面向特殊人群的大型交通樞紐室內智能電動車設計

孫欣然 彭雅婧 張靜 黃奕翔

【摘? 要】隨著時代的發展，越來越多的老年人群體選擇外出，老年人旅游市場也在逐步興起。但是在一些大型交通樞紐內，基礎設施匱乏，針對老年人的相關服務匱乏。老年人在大型交通樞紐內部換乘時存在換乘距離過長、容易迷路等問題，針對這一現象，本文旨在研究出一款可幫助出行的老年人在大型交通樞紐內部方便快捷換乘的交通工具

【關鍵詞】老年人;大型交通樞紐;智能化;電動車;出行

1.緒論

1.1概述

1.1.1背景概述

（1）人口老齡化。人口老齡化是貫穿我國21世紀的基本國情。

預計到2020年中國60歲及以上老年人口數量將達到2.55億人;到2050年前后，我國老年人口數將達到峰值4.87億，占總人口的34.9%。

（2）老年人出游數量增多。在龐大的出游群體中，老年游客成為重要力量。全國老齡委一項調査顯示，目前每年我國每年老年人旅游人數已占到全國旅游總人數20%以上，成為僅次于中年旅游市場的第二大旅游市場。隨著老年人群消費升級和補償性消費需求的增加，老年人旅游市場將持續增長，預期可到達23%的市場增速，未來5年老年旅游市場將超7千億元。

（3）老年群體消費觀改變。據測算，2014-2050年，我國老年人口的消費潛力占GDP的比例將從8%左右增長到33%左右。2017年家庭月收入超過4，000元的老人已超過1.06億元，其中1，600萬老人的家庭月收入超過了10， 000元。

隨著人口壽命的延長與消費水平的提升，新老年快速崛起。他們擁有更多財富和更開放的心態，對傳統的老年消費觀念產生巨大的沖擊。

到2021年，老年人群在社交娛樂方面的消費將達到882億元，年均增長比例為22%。在這樣的發展趨勢下，加上國內交通愈加便捷，未來老年人選擇旅游作為娛樂活動的情況將更加常見，老年人出游將越來越多。

1.1.2 問題與機會分析

隨著年齡的逐漸增加，人體的機能會逐步的退化。到了65歲以后，人的體能明顯下降，而出行又是一項極耗體力的活動。許多老年人因為擔心在出行的過程中體力不支而打消出行計劃。把問題范圍縮小到高鐵站、機場等大型樞紐，老年人等特殊人群在下了地鐵或者出租車后，需要前往另一個換乘區域去到達目的地。如何讓老年人等特殊人群方便快捷的到達目的區域，這是老年人出行在交通樞紐內部最核心的訴求。主要問題有：

（1）老年人認知能力下降，大型交通樞紐內部導航標識眾多，老年人等弱勢群體分辨困難。

（2）老年人身體機能下降嚴重，而大型交通樞紐承載的功能多，建筑面積龐大，過長的換乘距離對老年人來說是一個挑戰。

（3）老年人隨身攜帶的行李眾多，本已就行動不便的他們攜帶這些行李更加不便。

（4）老年人心理狀況不穩定，大型交通樞紐內的客流量眾多，易引起老年人群體的心理波動。

（5）老年人操作高科技產品較為困難，需要時間上手或者記住，大大影響了出行時的信息獲取

（6）老年人傾向于使用自己生活環境的方言，在非本地的語境中溝通困難，難以求助

機會分析：

（1）現階段我國交通設施基礎服務還不完善，針對特殊群體的室內公共智能電動車領域基本為空白，產品面臨的競爭壓力較小。

（2）以老年人為主的目標群體數量大，出行需求頻次高，可以形成穩定的用戶數量。

（3）大型交通樞紐內部區域劃分穩定，人群流向也趨于固定，可設計固定的路線，采用無人駕駛模式，減少人力和運營成本。

1.2研究目標與方法

1.2.1研究目標

依據前期的市場定位、相關產品分析、用戶研究、場景分析等探討設計的需求，并通過系統化的設計方法將需求點轉化為產品的功能點。最后旨在設計研究出面向以老年人為主的特殊群體，能夠在特定地點按照特點線路，將旅客及其物品快捷送達目的區域的智能電動車。

1.2.2研究方法

2.領域研究

2.1構成特征及技術原理分析

電動車的技術難題上主要有4方面的關鍵技術，分別是電池技術、發動機技術、整車技術以及能量管理技術。下面我們從原理上對電動車的以上四方面進行分析。

首先是電池的技術。眾所周知，電池技術是否發展到一定程度，決定了汽車續航的距離、汽車的使用壽命以及車體造型的設計。而室內智能電動車的設計需要長時間在特定地點按照固定線路運行，同時大型交通樞紐乘客攜帶的物品普遍偏多，對電池的損耗也會進一步加大，所以一個體積小巧、續航能力強、使用壽命長的電池會大大增強產品的可用性。隨著科技的進步，電池從原先的鉛酸電池、鎳鎘電池發展到目前市場上使用最廣泛的鋰電池。比如特斯拉Model S采用的18650電池組，在充完一次電后可滿載行駛500km，循環1000次充放電依然有著80%的電池容量。據科技媒體報道，特斯拉已研制出一種新型電池，在循環充放電10000次后，電池容量仍有94%的剩余。而在大型高鐵站、機場等交通樞紐內部，產品一次行駛的距離多不超過3km，續航久的產品可以大大減少產品的維護成本。

其次是發動機技術。電動車采用的發動機有別于傳統燃油汽車的電機。性能優異的電動機輸出平滑、調整范圍大、輕巧簡便等特點。而且在人流量眾多的交通樞紐，采用電動機會大大減少產生的噪音量。

再然后是電動汽車的整車技術。未來的電動車是一種高度智能化的產品，電動車本身也是一個高科技的產物。通過不斷改進技術，深挖需求，會發現有些節能的方法比提高電池的存儲容量還易于實現。首先電動車因為全新的技術架構會讓車身的結構有一個全新的變化。不同于之前的內燃車型，汽車的完全電動化會讓車身結構產生變化，電動驅動組件會讓車體的內部空間有一個比較大的革新。當然，對于電動車而言，輕量化的設計也是十分重要。車身越清，車身給電池的承載力就會越小，同樣的電池體積越小，車身允許攜帶的電池數量也就越多，電動車的行駛距離會有一個明顯的增長。除此之外，輕量化的車體會讓車輛的性能大大提高，加速度、敏捷性、制動時間都會有一個明顯的提高。隨著材料科技的發展，越來越多的輕量化同時兼具高強度的合成材料出現在市面上，像現在大量運用的碳纖維材質，比鋁材質輕30%，比鋼輕50%，但是卻有著更好的強度。

最后是能量的管理技術。能量管理技術依托于現在的智能化技術，對電動車的電池模塊和電動機進行一個合理地搭配。通過高速度的運算，來對電池的狀況進行一個監測并反饋各種信息。能量管理技術的難點是依據產品的使用歷史來對產品的電池用量以及使用時間進行一個預測。由于電池的電量輸出是一個不斷變化的過程，還有外界溫度、天氣潮濕等因素干擾，能量的管理技術必須依托于智能化的算法模型。

2.2同類型的競品分析

2.2.1 Whill智能輪椅

2.2.1.1產品概述

Whill智能輪椅是由索尼和日產公司的工程師們共同研發完成。這一款智能輪椅從外觀上已經大大摒棄傳統輪椅的造型。產品采用大面積的塊面造型而不是線條，增加了產品的親切感和科技感。whill輪椅的體積小巧，寬約600mm，長約800mm。

特點：智能化、造型美觀、可調節

2.2.1.2產品價值分析

（1）產品自身價值

①產品功能的多樣化保證了產品的可用性。

②產品的獨特性和功能多樣化確定了產品自身的競爭優勢。

③產品造型簡約而富有科技感，同時給人以親切感。

（2）產品對用戶價值

①提高了生活方式選擇的多樣性。

②結構設計合理，可隨身攜帶。

③功能多樣，可完成多種生活動作。

（3）產品對行業價值

①改變了人們對于輪椅的傳統認知。

②多功能輪椅的面世推動了行業的發展。

2.2.1.3產品優劣勢分析

2.2.2 i-Road 智能代步車

2.2.2.1產品概述

隨著城市化的逐步推進，交通擁堵問題變得愈發嚴重。為了緩解這個問題，豐田公司研制出了i-Road這款城市通用個人代步車。i-Road采用三輪模式，進一步壓縮了車身體積。造型動感，獨特。

特點：三輪、造型動感、開放式車門、單人

2.2.2.2 VRIO價值分析

價值性：產品可以幫助乘客完成在上下班高峰期間的快速移動，同時體積小巧，易于停車。

稀有性：產品概念新穎，市面上同類競品少。

不可替代性：產品的三輪模式保證了產品的獨特性。

組織性：產品各個部分被結合成一個整體，整體性好。

2.2.2.3產品優劣勢分析

（1）優勢

①產品的造型動感美觀，容易吸引用戶。

②三輪模式的設計可以讓車體在小范圍內完成轉向，在擁擠的城市空間很實用。

③純電驅動，綠色環保。

④產品已經量產。

（2）劣勢

①產品的造型有別于普通車體，大眾易于被吸引，卻需要時間去接受。

②產品攜帶行李的空間較小。

③車身的安全性設計還不夠。

3.用戶研究

3.1目標群體分析

3.1.1目標群體概述

室內智能電動車的目標群體設定為以65-75歲的老年人群體為主，兼有孕婦，小孩、殘障人士等特殊群體。因為目標群體的共同特征就是行為能力上存在缺失，所以用戶研究以老年人為例展開。

65-75歲的老年人。這部分群體因為剛剛退休，退休后空閑的時光與之前的工作時間形成了強烈的反差，所以老年人群體對于外出旅游有比較強的意愿。所以這部分群體外出旅游時會形成一些共同的群體屬性。

（1）在旅游時間的選擇上，多選擇4、5月和9、10月，這些時間段溫度適宜，且不是旅游的高峰期。

（2）大部分老年人更傾向于選擇慢旅游，傳統的旅行團快節奏、停留時間短不適合老年人的生理特點。

（3）老年人多選擇結伴出行，且老年人群體的組團具有一定的地域屬性。他們喜歡和身邊的類似群體一起結伴出行。根據數據調查顯示，2到4人共同出行的占了63%，其次是5到6人，鮮有老年人群體選擇單獨出行。

（4）老年人群體對于價格因素比較敏感。雖然隨著社會經濟的進一步發展，老年人群體的消費觀念已經有了明顯的改變，但從小到大的生活環境決定了他們的生活方式不能有一個跨越式的改變。

3.1.2用戶行為特征

身體機能隨著年齡的逐漸加大，會出現有多方面的變化。下面從用戶在高鐵站行為流程分析用戶行為的特征。

（1）目標群體在下了地鐵后，因為人流量驟然增加，加之尋找出口、辨識方向等行為易對老年人的心理造成影響波動。

（2）老年人在坐扶梯的過程中，還需要攜帶行李，彎腰、支撐等動作完成苦難。

（3）老年人在區域換乘的過程中，心情急切，想要快速到達目的區域，但是身體的退化使得實際行動速度與預期不符，會加劇老年人的心理焦躁感。

（4）老年人在移動的過程中需要拖動行李，對于老年人的體力是一個考驗。

（5）老年人拖動手拉箱移動中，行動不便的他們更易被絆倒。

（6）老年人到達指定購票區域后需要去辨識界面，這對于部分群體來說存在理解上的障礙。

（7）老年人在通過安檢時需要彎腰放行李、拿行李等動作，對老年人的身體是一個考驗。

（8）老年人在排隊檢票過程中因為擁擠常常是一個弱勢群體，對于他們的人身安全是一個較大的考驗。

3.1.3用戶情緒和心理特征

65-75歲的選擇出行的老年人群體絕大部分還是能夠完成一些基本的生活行為。但是隨著身體機能的逐漸衰退，老年人從大腦到四肢都有著退化的改變。主要表現在以下幾個方面：

（1）反應遲緩。運動反應的原理是視覺、觸覺等感官接受到外界給予信號后，立即將所產生的信號傳遞向中樞神經系統功能的神經。感覺的產生也就是由感覺神經為媒介的。然后再經過大腦皮層分析處理后，將信號反饋給運動系統，隨之出現一系列動作。

老年人的感官系統在身體機能的逐漸退化后，會出現反應遲鈍，傳遞信號的速度變慢或者信號強度變弱，表現在日常的生活動作中就是行走遲緩、不穩;抓持物體晃動;與人溝通的反應速度降低。這些都是顯而易見的老年人退化表現。

（2）記憶力降低。人在70歲過后，記憶力會有一個明顯的衰退。而記憶力的變化過程也有著他自己的特點。大致分為以下幾類：①理解能力保持的尚可，但是固定的記憶能力大大降低。②對往事的回憶能力大大減弱。③回想起往事的速度變慢許多。④短時的記憶能力退化明顯。

（3）思維能力衰退較慢老年人在熟悉的專業上思維能力保持的比較穩定。但由于反應的遲鈍以及記憶力的降低，對抽象的概念認知能力下降嚴重。老年人的邏輯思考能力、創造發明能力會有一個較為明顯的退步。所以老年人的思維常常呈現出不連貫流暢，靈活性不足的特點。

（4）行為上的改變老年人群體由于大腦思維量的減少，導致老年人在行為活動上變得保守、遲緩，這是一種本能的生存反應，將有限的精力放在生存活動上。而且年齡大了之后，身體機能下降、慢性疾病的折磨都會使的老年人感到軀體上的不適，進而產生抑郁、孤獨的癥狀。

3.1.4用戶消費觀念研究

65-75歲的老年人群體多出生于上世紀50年代，從小到大被灌輸的思想就是節儉生活。因為他們經歷過那個最窮的時代，所以他們對于自我生活方式的堅持也比其他群體更為堅定。這批老年人群體內部也會分化成幾個小支。一些老年人在經歷過那個時代后，沒有被貧窮所嚇倒，反而是調整了自己的生活方式和理念。這部分群體多生長于城市之中，他們對通過信息獲取的內容更多，途徑也多樣化，因而在退休之后，也有著自己的生活方式的堅持。他們沒有因為退休就放棄了對生活品質的要求，反而是希望好好利用退休時間，去外面看一看，感受這個世界的變化，這部分老年人群體也是本研究的主要目標對象。

人群特征關鍵詞提煉：

行動遲緩、體力下降、想要與外界產生聯系、認知能力低、情緒波動。

3.2用戶出行需求分析

不論是作為老年人群體還是普通的有出行需求的用戶，對于出行需求都可以總結為速度快、價格低、體驗好。而對于老年人群體來說，時間的重要性可以適度減弱，因為他們大多沒有緊急出行的需求產生。但是價格和體驗的重要性卻是有了一定的增加。特別在各個出行方式的銜接段，體驗好與壞會對用戶的選擇產生很大的影響。

下面將用戶在銜接段的行為分為三類，分別是用戶選擇下一種出行方式、用戶尋找并且到達下一種出行方式的出發點、以及處理選擇出行方式的事情。

將需求做一個大致分類：

（1）快速到達需求

①快速到達候車、售票、檢票等區域;

②對路程時間和距離有一個大概認知的需求;

③對出行方式的出發區域有一個大概位置的認知需求;

（2）信息獲取需求

①出行方式的內容需求，如出行方式的種類、時間和耗時;

②對下一階段行為的流程認知需求;

③對所需到達區域的介紹和告知需求;

④對于相關手續辦理的介紹需求;

（3）物品運輸需求

①移動行李物品的需求;

②移動行李物品過程中的便捷性需求;

③行李運輸過程中的安全性需求;

（4）安全需求

①快速到達指定區域過程中的人身安全需求;

②正確到達目的區域的安全性需求;

（5）突發情況幫助需求

①遇上晚點、遲到等突發情況所需的幫助需求;

②票務改簽、更改出行方式所提供的幫助性需求;

將需求總結，可歸為四類，分別是快捷性、舒適性、安全性和信息性。

3.3用戶模型構建

4.設計研究

4.1設計概念

4.2場景分析

4.2.1針對老年人特性的大型交通樞紐現狀分析

對于絕大多數有出行需求的老年人來說，減少他們的步行距離是一個最重要的需求。大型交通樞紐的換乘問題主要體現在進出口密集，易給老年人造成困擾。各區域間的換乘距離過長，且缺乏針對性的輔助裝置。導航系統標識繁多且雷同，指示不醒目。下面以南京南站為例，具體分析場景。

南京南站介紹：

南京南站是中國鐵路客運特等站、華東地區最大的交通樞紐，連接八條高等級鐵路的國家鐵道樞紐站，南京南站占地近70萬平方米，總建筑面積約45.8萬平方米，總投資超過300億元人民幣，其中主站房面積達28.15萬平方米，是亞洲第一大火車站和亞洲第一大高鐵站。

旅客可乘坐南京地鐵1號線、南京地鐵3號線、南京地鐵S1號線至南京南站到達，南京南站緊靠南京汽車客運南站，10分鐘之內步行可實現普鐵、動車、高鐵、長途汽車與公交車、出租車、地鐵、機場大巴的無縫換乘。

南京南站建有15個候車廳，3個站場，15個站臺。南京南站站房3樓為候車大廳，一共擁有一個巨大的候車大廳，候車大廳內還設有商業區;南京南站站房二樓南北兩端為鐵路站房，中間是高架站臺，站房內設有售票廳、自助購票廳;南京南站候車大廳內設置有大型機場才廣泛使用的自動步道。

4.2.2技術原理闡述

本設計以STC89C52單片機作為小車控制和檢測核心，一個直流機為主驅動，采用可充電鋰電池為電源。自動循跡功能采用紅外傳感器，通過檢測高低電壓將信號輸送給單片機，有單片機通過控制驅動芯片L298N驅動電機，實現循跡動作。

【關鍵詞】STC89C52單片機;紅外傳感器;L298N;反射式超聲波測距換能器;自動循跡避障

4.3技術方案設計與選擇

可分為四個模塊：單片機模塊、傳感器模塊、電機驅動模塊以及電源模塊。

4.3.1單片機模塊

為小車運行的核心部件，起控制小車的所有運行狀態的作用。由于以前自己開發板使用的是ATMEL公司的STC89C52，所以讓然選擇這個芯片作為控制核心部件。STC89C52是一種低損耗、高性能、CMOS八位微處理器，片內有4k字節的在線可重復編程、快速擦除快速寫入程序的存儲器，能重復寫入/擦除1000次，數據保存時間為十年。其程序和數據存儲是分開的。

4.3.2傳感器模塊

方案一：使用光敏電阻組成光敏探測器采集路面信息。阻值經過比較傳感器輸出高低電平進行分析，但是光照影響很大，不能穩定工作。

方案二：使用光電傳感器來采集路面信息。使用紅外光電對管，其結構簡明，實現方便，成本低廉，沒有復雜的圖像處理工作，因此反應靈敏，響應時間少。但也存在不足，它能獲取的信息是不完全的，容易受很多擾動（如背景光源，高度等）的影響，抗干擾能力較差。

方案三：使用CCD傳感器來采集路面信息。使用CCD可以獲取大量的圖像信息，掌握全面的路徑信息，抗干擾能力強，為以后功能的擴展提供方便。但使用CCD需要大量的圖像處理工作，進行大量數據的存儲和計算，因此電路復雜，實現起來工作量大。

方案四：使用光電對管采集路面信息。RPR220結構緊湊，體積小，調整電路簡單工作性能穩定。

可見方案四最適宜，但僅從此項目考慮，方案二成本低，也能完成設計，故選用方案。

4.4產品造型與色彩分析

4.4.1 產品造型矩陣分析

智能電動車的目標群體主要是以老年人為主的群體。因此產品的造型喜好也應該偏向于這部分群體。產品的造型不能過于時尚，應沉穩大方，讓用戶產生信任感和親切感，通過對以上產品的造型比較，提取出以下意向詞語：安全感、信任感、簡潔、穩重

4.4.2產品色彩分析

不同的目標群體對于顏色的喜好也有著各自的特點。應根據設計定位來確定產品的使用色彩。該款車型是大型交通樞紐內部具有公益性質服務的產品。產品的色彩搭配應該體現其公益性。老年人群體偏好暖色調，該色系會讓老年人群體產生天然的親近感。同時乳白色干凈而不失溫和感，會讓目標群體對于產品減少抗拒感。而適當的黑色點綴可提高產品的穩重感。

所以產品色彩方案建議使用乳白色為主，加之橘黃色的裝飾條顏色，車轂可采用深灰色來提高產品的穩重感。

5.設計階段

5.1草圖方案

5.2方案深入

5.3數字建模

5.4產品效果圖

5.5工程圖

6.總結

本文通過對目標用戶的研究展開，具體分析目標群體在特定場景下的行為活動和路線流程，結合用戶的心理生理特點，提出了面向特殊群體的大型交通樞紐室內智能電動車設計。

整個設計過程思路清晰，按照背景研究、用戶分析、設計分析和設計方案展開，設計過程一直以用戶為中心的設計思想作為指導，對未來的交通方式進行了構建和設計。

但是整個設計也有許多不足之處，例如對于細節考慮還不到位，對場景研究還不夠深入，我們也在認真反思總結出現的問題，并期待在以后可以更好的改進。

參考文獻

[1]基于設施改進的老年人出行產品研究

[2]多功能老人便捷車設計

[3]大型交通樞紐多系統室內覆蓋共建共享研究

[4]基于用戶體驗的老年助行產品研究

[5]集約化交通方式總換乘距離最短法研究

[6]老齡化城市老年代步工具設計

[7]老年人城市交通短途租賃式系統研究

[8]老年人出行產品設計研究

項目信息：本文系中國礦業大學2019年度大學生實踐創新訓練計劃項目（面向特殊人群的大型交通樞紐室內智能電動車設計），項目編號：201910290161Y。

作者簡介：孫欣然（1999.9--），女，漢族，江蘇鎮江人，中國礦業大學本科在讀，研究方向為工業設計。