創新型城市交通系統研究設計

喬志　桑祚瑋　葉韜　王俊瑩　歐陽元　束曉永

摘要：為了緩解目前我國城市交通中由于闖紅燈、人車混行等原因造成的交通擁堵問題而設計的一套公共設施系統。首先以城市中的路口為著眼點，進行實地調研，總結發現的問題;并針對街上的行人進行了問卷調查以及行為分析。分析了行為引導這一設計理論的發展以及應用，研究了有關于光照強度與頻閃速度對人警覺性的影響與運用。運用對用戶行為分析等的設計方法，使用犀牛、keyshot等進行模型制作，ai進行用戶界面設計。最終完成一套該系統的三維模型以及實現導視牌中的軟件系統。該設計可以為現有城市交通混亂的現象提供一定的緩解方案。

關鍵詞：智能交通 創新型城市交通系統 設計 行為引導頻閃

中圖分類號：TP391.9

文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069 （2020） 02-0120-04

概述

近年來，我國交通發展迅速，但是由于人口的增長、機動車輛的增加以及人流、物流的大量流動，城市交通出現了諸多問題。交通需求不斷增加、國內信號燈系統的不完善以及特有的中國式過馬路現象，都使得交通混亂的現象日益嚴重。針對此種情況，本文通過對導視和警示系統的設計，引導行人、機動車、非機動車進行分流，并采用智能系統，方便社會生活中的弱勢人群，使交通信息更好表達。

一、現有城市交通安全問題及分析

（一）城市交通安全問題

從世界范圍來看，每年，馬路交通事故在全球造成約1 30萬人死亡，2000萬至-5000萬人遭到非致命性傷害。道路交通事故是人們的主要死亡緣由。據世界衛生組織每年的統計報告顯示，每年約有93%的交通事故發生在中等收入和低收入國家，而這些國家的注冊機動車輛只占全球的54%;同時，弱勢道路使用群體（行人和非機動車）的死亡人數占全球道路交通死亡人數的一半。

21世紀以來，中國城市化進程不斷加快，汽車保有量急速上升。這也帶來了嚴重的交通安全問題。在許多城市交通中，存在機動車、非機動車以及行人不遵守交通規定胡亂穿插在車道和人行道，交通問題中我國存在的最典型現象就是中國式過馬路，雖然如今人們的文明程度在提高，但是部分市民的交通安全意識仍然淡薄，騎自行車穿越紅燈及逆行、與機動車輛爭道，行人不走人行道、橫跨交通隔離欄等現象隨處可見。

（二）城市交通問題的原因分析

道路交通安全中其中最突出的問題之一就是過馬路問題。“中國式過馬路”是當代中國社會道德問題的重要體現，造成這一現象的原因可以分為主觀和客觀兩方面。客觀方面，隨著社會經濟的發展，城市道路的發展跟不上交通工具數量的發展，各大城市車滿為患，許多城市在道路規劃時缺乏超前意識，存在忽視和漠視行人權利的傾向，一些路段紅綠燈沒有考慮好車流量與行人量的關系，存在諸多問題。比如，允許轉彎車輛在人行道綠燈時通行，增加了行人過馬路的風險，設計上存在人性化的缺失;信號燈設計分配給行人通行的時間不足;行人等待過街的時間偏長;過街天橋和地下通道等基礎設施建設不完善，距離過遠;綠燈閃爍含義不明確等。主觀方面，國人素質存在問題，一些人缺乏遵守社會公德的意識、交通安全意識淡薄，其中大多數人抱著法不責眾的想法，對規則的集體漠視，沒有養成遵守規則的潛意識。規則意識淡薄、法治觀念缺失、從眾心理及群體效應影響，的確導致了更多闖紅燈現象的出現。并且城市發展速度加快，人們的心理變得更加急躁，很多人間紅燈的原因僅僅是因為趕時間。但是，這樣的問題不僅與人有關，還與整個交通體系的設計有關。如果只靠一些新奇的方式處理問題，只能彰顯規則的嚴肅性，無法證明規則的合理性。對“中國式過馬路”來說，治標不治本。

除了“中國式過馬路”以外，隨著智能手機的普及，越來越多人無論是開車，行走甚至是過馬路時都看著手機屏幕，新聞上頻頻出現行人低頭玩手機不看紅綠燈直接過馬路導致被車撞或者過馬路時不注意車輛低頭看手機引起傷亡事故。改變人們在公共區域，尤其是在馬路上的手機使用習慣并且結合法律法規有助于降低事故發生率。

除了以上的社會因素，我國的城市規劃也不盡合理。城市整體功能定位缺乏一個系統、科學、前瞻性的考慮，導致出現了多數城市功能區高度密集，人流量和車流量超出承載范圍。城市交通體系不完善，公共交通尚未確立在城市交通中的主體地位，并且缺乏足夠的靜態交通容量，這些都加深了車路矛盾，加劇了城市交通的擁堵問題，導致交通事故的頻繁發生。

除此之外，我國的智能交通系統發展狀況也很不均衡。智能交通系統（ITS，Intelligent Tran spo rtation System）又稱為智能運輸系統，是在較為完善的交通基礎設施之上，通過應用信息、通信技術、計算機、自動控制和系統集成等技術有效集成，而建立的一個高效、便捷、安全、環保、舒適的綜合交通運輸體系。城市道路智能交通系統，主要包括交通信息采集技術、交通信息處理技術、交通管理技術和交通信息服務技術等4個重要領域。但是，國內目前的研究重點集中在交通信息采集技術，而交通信息服務技術是使城市道路智能交通系統技術真正的面向用戶，為用戶提供交通服務的技術，因此這一方面的發展是至關重要的。

二、交通擁堵的現有解決措施及分析

本文針對前文提到的問題點面向現在的市場展開了全面的調研和分析，深入了解了現有的各類解決方式。

（一）交通導視牌設計

現有的導視設計主要作用是指路，大部分是普通的信息導視，信息量小，無法滿足行人的需求，但是成本相對較低，適合普及安裝。另外一種是智能的導視牌，目前應用較少，—方面是因為成本較高，另一方面對于我國目前的道路情況不太實用。

（二）路口紅綠燈設計

主要包括對紅綠燈的形態創新設計以及功能創新設計。紅綠燈的形態設計主要是通過幾何形體和視覺平面的形式，基于已有的視覺觀點，從而達到過馬路時的警示目的。而所謂功能設計，則是在紅綠燈本身的功能基礎上增加一些輔助功能，其中甚至會改變其形態或存在形式。無論是紅綠燈的形態創新設計還是功能創新設計，對于目前國內的交通狀況仍舊沒有達到應有的影響。—方面由于設計本身較高的成本，另一方面，在手機和網絡已經普及的今天，人們越來越重視設計本身的價值，而這些效果并不好的功能并不能被大多數人們所接納。

（三）人行道路面及路障設計

現有的人行道路面多為概念型設計，實現成本較高，智能化程度較高。路障設計則可行度更高，通過聲光電等技術的結合，給人以實際的感受和反饋，提醒人們遵守交通規則，達到對交通參與者中人的有效限制和管理。

三、創新型城市交通設計構想

本文在創新型城市交通系統的設計中融入引導性設計的理念。

行為引導是美國知覺心理學家詹姆斯·吉布森在1 979年首次提出了的理論。它強調人類自然而然的行為包括用戶的下意識行為、無條件反應行為和條件反應行為等。下意識行為是人不自覺的行為趨向，無需做出任何努力自然流露的客觀行為，甚至自己主觀無法控制、無法掩飾的行為。而條件反應行為是生活中日積月累的學習或是經歷體驗在我們生理或是心理上留下的匹配反應行為。

引導性設計是基于對受眾本能層面的心理認知的洞悉，從觀察用戶本能行為入手，通過分析用戶自然而然的行為習慣，力求設計符合用戶最自然的使用方式，摒棄生硬、直白的價值觀強加于受眾的方式，真正做到由設計引導人的生活。設計方法是行為引導概念中產品引導性功能的實現依托于人的行為規律以及本能反應，并不會對于使用者的行為強加性的干預。因此在進行調研時需要進行無干預調研。

我們在引導性設計中應該著重考慮到人的下意識行為，結合人們通常的心理反應給予適當的設計方案。無意識行為下交互設計方法有習慣培養式交互和暗示引導式交互（暗示引導式交互可以通過內容暗示、色彩暗示、動效暗示等引導用戶行為）。這樣的交互設計旨在挖掘用戶體驗，減少認知成本，同時實現商用價值，以增加產品忠誠度。

本文所提出的設計方案包括：

（一）城市基礎設施導視牌

1.硬件部分介紹及具體尺寸：本文輔助現有的廣告牌進行豐富和設計，加以導視信息和智能指示的功能，形成完整的導視牌設計。本設計在過程中綜合考慮產品選材、尺寸、放置空間及生產成本等一系列問題，選擇與路旁現有的廣告牌結合，保留原有的功能的同時，加上智能指示和引導系統。目的是可以給道路行人以最直接的信息獲取途徑，并獲得最直觀的導視效果，并且利用上文提到的行為引導，將一些具體的過街天橋、地下通道等基礎設施的信息放在顯眼的提示的位置，引導行人。在設計過程中考慮到道路行人的復雜性，特別是弱勢群體的使用狀況，由此對設計的局部進行了改進并完善。

在交通導視牌采用折面的造型，在人機工學角度考慮到老人、殘疾人等弱勢群體的使用，結合通用設計的理念，將尺寸定為普通人與使用輪椅者或者是老人均感覺舒適的位置，如圖1所示。指示牌的背面保留有廣告信息，并在曲線部位加上AED急救裝置，輔助有報警按鈕，以應對路人身體上的突發情況。正面是主顯示屏及操作區域，使用者可以根據需求快速尋找想去的公共地點（主要包括一些基礎的公共設施，如天橋、公廁等），使用者在選擇后導視牌上部會有旋轉條進行實際指示，同時在屏幕上方的較小屏幕上回有具體的位置指示文字。方便使用者具體得知目標位置。

針對于導視牌的界面，考慮到人機工程學的因素，將點選的區域放置于屏幕的下方，方便使用輪椅者進行操作，同時操作界面中增加了一些城市基礎信息以及基本信息的提示，使得使用更加方便，如圖2、3。

2.軟件部分功能介紹和實現：智能導引系統，如圖4，是為了輔助導視牌工作而設計開發的，為使行人在導視牌處可以方便地查詢地圖信息。為交互方便，選擇在Android平臺上開發該系統。軟件功能分為下列幾個模塊：

（1）地圖信息顯示模塊：該模塊是軟件功能的基礎，實現了顯示地圖與地圖信息的功能。經過調研，選擇了百度作為地圖信息數據的提供者。在項目中引入百度地圖開發包，通過調用接口從百度地圖的開放接口獲取數據，即可實現在界面中顯示地圖信息。 在開發過程中調用百度地圖的數據信息需要申請密鑰許可。申請步驟如下：

i.登錄百度賬號進入API控制臺。

ii.點擊創建應用申請開發密鑰，應用類型填寫AndroidSDK，正確填寫SHA1和程序包名。、

i ii.寫完后系統將自動生成AK，將AK填入項目下的AndroidManifest.xml中。

申請權限完畢后，在布局文件中添加地圖容器。在對應的活動onCreate函數中初始化地圖，并管理其生命周期。完成之后即可實現在界面中顯示地圖信息。

（2）定位模塊：該模塊主要用于顯示當前位置，并存儲當前的地理位置信息，為搜索與路線規劃模塊所使用。實現步驟如下。 繼承抽象類BDAbstractListener并重寫其onReceieveLocation方法來獲取定位數據，并將其傳給Ma pView。

…

MyLocationData locationData= new MyLocationData.Builder（）

.direction （location.getDirection（））

.latitude （location.getLatitude（））

.longitude （location.getLongitude（））

.build（）;

baiduMap.setMyLocationData （locationData）;

）

通過locationClient獲取當前位置并顯示在地圖上

private void initLocation（）{

location Client= new LocationClient（g etApplication Context（））;

LocationClientOption option= new LocationClientOption（）;

location Client.registerLocation Listener（ new MyLocation Liste ner（））;

option.setOpenGps （true）;

option.setCoorType（”bd0911¨）;

option.setScanSpan （1000）;

optio n.setlsNeed Location PoiList （true）;

optio n.setlsNeedAddress （true）;

//可選，設置是否需要地址描述

optio n.setlsNeed Location Desc ribe （true）;

//可選，設置是否需要設備方向結果

location Client.setLocOption （option）;

locationClient.start（）;

}

獲取到定位數據之后，建立數據倉庫SharedPreference，并存儲當前經緯度信息，地址信息到數據倉庫中以在其他模塊中調用。

St ring location Desc ribe= locatio n.getLocation Describe（）;

SharedPreferences spf= getSharedPreferences（”LocationData”，MODE_PRIVATE）;

SharedPreferences.Editor spfeditor= spf.edit（）;

putDouble （spfeditor，”latitude”，lat）;

putDouble（ spfeditor，”longitude”，lng）;

spfeditor.putString（”current_location“， locationDescribe）;

spfeditor.commit（）;

從數據倉庫中調用當前地址信息顯示在APP界面上方的TextView中。

（3）周邊信息搜索模塊：該模塊，如圖5，提供快速搜索周邊地理位置信息的功能。通過調研確定了人們最常用的檢索內容，包括公交，美食，景點，酒店，廁所，銀行，超市。

這些地理位置信息被稱為POI（ Point Of Interest）。在此APP中主要用到poi檢索功能中的周邊信息檢索。實現步驟如下。 創建poi檢索監聽器，處理接收到的poi，（言息，顯示在界面下方的ListView中。

處理內容如下：

i.創建對象List存儲所有檢索到的poi信息。

ii.計算poi與當前位置的距離。

iii.取最近的前20項信息，獲取其名字與地址信息。對于公交站，獲取公交線路信息。

iv.根據poi的經緯度坐標信息構造地圖覆蓋物導入到地圖中，在地圖上用紅色氣球顯示poi位置。氣球上的數字與poi在列表中的編號對應。

初始化poi檢索實例并設置檢索監聽器，設置PoiNearbySearchOption（）的各項參數，設置參數包括搜索關鍵字，當前地點，檢索半徑，分頁數，頁面容量。

（4）路線規劃模塊：該模塊，如圖6，實現了點擊列表中的poi信息，在地圖上顯示從當前位置到對應地點的步行路線規劃功能。實現步驟如下：

創建路線規劃檢索結果監聽器，用于處理獲取的路線規劃信息。獲取到正確的信息后，初始化路線規劃覆蓋物實例，傳入路線規劃數據，構造路線規劃覆蓋物。將路線覆蓋物導入到地圖中，在地圖上顯示路線覆蓋物。

創建路線規劃實例，設置路線規劃監聽器，從數據倉庫中獲取當前位置經緯度坐標，從poi信息列表中獲取目的地經緯度坐標，構造路線規劃設置實例，傳入路線規劃搜索函數，獲得路線規劃信息。最后釋放路線規劃實例。

（5）輔助功能模塊：該模塊提供其他輔助信息的顯示，包括日期，時間，天氣的顯示。此外，行人瀏覽完信息后導視牌將處于閑置狀態，為方便下一位行人瀏覽信息，設置一閑置計時器。當檢測到30秒沒有任何操作時，地圖信息將會刷新。任何點擊屏幕的事件都會重置該計時器。

（二）人行道交通路口設計

人行道路口處的警示設計也是基于目前已有的路障柱進行改良設計，如圖7，通過對聲光電的綜合應用實現對闖紅燈、低頭族等人群的警示作用。

人行道路口路障設計是基于人的下意識行為分析進行的創新設計。當人像闖紅燈時，路障柱會通過紅外光及聲音的方式給予人們警示，并輔助間歇性的“安檢”警示音。—方面在物理上給予人們以警示作用，同時在心理上也會讓人們產生羞愧心理。除此之外，針對綠燈將要結束的情況設計中也作了分析和考慮，為警示此時想要橫穿路口的人，設計采用與紅綠燈同時閃爍的紅外線燈光提示，讓人們意識到行為的不妥，從而達到引導的目的。采用水汽霧面投影的技術，將視覺信息放大，同時也能起到降塵的作用。在路障主體上設計有地面投影，采用與紅綠燈相匹配的倒計時的方式，使得遠處的人或者是玩手機的人清楚的感知到紅綠燈的信息。視覺效果上采用清晰的紅叉提示，給人以引導和警示作用。

其閃爍的方式是在紅燈即將轉變為綠燈式進行閃爍提示，提醒路人即將變為綠燈，但是此時并不能夠通過斑馬線，假如此時行人強行闖紅燈，紅色的激光閃爍頻率將會增加，引起人們的警覺，并配合相應的聲音提示，給人心理上的壓迫感。

（三）機動車道交通路口設計

本文在對機動車道路的實地調研中發現許多亟待解決的問題。其中，通過抽樣觀察的方式發現駕駛者在交通路口快速行駛是導致路口堵車的重要原因。根據分析發現，多數駕駛者因時間倉促或不希望等待紅綠燈，會在綠燈將要結束時選擇迅速駛入路口，而此時前方因車輛過多無法正常速度行駛，從而剛進入路口的車輛只能停在路口中央進而造成路口的堵塞。這樣的現象在我國各大城市屢見不鮮，一方面是由人們的主觀因素導致，另一方面則是因為城市規劃及設施的不合理。

在進行方案設計之前本文對燈光的頻閃對人的影響進行了研究。人的主觀感受不舒適程度將隨著頻閃頻率而變化。在頻閃頻率為2.8次/秒的時候，感覺較舒適，頻閃頻率為4.2次/秒時，相對頻閃頻率為2.8次/秒時不舒適程度稍有增加，區別不是很大。在頻閃頻率為5.6次/秒和7次/秒時，平均得分均為負值，不舒適程度均有較大增加。這說明了頻閃頻率越快受試者主觀感受越不舒適。

因此，本文所提出的交通路口設計正是基于以上實驗結果。本文認為在距離路口20米左右處應該開始由密到疏安置減速提示燈，當綠燈將要結束時，提示燈會發出紅外光以警示駕駛者減速，此時的頻閃頻率為2.8次/秒。車輛測速的感應器可以放置在道路下面，如有超速情況，提示燈將會以5.6次/秒的頻閃頻率閃爍，以提醒駕駛者減速。結語

城市交通混亂的現象不是一日而成的，同樣，城市交通安全問題也不可能通過一個系統而迅速解決。這之間需要不斷地思考、實驗，不斷地重復。本文相信在不遠的將來相關設計將會出現在日常生活中，本文所提出的系統經過改進也將會運用在我國城市交通系統中。交通系統的實施和普及是涉及政府政策、道路監管、民生出行等多領域的大事，這需要參與者的不斷努力和改進，加快交通基礎設施的改造和完善，盡快實現高質量、智能化的城市交通體系。.

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