城市轨道列车虚拟驾驶控制台的交互设计

王轶 罗果 周舒

摘要：目前，城市轨道列车模拟驾驶系统的虚拟驾驶控制台往往是根据某一车型设计的，并不适用于高职院校基础性、通用性的实训教学需求。而某些高职院校根据教学需要开发的虚拟驾驶控制台，设计过于简单，缺乏真实感、人与系统的交互性较差，影响了学生实训教学的效果。利用交互设计技术对城市轨道列车虚拟驾驶控制台的虚拟硬件界面、软件界面进行设计，使虚拟驾驶控制台能够满足城市轨道列车共性的、基础的、必要的操作训练，具有更好的人机交互功能。

关键词：城市轨道列车；虚拟；驾驶控制台；实训教学；交互设计

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）08-0271-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Interactive Design of Virtual Driving Console for Urban Rail Train

WANG Yi， LUO Guo， ZHOU Shu

（Chongqing Vocational College of Public Transportation， Chongqing 402247， China）

Abstract：At present， the virtual driving console of the urban rail train simulation driving system is often designed according to a certain model， which is not suitable for the basic and universal practical training teaching needs of higher vocational colleges. However， the virtual driving console developed by some higher vocational colleges according to the teaching needs is too simple in design， lacks a sense of reality， and the interaction between human and system is poor， which affects the effect of students' practical teaching. The virtual hardware interface and software interface of the virtual driving console of urban rail train are designed by using interactive design technology， so that the virtual driving console can meet the common， basic and necessary operation training of urban rail train， and has better human-computer interaction function.

Key words： city railway train； virtual； driving console； practical teaching； Interaction Design

1 引言

随着我国城市轨道交通行业的飞速发展，各大城市都将城市轨道列车作为缓解交通拥堵的重要途径，成为解决广大人民群众出行的主要交通形式。城市轨道运营里程、列车数量的不断增加，城市轨道交通运营企业对列车驾驶员的岗位需求也越来越大。为满足这一需求，各大高职院校纷纷开设城市轨道列车驾驶专业，广泛采用基于虚拟现实的城市轨道列车模拟驾驶系统对学生开展实训教学。

目前，城市轨道列车模拟驾驶系统的虚拟驾驶控制台往往是根据某一车型设计的，操作训练的针对性较强，并不适用于高职院校基础性、通用性的实训教学需求。为解决这一问题，某些高职院校根据教学需要开发具有共性的、基础的、必要的城市轨道列车虚拟驾驶控制台，满足学生的初级驾驶操作训练。但这些虚拟驾驶控制台的设计过于简单，缺乏真实感、人与系统的交互性较差，也影响了学生实训教学的效果。

2 交互设计的概念

交互设计的概念是比尔·莫格里奇20世纪90年代提出的[1]，“以人为中心”的交互设计设计理论。交互设计的设计对象可以是无形的软件，如游戏、网页和软件系统，这类交互设计可称为软件交互设计；它也可以是实体产品，如家电、电子产品和汽车等，这类交互设计可以称为产品交互设计。

产品交互设计，即“硬件”界面设计，以传统工业设计为背景[2]，设计对象是针对人机交互的硬件部分，设计目标是优化用户和设备的交互关系，最大限度地满足用户的需求。其设计的内容主要包括空间布局设计、操作部件设计、字体及色彩的设计等。

產品交互设计中，有一个重要的概念即“功能决定形式”，这一概念也同样可以运用到软件交互设计中。从某种意义上来说，软件交互设计可以理解为“屏幕中的工业设计”或“屏幕中的产品交互设计”。其设计的内容主要包括信息结构设计、界面设计等。

3 虚拟硬件界面设计

虚拟驾驶控制台的交互设计具有一定的特殊性，其操作界面中的按钮、旋钮、指示灯、操纵手柄等交互设备不是真实的硬件设备，而是通过软件实现的，属于虚拟硬件的范畴，但功能与设计要求须真实硬件设备一致。所以要运用产品交互设计技术，使虚拟驾驶控制台的虚拟硬件界面布局更加合理，便于学生进行模拟驾驶训练。

3.1 空间布局设计

在虚拟硬件界面设计中，空间布局设计是最为重要。要提高学生对虚拟硬件操作界面的视觉认知效率和精度，须根据人类视觉的最佳观察方式来设计空间布局。经过相关研究发现，人水平面的双眼视区大约在左右60度以内的区域，10度～20度之间为文字辨别区，5度～30度之间为字母辨别区，如图1所示，在这一范围以外，字和字母趨于消失。视线范围在30度～60度之间时，可以辨别特定的颜色[3]。所以，应将重要的显示或操作面板设计在5度～30度的范围内，该区域内用户能够清晰地识别显示的文字和图形。一般性的显示或操作面板，布置在30度～60度的范围内。

其次，空间布局设计要满足操作的方便性，即学生用手控制鼠标或键盘进行模拟驾驶操作时，能够方便地进行操作。例如：中国人习惯于使用右手，右手较为灵活，适合进行较为复杂的操作，所以城市轨道列车的手动驾驶面板一般设置在右侧，以满足学生的操作习惯。

按最佳视觉范围的设计原则，显示屏、仪表面板作为虚拟驾驶控制台重要的显示和信息反馈界面应该放在居中的位置。按操作方便性的设计原则，手动驾驶控制面板应放置于虚拟驾驶控制台的右侧；主控制面板放置于虚拟驾驶台的左侧；ATO控制面板主要用于操作列车自动控制显示屏，可以放置在居中的位置，位于显示屏、仪表面板下方；指示灯面板放置在左上方；门控制面板将按左右门的控制面板分别放置在左右侧的下方，如图2所示。

3.2 操作部件、字体及色彩的设计

为达到虚拟驾驶控制台对学生的真实感和沉浸感的需求，给学生以真实驾驶的体验和感受，虚拟驾驶控制台的硬件操作界面中的操作部件的形态、字体及色彩设计应与实体驾驶控制台一致。

4 软件界面设计

列车的状态信息主要是通过虚拟驾驶控制台上的显示屏反馈给学生，显示屏的信息交互设计是否科学合理，对学生能否全面、安全进行驾驶操作具有重大意义。

4.1 信息结构设计

对于虚拟驾驶控制台显示屏的交互设计，信息结构设计是非常重要的一环。进行信息结构设计是为了通过对用户操作流程和系统反馈信息之间交互流程的研究，对信息结构进行进一步的优化、选择和组织[4]。首先，根据学生驾驶实训的一次乘务作业的操作标准，对其操作的过程进行了分析；然后，根据学生的操作需求确定信息结构及界面设计。

4.1.1 学生实训的操作流程

按照一次乘务作业的操作标准应包括登签、整备作业、正线运行等三个流程，如图3所示。

4.1.2 信息的架构

登签界面主要是激活列车后，依次输入学生编号、列车车次、目的地编码、密码等信息。

整备作业是城市轨道列车运行前，学生检查驾驶控制台上的设备是否状态良好。需要获取受电弓状态、电压状态、列车空气制动状态等信息，并进行站点设置。

正线运行是学生操作虚拟城市轨道列车投入正常的运行。需要获取目的地信息、列车速度信息、辅助驾驶信息、驾驶模式及状态监控信息、时间等信息，如图4所示。

4.2 界面的设计

界面的设计是指列车显示屏信息界面的组织和排列方式，须根据信息的内在联系对图形、文字进行分组和归纳，对其摆放的位置进行合理的安排，使其按照信息的内在联系进行有序地排列，呈现给用户一个科学、合理、有序的视觉效果。根据信息结构图，信息结构第一层级上的有三项：登签、整备作业、正线运行，这三项对应了虚拟驾驶控制台列车显示屏提供的三项基本功能。

在登签界面设置了四个文本框，分别为列车学生编号、列车车次、目的地编码、密码，需要列车驾驶员输入完整信息，并输入密码验证的驾驶资格。验证成功，则可进行下一步的操作；否则，点击“重置”按钮，重新输入密码进行验证，如图5所示。

在整备作业界面可显示列车的网压、网流、受电弓、空气制动状态，以便学生能够直观的掌握列车的设置状态，同时能够进行站点的设置。

在正线运行作业界面，除了显示列车网压、网流、站点信息、时间、列车基本信息外，还显示学生操作时间需要获取的目的地信息、列车速度信息、辅助驾驶信息、驾驶模式及状态监控信息。

5 结语

通过利用交互设计技术对城市轨道列车虚拟驾驶控制台的虚拟硬件空间布局、软件界面的设计，使虚拟驾驶控制台能够满足城市轨道列车共性的、基础的、必要的基本操作训练，具有更好的人机交互功能，更利于高职院校的实训教学需要。

参考文献：

[1] 潘越.交互设计在电子产品中的应用与发展趋势探究[D].北京：北方工业大学.2017：3.

[2] 曾巧抒.超以象外，虛实相生一汽车人机交互软硬界面整合设计[D].湖南：湖南大学，2016：14.

[3] 段燕娜.人类视觉特性立体视频评价模型[D].吉林：吉林大学.2013.

[4] 谭雪.铁路自动售票系统交互设计与实现[D].北京：中国铁道科学研究院.2016.

【通联编辑：梁书】