。因此，明確乘客的智能化應(yīng)用需求，分析現(xiàn)階段車廂設(shè)施與智能技術(shù)結(jié)合的可能性，構(gòu)建“乘客需求+設(shè)施載體+智能技術(shù)”的應(yīng)用體系，是列車工業(yè)設(shè)計(jì)界需要優(yōu)先探討的關(guān)鍵問題。

1 高鐵智能化應(yīng)用研究現(xiàn)狀

乘客服務(wù)設(shè)施研究是高鐵智能化應(yīng)用的前提，已引起了國內(nèi)外廣泛的學(xué)術(shù)關(guān)注，法國TGV與德國ICE等企業(yè)已采用人機(jī)工程學(xué)與服務(wù)設(shè)計(jì)結(jié)合的方式對(duì)高鐵車廂設(shè)施進(jìn)行再設(shè)計(jì)[1]。劉羽等[2]通過研究不同年齡段、不同性別的軌道交通乘客信息需求及行為路徑，歸納了各類年齡段乘客接受信息的渠道與偏好；陳悅勤[3]對(duì)上海市軌道交通進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查及市場需求分析，明確了乘客對(duì)公共設(shè)施有不同的完善和增設(shè)需求；Shostack[4]、Alan等[5]和Parasuraman等[6]等通過服務(wù)藍(lán)圖法，分析乘客在高鐵二等座車廂服務(wù)體系中重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。這些前期工作積累了大量用戶研究成果，明確了高鐵車廂乘客服務(wù)設(shè)施的基本要素組成，為進(jìn)一步分析智能化與高鐵乘客設(shè)施的融合性問題奠定了基礎(chǔ)。

在智能技術(shù)應(yīng)用方面，自2017年起，依托智慧京張、智慧京雄等重點(diǎn)項(xiàng)目，我國從工程建設(shè)、技術(shù)設(shè)備和經(jīng)營服務(wù)等方面開展創(chuàng)新實(shí)踐，初步構(gòu)建了中國智慧高鐵的系統(tǒng)雛形。在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，復(fù)興號(hào)CR400BF-C型列車首次實(shí)現(xiàn)了時(shí)速350 km/h、自動(dòng)駕駛（有人值守）、智能交互終端、乘客信息系統(tǒng)等功能，使之初步具備了智能化列車的特征。艾渤等[7]提出5G物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于車站智能安防系統(tǒng)與智能傳感設(shè)備，能夠通過視頻監(jiān)測判斷人員擁擠度，并進(jìn)行溫濕度的自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)。智能化列車票務(wù)系統(tǒng)也能實(shí)現(xiàn)座位資源的優(yōu)化分配。但車廂乘客設(shè)施的智能化應(yīng)用尚不全面，相關(guān)研究主要集中于座椅、空調(diào)、照明等方面，其中依據(jù)乘客生理信息實(shí)現(xiàn)座椅自適應(yīng)調(diào)節(jié)的研究較為廣泛，張清奎等[8]通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)在高鐵車廂內(nèi)建立智能專家系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)座椅自適應(yīng)主動(dòng)減振控制與傳感器抗疲勞設(shè)計(jì)，通過調(diào)節(jié)座椅的角度、氣墊壓力等，能夠提升座椅的舒適性。智能化應(yīng)用研究的另一個(gè)重點(diǎn)在于為乘客提供多樣化的娛樂內(nèi)容和互動(dòng)體驗(yàn)，如VR游戲、互聯(lián)網(wǎng)電視、音視頻等。主動(dòng)噪聲控制與車內(nèi)低頻噪聲控制技術(shù)的發(fā)展也為滿足乘客的空間私密性需求提供了可能。

整體看來，當(dāng)前高鐵智能化應(yīng)用研究多偏重列車運(yùn)行、運(yùn)營等方面，面向乘客體驗(yàn)設(shè)施的智能化應(yīng)用維度較為單一。應(yīng)在全面梳理乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)評(píng)估各項(xiàng)需求機(jī)會(huì)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)及其涉及的空間資源博弈，結(jié)合對(duì)現(xiàn)有空間區(qū)域設(shè)施的分析，明確智能化功能需求，并綜合考慮現(xiàn)有條件下的智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度、成本及其時(shí)效性，實(shí)現(xiàn)乘客需求、設(shè)施載體、智能技術(shù)的三者融合，以求得最優(yōu)的應(yīng)用效能。

2 高鐵乘客智能化功能需求分析

明確需要優(yōu)先滿足的高鐵乘客智能化功能需求，是智能技術(shù)高效應(yīng)用于車廂設(shè)施的前提。應(yīng)首先尋找乘客需求與空間設(shè)施服務(wù)之間的差距及痛點(diǎn)，并將其轉(zhuǎn)化為具體的智能化功能需求，進(jìn)而使用乘客需求-滿意度模型對(duì)其展開評(píng)估，從而遴選出其中最具智能化價(jià)值的高效功能需求。

2.1 高鐵乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)分析

高鐵出行場景中的人-機(jī)-環(huán)關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，乘客行為容易受到空間資源和行為觸點(diǎn)的限制，導(dǎo)致“需求-行動(dòng)”通道受阻，產(chǎn)生一系列體驗(yàn)痛點(diǎn)問題。而服務(wù)設(shè)計(jì)將工業(yè)設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的“人-機(jī)”關(guān)系研究拓展為“人-機(jī)-事”的研究，可以幫助研究人員精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)乘客旅程體驗(yàn)中的痛點(diǎn)問題，有助于明確各需求要素，構(gòu)建主次有序的乘客需求機(jī)會(huì)點(diǎn)。目前，高鐵二等車廂的客運(yùn)量較大，但智能化應(yīng)用程度較低。因此，本文以中國智能化程度最高的復(fù)興號(hào)CR400BF型京張高鐵列車二等服務(wù)設(shè)施為研究對(duì)象，通過分析乘客全流程旅行行為需求，發(fā)現(xiàn)旅程中存在的乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)。

通過服務(wù)設(shè)計(jì)的實(shí)地服務(wù)走查與建設(shè)性交互研究法，結(jié)合環(huán)境學(xué)行為學(xué)中的行為約束、行為規(guī)律、行為軌跡圖分析法，對(duì)北京至張家口線路中的CR400BF型高鐵二等車廂展開全流程乘客行為勘測。調(diào)研內(nèi)容包括對(duì)乘客一系列行為活動(dòng)的觀察，以及對(duì)40名乘客進(jìn)行深入訪談。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)盡管高鐵二等座車廂內(nèi)乘客的個(gè)體參數(shù)（包括年齡、性別、職業(yè)、學(xué)歷水平、出行目的、出行人數(shù)等）存在差異，乘坐流程也可能因不同站點(diǎn)和人流量而異，但他們從進(jìn)入車廂到離開車廂的行為呈現(xiàn)出高度的相似性。為更加準(zhǔn)確地解讀乘客在不同階段的需求，結(jié)合智慧高鐵乘客出行行為特征，界定了乘客的7個(gè)主要行為階段：進(jìn)入車廂、尋找座位、放置行李、乘坐高鐵、取回行李、等候下車、離開車廂。通過階段劃分和行為節(jié)點(diǎn)劃分，共計(jì)得出27個(gè)主要行為節(jié)點(diǎn)（見圖1）。

針對(duì)上述27個(gè)行為節(jié)點(diǎn)，通過訪談法及服務(wù)設(shè)計(jì)接觸點(diǎn)進(jìn)行分析，得到乘客流通閉塞、乘坐舒適性差、空間狹窄等46個(gè)多數(shù)乘客公認(rèn)的體驗(yàn)痛點(diǎn)，進(jìn)而依據(jù)乘客反饋的強(qiáng)烈程度對(duì)上述痛點(diǎn)問題進(jìn)行排序，排除部分現(xiàn)有技術(shù)難以達(dá)到、無智能化技術(shù)應(yīng)用必要的痛點(diǎn)問題，并對(duì)類似項(xiàng)進(jìn)行合并，最終整合篩選出30個(gè)最為重要的乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)問題，將其代入7個(gè)主要行為階段中，建立了智慧高鐵乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)模型?？梢钥闯?，乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)問題主要集中在乘坐高鐵、取回行李兩個(gè)行為階段中，其中前者是耗時(shí)最長的階段，特別是在客流高峰期，這些問題表現(xiàn)得更加突出（見圖2）。

圖1 智慧高鐵用戶行為階段與行為結(jié)點(diǎn)

圖2 智慧高鐵乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)模型

2.2 痛點(diǎn)向智能化功能需求轉(zhuǎn)化

采用文獻(xiàn)研究法、專家訪談法，進(jìn)一步分析解決乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的智能化功能，其中乘坐階段的乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)共計(jì)18個(gè)，轉(zhuǎn)化為12個(gè)智能化功能需求點(diǎn)（見圖3），非乘坐階段的乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)12個(gè)，轉(zhuǎn)化為9個(gè)智能化功能需求點(diǎn)（見圖4），總計(jì)21個(gè)。

2.3 智能化功能需求優(yōu)先級(jí)評(píng)估

在智慧高鐵場景下，智能化功能的優(yōu)先級(jí)與乘客需求強(qiáng)度、技術(shù)可行性、乘客反饋和體驗(yàn)等因素密切相關(guān)。在技術(shù)可行性方面，功能轉(zhuǎn)化初期已排除現(xiàn)有技術(shù)達(dá)不到或?qū)崿F(xiàn)難度較高的功能。因此，主要考慮需求強(qiáng)度、乘客反饋與體驗(yàn)兩個(gè)因素對(duì)功能優(yōu)先級(jí)的影響。通過實(shí)地與網(wǎng)絡(luò)問卷相結(jié)合的調(diào)研形式，共發(fā)放問卷130份，收回123份，回收率為95%。該問卷要求被測者對(duì)21個(gè)智能化功能需求點(diǎn)分別進(jìn)行功能需求程度與滿意度打分，每個(gè)智能化功能需求點(diǎn)的評(píng)估分?jǐn)?shù)范圍為1～10。將收集到的數(shù)據(jù)分別計(jì)算均值并分類后，繪制高鐵乘客需求-滿意度評(píng)估模型（見圖5），依據(jù)功能需求強(qiáng)弱、滿意度高低將21個(gè)智能化功能需求點(diǎn)分為4大類功能類型：

1）基本功能需求（高需求度-低滿意度），該功能的提供不會(huì)增加乘客滿意度，但如不供給則滿意度會(huì)顯著下降?；竟δ苄枨笫菍?shí)現(xiàn)車廂內(nèi)功能智能化的基礎(chǔ)，包括座椅導(dǎo)向信息提示、設(shè)施使用情況自感知，為智能化模塊提供了基本的信息反饋和自動(dòng)化控制，屬于首先需要保證的功能。

2）核心功能需求（高需求度-高滿意度），滿足該需求，乘客滿意度會(huì)提升，反之則滿意度會(huì)降低。該類功能讓高鐵設(shè)施更加符合乘客期望，如個(gè)性化娛樂、乘客久坐疲勞狀態(tài)自感知等功能可以極大地提高乘客體驗(yàn)的滿意度，在功能重要程度上僅次于基本型。

圖3 乘坐階段乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)向智能化功能需求點(diǎn)的轉(zhuǎn)化

圖4 非乘坐階段乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)向智能化功能需求點(diǎn)的轉(zhuǎn)化

3）提升功能需求（低需求度-高滿意度），該功能的提供會(huì)產(chǎn)生明顯的滿意度提升，但不供給也不會(huì)使?jié)M意度下降。如智能送餐、行李架自動(dòng)鎖定與解鎖等非剛需性功能一旦提供，就能極大地提高乘客滿意度，帶來驚喜體驗(yàn)感，因此，此類功能需求應(yīng)盡量滿足。

4）輔助功能需求（低需求度-低滿意度），指該類別不論是否以智能化方式滿足需求，都幾乎不會(huì)給乘客體驗(yàn)帶來影響，如個(gè)性化調(diào)整局域光的顏色、增加智能充電接口等，由于這些功能通過非智能化手段也能取得類似的效果，所以即使不具有智能化功能，乘客也不會(huì)感到不滿意。

依據(jù)4種功能類型的特征定義，進(jìn)一步將研究對(duì)象聚焦于基本功能需求、核心功能需求、提升功能需求3個(gè)方面的16個(gè)主要智能化功能。在滿足基本功能需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)著重關(guān)注核心功能需求，也建議逐步增加提升功能需求。輔助功能需求不會(huì)對(duì)乘客體驗(yàn)產(chǎn)生較大影響，故其所屬的5種智能化功能需求無須作進(jìn)一步探討。

3 現(xiàn)有乘客設(shè)施的智能化設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)

在《O2O用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)五線譜》一書中，用戶行為被比作連續(xù)且富有彈性的音符，而在高鐵場景中，乘客的需求和動(dòng)機(jī)是復(fù)雜的，其行為在不同的功能空間中切換，承接其行為的設(shè)施是滿足需求的主要觸點(diǎn)。因此，對(duì)于智能化高鐵車廂設(shè)計(jì)，需要根據(jù)乘客的行為方式對(duì)現(xiàn)有車廂設(shè)施進(jìn)行分類，找到乘客行為交叉密度高、智能化機(jī)會(huì)廣闊的設(shè)施類別，以尋找智能化解決乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)問題的機(jī)會(huì)點(diǎn)。

圖5 智能化功能需求-滿意度評(píng)估模型

根據(jù)車廂內(nèi)乘客發(fā)生行為時(shí)所處空間的行為觸點(diǎn)和設(shè)施功能特征，可以將CR400BF型京張高鐵二等車廂中的現(xiàn)有設(shè)施分為七類，分別為乘坐類（A）、環(huán)境類（B）、行李儲(chǔ)存類（C）、衛(wèi)生類（D）、餐飲類（E）、通行類（F）、娛樂類（G）。根據(jù)上述需求和行為調(diào)研，結(jié)合高鐵設(shè)施對(duì)用戶服務(wù)質(zhì)量影響度排序的相關(guān)研究結(jié)論，發(fā)現(xiàn)盡管旅途中乘客行為節(jié)點(diǎn)眾多，但從全流程表現(xiàn)來看，乘坐類設(shè)施無疑是行為發(fā)生的核心區(qū)，其次是環(huán)境和行李儲(chǔ)存類，依照行為發(fā)生頻率，可將七類設(shè)施按A—G依次進(jìn)行排序[9-10]，并對(duì)各個(gè)區(qū)域涉及的主要設(shè)施進(jìn)行梳理（見圖6）。

乘坐類的核心是座椅，每位乘客相對(duì)獨(dú)立，乘客的控制程度最高，具有一定的個(gè)性化操作空間。調(diào)研結(jié)果表明，乘客在此區(qū)域的時(shí)間最長，發(fā)生的行為也最多，除了休息、工作、閱讀和交談等一系列旅行活動(dòng)之外，80%以上的乘客還選擇在座椅上進(jìn)行餐飲和娛樂，然而，當(dāng)前座椅存在私密性相對(duì)不足、可控性低和座椅自感知性能缺失等問題，未來可通過個(gè)性空間分割、交互控制、自感知、自適應(yīng)等智能化功能，較大幅度地提升乘客舒適性。此外，現(xiàn)有環(huán)境類設(shè)施多為集中控制，但智能化程度不高，尚不能通過環(huán)境監(jiān)測實(shí)時(shí)調(diào)整最為適宜的溫濕度、亮度，更無法滿足乘客對(duì)上述方面的個(gè)性化需求；行李儲(chǔ)存區(qū)域由于開放性大、可控性低，位置多不在視線范圍內(nèi)，因此很多乘客非常擔(dān)心行李的安全性[11]。此外，在旅途中感到無聊也是乘客較為關(guān)注的體驗(yàn)痛點(diǎn)之一，由于二等車廂的娛樂功能供給不足，多數(shù)乘客常通過手機(jī)打發(fā)時(shí)間，滿足智能化休閑娛樂需求顯然是未來智慧高鐵設(shè)計(jì)需要關(guān)注的“亮點(diǎn)”工作，這部分需要與乘客智能手機(jī)形成“拓展接口”，強(qiáng)化其機(jī)器學(xué)習(xí)、智能推薦的能力，提供具有差異化的內(nèi)容或方式，為乘客帶來精準(zhǔn)、新鮮的出行休閑娛樂體驗(yàn)。

圖6 七大設(shè)施類別及其主要設(shè)施

將A—G類設(shè)施與7個(gè)行為階段進(jìn)行交叉對(duì)比，并代入前文總結(jié)的17個(gè)重要智能化功能需求點(diǎn)中，得到高鐵智能化設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)（見圖7）。圖5反映了智能化功能需求所屬的行為階段及設(shè)施類別。未來的智慧高鐵系統(tǒng)將運(yùn)用“云物移大智”技術(shù)，全面代入高鐵智能化設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)，以提升乘客的出行體驗(yàn)。

圖7 高鐵智能化設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)點(diǎn)

4 高鐵乘客設(shè)施智能技術(shù)應(yīng)用原則及其要素

當(dāng)前人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)終端和大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)發(fā)展迅速，未來將會(huì)有更多智能化技術(shù)投入現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。如利用智能語音助手查詢車次信息、訂購餐飲等個(gè)性化服務(wù)已不再是技術(shù)障礙。大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)乘客的出行行為、生理數(shù)據(jù)、服務(wù)偏好等進(jìn)行分析，為其提供更加個(gè)性化的綜合服務(wù)。云計(jì)算技術(shù)也可以將海量音樂、電影等資源存儲(chǔ)在云端，使乘客可以通過自帶的移動(dòng)設(shè)備隨時(shí)隨地?fù)碛懈哔|(zhì)量的娛樂體驗(yàn)。尤其是隨著ChatGPT等人工智能工具的快速發(fā)展，智能問答、智能搜索等儼然已成為當(dāng)下的熱點(diǎn)技術(shù)，應(yīng)快速將其融入智慧高鐵建設(shè)中。

通過文獻(xiàn)研究和專家訪談法，歸納了當(dāng)前可實(shí)現(xiàn)性較高的智能設(shè)施載體，包括乘客自帶的手機(jī)及高鐵車廂已有的乘客設(shè)施，如電子顯示屏、觸控屏、攝像頭等，也包括當(dāng)前有條件引入高鐵車廂的智能化設(shè)施，如智能機(jī)器人、VR設(shè)備等，總計(jì)18個(gè)。通過移動(dòng)智能、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、其他技術(shù)等4個(gè)方面的子技術(shù)，闡述了智能技術(shù)與智能設(shè)施載體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以看出，部分設(shè)施載體融合了多種智能化技術(shù)（見圖8）。至此，研究已明確分析了智能化功能需求、現(xiàn)有設(shè)施載體、現(xiàn)有智能技術(shù)3個(gè)方面的組成要素，將進(jìn)一步探討三者融合的原則。

遵循低成本、高效益、重體驗(yàn)的智慧高鐵設(shè)計(jì)原則，將智能技術(shù)賦能于設(shè)施，成為建設(shè)智慧高鐵系統(tǒng)的關(guān)鍵。在考慮乘客行為與設(shè)施相關(guān)性、智能控制集中與分散應(yīng)用經(jīng)濟(jì)成本、功能時(shí)效性、技術(shù)難度等現(xiàn)實(shí)因素后，提出個(gè)體控制、共用協(xié)調(diào)、節(jié)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)三大優(yōu)先設(shè)計(jì)原則，并應(yīng)用于高鐵車廂內(nèi)的各設(shè)施建設(shè)，實(shí)現(xiàn)功能落地。

1）個(gè)體控制優(yōu)先原則。智慧高鐵時(shí)代強(qiáng)調(diào)設(shè)施的定制化、個(gè)性化，座椅作為未來的智能化控制單元，將成為乘客的核心控制集成終端，匯聚了乘坐、餐飲、娛樂等智能化功能需求。根據(jù)乘客的個(gè)性化需求，通過座椅設(shè)施的自主調(diào)節(jié)和管理，為其提供個(gè)性化服務(wù)。

2）節(jié)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)優(yōu)先原則。未來，智能高鐵系統(tǒng)將覆蓋高鐵行駛過程中“人—機(jī)—環(huán)”的各個(gè)部分，需要關(guān)注乘客在旅程中存在的諸多行為節(jié)點(diǎn)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將各個(gè)節(jié)點(diǎn)與終控端實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，通過傳感類載體實(shí)時(shí)感應(yīng)乘客、高鐵設(shè)施、環(huán)境情況，以提升整個(gè)系統(tǒng)的安全性，并提高乘客的舒適度。

圖8 高鐵設(shè)施載體與智能技術(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系

3）共用協(xié)調(diào)優(yōu)先原則。在高鐵內(nèi)部設(shè)施的設(shè)計(jì)和配置過程中，需要根據(jù)乘客行為關(guān)系，考慮不同設(shè)施之間的共用和協(xié)調(diào)。運(yùn)用人工智能中的云計(jì)算、調(diào)控等技術(shù)，賦能于行李儲(chǔ)存區(qū)域、通道區(qū)域等公共空間中的核心設(shè)施。在保證整個(gè)高鐵系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，既要在公共空間中滿足乘客需求，避免在交叉行為中產(chǎn)生沖突矛盾，又要減少設(shè)施的冗余和浪費(fèi)，以提高智能化資源利用效率。如合并精簡攝像頭數(shù)量，界定個(gè)性化智能設(shè)備的投放條件等。

上述三種智能化應(yīng)用原則，面對(duì)不同的設(shè)備類型，有不同的運(yùn)用策略。乘坐、餐飲、娛樂類設(shè)施，應(yīng)遵從個(gè)體控制優(yōu)先原則；環(huán)境、衛(wèi)生類設(shè)施，應(yīng)遵從節(jié)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)優(yōu)先原則；行李存儲(chǔ)和通道類設(shè)施，應(yīng)遵從共用協(xié)調(diào)優(yōu)先原則（見圖9）。

4.1 乘坐、餐飲、娛樂區(qū)設(shè)施的智能技術(shù)應(yīng)用

座椅是乘坐類設(shè)施實(shí)現(xiàn)智能化需求的中心，圍繞座椅扶手、前排座椅靠背等人機(jī)交互區(qū)域，可搭載語音交互設(shè)備、觸控屏幕等附屬設(shè)備，形成相對(duì)獨(dú)立的“智能設(shè)備群組單元”，未來將是多種技術(shù)高度融合的智能服務(wù)終端。座椅涉及的智能服務(wù)因素較多，根據(jù)前文的研究可知，有多達(dá)6個(gè)智能化功能需求需要在此實(shí)現(xiàn)，需要評(píng)估上述功能需求的主次關(guān)系。其中，座椅“久坐疲勞狀態(tài)自感知”是綜合評(píng)估最高的智能服務(wù)要素，其具體服務(wù)措施是指利用壓力傳感器感知乘客的坐姿、身體狀況和活動(dòng)情況，運(yùn)用人工智能算法分析、推斷乘客的久坐與疲勞狀態(tài)，通過語音交互和觸控屏幕來獲取乘客的反饋和指令，進(jìn)一步優(yōu)化座椅的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)系統(tǒng)檢測到乘客的久坐狀態(tài)時(shí)，可以通過界面或語音交互方式向乘客提供相應(yīng)的提醒，建議乘客適當(dāng)站立或活動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)檢測到乘客的疲勞狀態(tài)時(shí)，可以通過自動(dòng)調(diào)節(jié)座椅的傾斜角度、提供輕柔的按摩功能等方式，幫助乘客緩解疲勞。此外，“座椅導(dǎo)向信息提示”“座椅狀態(tài)自適應(yīng)調(diào)節(jié)”“空間私密性視聽”的需求評(píng)估也較高，這些功能可以提升乘客的旅行舒適度和乘坐體驗(yàn)。而“到站信息提示”“天氣信息提示”與“遺忘物品提示”的需求評(píng)估相對(duì)較低。

圖9 高鐵設(shè)施智能技術(shù)及融合原則

餐飲設(shè)施的智能化服務(wù)機(jī)會(huì)點(diǎn)在于智能送餐。大數(shù)據(jù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可滿足這一需求，通過大數(shù)據(jù)深度挖掘分析乘客的訂單信息和歷史數(shù)據(jù)，獲取乘客的餐飲偏好與消費(fèi)習(xí)慣，從而推薦個(gè)性化的餐飲菜品和優(yōu)惠活動(dòng)，下單后根據(jù)用戶的訂單信息和座位號(hào)，通過智能機(jī)器人提供送餐服務(wù)，自動(dòng)將食品送至用戶所在位置，從而提高用戶滿意度和消費(fèi)體驗(yàn)。

娛樂設(shè)施的服務(wù)機(jī)會(huì)點(diǎn)是個(gè)性化娛樂?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，可以為乘客提供電影、音樂、游戲、在線購物等娛樂活動(dòng)，通過人工智能算法、大數(shù)據(jù)技術(shù)來推薦個(gè)性化的娛樂內(nèi)容，還可根據(jù)乘客的觸控行為、歷史數(shù)據(jù)、興趣偏好、用戶評(píng)分等信息，為乘客提供相應(yīng)的娛樂內(nèi)容[12]。圖10描述了在乘坐、餐飲、娛樂類設(shè)施上，為滿足上述8種智能化功能需求，所應(yīng)用的智能技術(shù)及其載體。

4.2 環(huán)境、衛(wèi)生區(qū)域設(shè)施的智能技術(shù)應(yīng)用

空調(diào)、照明設(shè)備等是主要的環(huán)境類設(shè)施，主要的智能化機(jī)會(huì)點(diǎn)在于空氣溫濕度及光線的自感知、自適應(yīng)調(diào)節(jié)。環(huán)境區(qū)域內(nèi)安裝的各類傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測車廂內(nèi)溫濕度與空氣質(zhì)量等環(huán)境數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)條件進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。如溫度傳感器收集溫度數(shù)據(jù)后上傳至智能控制系統(tǒng)，通過大數(shù)據(jù)分析或云計(jì)算等智能技術(shù)得出室內(nèi)實(shí)際溫度與人類最適合體感溫度之間的差值，獲得人類最適宜的體感溫度，從而向空調(diào)下達(dá)指令，使車廂內(nèi)溫度滿足使用者的實(shí)際需求[13]。智能控制系統(tǒng)和傳感器應(yīng)遵循節(jié)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)控制原則，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和智能化資源的合理利用。

圖10 乘坐、餐飲、娛樂類設(shè)施的智能化技術(shù)應(yīng)用要素

衛(wèi)生區(qū)域的智能化機(jī)會(huì)點(diǎn)在于設(shè)備使用情況自感知。通過智能傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測衛(wèi)生設(shè)施的使用情況和清潔狀態(tài)，如監(jiān)測水龍頭的開啟關(guān)閉狀態(tài)，記錄用水量、水溫等信息。洗手間安裝的人體傳感器可以監(jiān)測使用的時(shí)間和頻率等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以幫助維護(hù)人員快速定位和解決問題，也有助于對(duì)衛(wèi)生區(qū)域進(jìn)行物料補(bǔ)充或維護(hù)管理（見圖11）。

4.3 行李儲(chǔ)存、通道類設(shè)施的智能技術(shù)應(yīng)用

行李儲(chǔ)存類設(shè)施需要滿足的智能化功能需求機(jī)會(huì)點(diǎn)分別為：行李架擺放安全提示、空缺及最優(yōu)位置、自動(dòng)裝卸和自動(dòng)鎖定解鎖。智能攝像頭可以識(shí)別行李架空余數(shù)量及其具體定位，并將其顯示在車廂顯示屏上，為乘客快速放置行李架提供信息，也可使用語音提示提醒乘客合理安全擺放行李的方式方法。在儲(chǔ)存放置方面，可以實(shí)現(xiàn)行李架自動(dòng)裝卸與調(diào)整，智能機(jī)器人可以輔助乘客將較重的行李放到行李架上，還可以根據(jù)行李架空間和行李的擺放情況，自動(dòng)調(diào)整行李的位置，以確保行李的合理擺放和乘客的安全。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以將行李架和觸控屏幕終端設(shè)備連接起來，讓乘客可以通過終端設(shè)備對(duì)行李架進(jìn)行行李鎖定和解鎖，實(shí)現(xiàn)對(duì)行李架的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。這些智能功能的應(yīng)用可以幫助乘客更加便捷地使用行李儲(chǔ)存區(qū)域，減少行李儲(chǔ)存的時(shí)間，減少因不合理行李儲(chǔ)存帶來的安全隱患。行李的智能技術(shù)應(yīng)用不限于車內(nèi)，通過對(duì)乘客攜帶行李數(shù)量、體積偏好的大數(shù)據(jù)分析，可以預(yù)判整列車廂的行李總數(shù)，并在購票階段，據(jù)此進(jìn)行乘客的位置智能調(diào)配，使各車廂的行李分布呈現(xiàn)最優(yōu)方案。

通道區(qū)域空間狹窄，乘客之間容易發(fā)生擁擠碰撞，可以通過智能化應(yīng)用保障乘客安全?！氨O(jiān)測-提醒-引導(dǎo)”是安全服務(wù)功能的基本機(jī)制，實(shí)時(shí)監(jiān)控安全隱患的智能設(shè)備是這一機(jī)制的前端，包括設(shè)置于車廂地面用于測量人群密度和壓力的激光傳感器或壓力傳感器[14]，以及實(shí)時(shí)監(jiān)測人流密度、障礙人群行為的智能攝像頭。在“提醒-引導(dǎo)”方面，可通過車內(nèi)顯示屏實(shí)時(shí)顯示通道的擁擠情況，以提醒乘客避免擁堵，還可以通過語音交互為視力受損的乘客提供引導(dǎo)，此外，車廂內(nèi)設(shè)置的智能服務(wù)機(jī)器人，可以為弱勢(shì)群體提供更為全面的引導(dǎo)服務(wù)（見圖12）。

圖11 環(huán)境、衛(wèi)生類設(shè)施的智能化技術(shù)應(yīng)用要素

圖12 行李儲(chǔ)存及通道類設(shè)施的智能技術(shù)應(yīng)用要素

5 高鐵乘客設(shè)施的智能技術(shù)融合體系

將研究涉及的“人-物-技術(shù)”的全部要素進(jìn)行關(guān)系整合，可以描述基于乘客需求的高鐵車廂智能化設(shè)施的分析與構(gòu)建過程[15]，從而構(gòu)建高鐵車廂乘客設(shè)施的智能技術(shù)融合體系。一方面，該體系描述了從人群行為分析出發(fā)得到乘客體驗(yàn)痛點(diǎn)，并將其轉(zhuǎn)化為智能化功能需求的過程，而“智能化功能需求-現(xiàn)有設(shè)施-乘客行為”的結(jié)合，形成了智能化設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)點(diǎn)。另一方面，也描述了將智能技術(shù)應(yīng)用于智能載體，與現(xiàn)有設(shè)施實(shí)現(xiàn)了三者的融合應(yīng)用。該體系的提出，構(gòu)建了一種乘客設(shè)施智能化設(shè)計(jì)的理論模型（見圖13）。

6 結(jié)語

高鐵智能化建設(shè)是智慧交通發(fā)展的必然趨勢(shì)，而乘客服務(wù)設(shè)施的智能化則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要組成部分。本文以二等車廂為例，通過大量調(diào)研構(gòu)建出智慧高鐵乘客出行需求-行為-設(shè)施新體系，并深入挖掘車廂各區(qū)域內(nèi)設(shè)施與智能技術(shù)結(jié)合的可能性，提出了高鐵車廂乘客設(shè)施的智能技術(shù)融合體系，為未來高鐵車廂內(nèi)實(shí)現(xiàn)全智能化設(shè)計(jì)提供了方向和依據(jù)。值得一提的是，本文所分析的智能設(shè)施技術(shù)，雖在當(dāng)下已不存在任何技術(shù)性障礙，但在進(jìn)行應(yīng)用決策時(shí)，還是要綜合考慮現(xiàn)有條件下的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度、成本及其時(shí)效性，也要分析各項(xiàng)機(jī)會(huì)點(diǎn)需求的評(píng)估優(yōu)先級(jí)及其涉及的空間資源博弈，以求得最優(yōu)的應(yīng)用效能。但無論發(fā)展過程如何曲折，未來的高鐵列車必將逐漸呈現(xiàn)“高度智能化”，為乘客出行提供“日趨完美”的服務(wù)體驗(yàn)。

圖13 高鐵車廂乘客設(shè)施的智能技術(shù)融合體系

[1] 陳波. 國外動(dòng)力集中動(dòng)車組網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展與借鑒[J]. 鐵道機(jī)車車輛, 2019, 39(1): 7-14 CHEN Bo. Development and Reference of the TCMS on Power Centralized EMU Abroad[J]. Railway Locomotive & Car, 2019, 39(1): 7-14

[2] 劉羽, 周慧娟. 基于乘客需求的城市軌道交通信息服務(wù)體系總體架構(gòu)[J]. 交通工程, 2019, 19(5): 31-37. LIU Yu, ZHOU Hui-juan. Overall Framework of Urban Rail Transit Information Service System Based on Passenger Demand[J]. Journal of Transportation Engineering, 2019, 19(5): 31-37.

[3] 陳悅勤. 上海市軌道交通乘客市場細(xì)分需求分析——以11號(hào)線為例[J]. 上海質(zhì)量, 2021(9): 45-47. CHEN Yue-qin. Demand Analysis of Passenger Market Segmentation in Shanghai Rail Transit—Taking Line 11 as an Example[J]. Shanghai Quality, 2021(9): 45-47.

[4] SHOSTACK G. Designing Services that Deliver[J]. Harvard Business Review, 1984, 41(1): 73-78.

[5] ALAN W, ZEITHAML V, BITNER M J, et al. Services Marketing: Integrating Customer Focus across the Firm[M].3rd European Edition. New York: Irwin McGraw Hill, 2016.

[6] PARASURAMAN A, ZEITHAML V A, BERRY L L. A Conceptual Model of Service Quality and Its Implications for Future Research[J]. Journal of Marketing, 1985, 49(4): 41.

[7] 艾渤, 馬國玉, 鐘章隊(duì). 智能高鐵中的5G技術(shù)及應(yīng)用[J]. 中興通訊技術(shù), 2019, 25(6): 42-47, 54 AI Bo, MA Guo-yu, ZHONG Zhang-dui. 5G Technologies and Applications in High-Speed Railway[J]. ZTE Technology Journal, 2019, 25(6)42-47, 54

[8] 張清奎, 汪祥支, 徐敏, 等. 基于乘客舒適健康的汽車智能座椅的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 科技視界, 2022(6): 27-29. ZHANG Qing-kui, WANG Xiang-zhi, XU Min, et al. Research on Key Technologies of Automobile Intelligent Seat Based on Comfort and Health of Passengers[J]. Science&Technology Vision, 2022(6): 27-29.

[9] 張貽露, 李志榕. 基于kano模型和乘車體驗(yàn)的高鐵二等座設(shè)施需求研究[J]. 創(chuàng)意設(shè)計(jì)源, 2022(1): 3-4. ZHANG Yi-lu, LI Zhi-rong. Research on the Demands for Second-Class Seat Facilities of High-Speed Rail Based on Kano Model and Travel Experience[J]. Idea & Design, 2022(1): 3-4.

[10] 朱麗瑤. 基于人機(jī)工程學(xué)的短途高鐵內(nèi)部空間設(shè)計(jì)研究[D]. 北京: 北京交通大學(xué). ZHU Li-yao. Research on interior space design of short-distance high-speed railway based on ergonomics[D]. Beijing: Beijing Jiaotong University.

[11] 閆迎月, 易曉, 胡亞峰. 高鐵行李自主管理系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)研究[J]. 工業(yè)工程設(shè)計(jì), 2020(6): 104-110. YAN Ying-yue, YI Xiao, HU Ya-feng. Interface Design of the High-Speed Train Luggage Management System[J]. Industrial&Engineering Design, 2020(6): 104-110.

[12] 龍虎, 彭志勇. 大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化服務(wù)智能推薦系統(tǒng)研究[J]. 信息與電腦(理論版), 2019(10): 140-142. LONG Hu, PENG Zhi-yong. Research on Intelligent Recommendation System of Personalized Service Dri-ven by Big Data[J]. China Computer & Communication, 2019(10): 140-142.

[13] 郭耀輝. 基于大數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù), 2020, 16(30): 246-248. GUO Yao-hui. Research on the Application of Internet of Things Technology Based on Big Data[J]. Computer Knowledge and Technology, 2020, 16(30): 246-248.

[14] 張荊沙, 張琰. 基于人工智能的激光傳感器自動(dòng)控制研究[J]. 激光雜志, 2022, 43(11): 199-203. ZHANG Jing-sha, ZHANG Yan. Research on Automatic Control of Laser Sensor Based on Artificial Intelligence[J]. Laser Journal, 2022, 43(11): 199-203.

[15] 何華武, 朱亮, 李平, 等. 智能高鐵體系框架研究[J]. 中國鐵路, 2019(3): 1-8. HE Hua-wu, ZHU Liang, LI Ping, et al. Study on the System Framework of Intelligent High Speed Railway[J]. Chinese Railways, 2019(3): 1-8.

Intelligent Technology Fusion of Passenger Facilities in High-speed Rail Carriages

ZHANG Ye, SONG Jia-yue, ZHANG Xin

(Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China)

The work aims to clarify the intelligent functional requirements of high-speed rail passengers, and propose a high-efficiency intelligent technology application system for passenger facilities in carriages. Service design, behavior analysis, user pain point research, user needs-satisfaction model, etc. were used to analyze intelligent functional requirements, and type research was conducted through expert interviews, literature review, summary and other methods. The pain points experienced by high-speed rail passengers were analyzed and transformed into priority intelligent functional requirements, and then the intelligent application opportunities of the carriage facility carrier were clarified. Based on analysis combining current intelligent technologies, the principles and technical elements of technology integration of 7 kinds of area facilities and intelligent technologies were clarified, and an intelligent technology application system for high-speed rail passenger facilities was finally proposed. In the era of smart high-speed rail, it is particularly necessary to clarify the elements and principles of intelligent technology application for passenger facilities, which can provide theoretical knowledge and practical reference for future train designers on how to use intelligent facilities and technologies to improve passenger experience.

smart high-speed rail; passenger facilities; intelligence; technology application

TB472

A

1001-3563(2023)12-0049-11

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.12.005

2023–01–27

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題：“面向冬奧的京張高鐵配套視覺全方案設(shè)計(jì)技術(shù)示范”（2020YFF0304106）

張野（1980—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)楣I(yè)設(shè)計(jì)與視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)。

責(zé)任編輯：馬夢(mèng)遙