紅綠燈控制交叉口場景下的平視顯示器（HUD）交互設計方案研究

摘要：紅綠燈控制交叉口交通狀況復雜，司機無法明確獲取或判斷各類交通信息，導致交叉口成為了交通事故和違章的多發路段，不過平視顯示器（HUD）技術在汽車行業的應用為此提供相應的解決方案。本文基于平視顯示器技術，采用問卷調查、情景設定以及場景分析等方法，明確了紅綠燈控制交叉口駕乘人員典型需求，并在此基礎上完成了相應界面的交互原型設計。

關鍵詞：紅綠燈交叉口;平視顯示器;交互設計

1 引言

道路交叉口是交通流的交匯點，也是整個路網交通沖突最為集中、交通流狀態頻繁變化的路段，由此導致道路交叉口成為了交通事故和違章的多發路段。為了提升交通安全水平，當前通常采用紅綠燈對交叉口的來往車輛以及人員進行引導和控制。但是，由于紅綠燈控制交叉口交通狀況復雜，司機在信息接收、識別以及判斷方面存在各種問題，導致交叉口事故率依舊居高不下。因此研究如何提升司機交叉口信息接收效率，降低司機誤判將對改善交叉口交通安全具有重要作用。平視顯示器（Head Up Display，HUD）技術在汽車行業的應用可為此問題提供相應的解決方案。

近年來，隨著硬件和軟件技術的發展以及市場接受度的提高，平視顯示器技術在汽車行業普及率越來越高，其功能也從最初只顯示車輛運行狀態擴展到涵蓋導航、安全駕駛輔助以及車載娛樂等各個方面。但是隨著功能的增加，駕駛員接收的信息也越來越多，為了防止駕駛員發生信息過載，無法及時判斷重要信息導致產生安全隱患，需要從交互設計的角度進行不同場景下平視顯示器的界面設計。本文針對紅綠燈控制交叉口的典型需求進行分析，提出相應的HUD交互設計方案。

2 紅綠燈控制交叉口典型問題分析

采用問卷調查的方法紅綠燈控制交叉口駕駛問題進行調查，得到200份有效問卷。通過對主要問題進行分析總結，發現共有以下5個方面痛點。

2.1停車時超出規定的停車線

許多司機尤其是新手司機（此問題出現占新手司機的43%左右）誤認為剩余綠燈時間車輛可通過停止線，無需減速，最終因綠燈時間不夠而發生緊急制動行為，導致最終車輛停止時超出停車線，因此被電子眼拍到，按照闖紅燈進行扣分繳納罰款處理。

2.2紅綠燈沒有倒計時提醒

當車輛因紅燈停在路口時，由于大部分路口沒有倒計時，導致司機無法直觀判斷等待時長。從而出現瀏覽手機或和車內其他人聊天等情況。導致在紅燈轉綠燈時，司機沒有及時看到。這種情況會一方面會影響道路暢通，另一方面也會被后面司機鳴笛提醒，造成一定不良影響。此外，由于被后面司機催促，導致前車司機下意識猛踩油門，還會可能危及交通安全。

2.3無法準確預測車距，導致追尾

追尾是所有車禍中發生頻率最高的，每天在全國各地至少有一百多起追尾事 件發生，最嚴重的時候會造成連環追尾，車毀人亡的悲慘事故。2015年5月13日在山西忻州某十字路口處，因后方車輛駕駛員沒有準確預測車距，導致6車連環追尾。行車間距和后車車速是追尾事故發生最重要的原因。

2.4行人與非機動車提醒

紅綠燈路口交通狀況復雜，交通參與主體較多，一般包括機動車、非機動車以及行人，并且由于我國非機動車和行人交通安全意識較差，闖紅燈、逆行等行為多有發生，導致機動車與非機動車和行人間交通事故較多。調查表明，近70%發生過交通事故的司機都與非機動車，如自行車、電動車、發生過碰撞、刮擦等事故。

2.5長時間開車出現疲勞駕駛

疲勞駕駛也是車禍發生的高頻率原因之一。特別是在紅綠燈路口，由于疲勞駕駛， 沒有注意到左右轉向的車輛，從而發生碰撞和追尾事故。所以在適當的時間進行提醒，可以預防過度疲勞駕駛而引發的車禍。

3 紅綠燈控制交叉口駕乘人員典型需求

在紅綠燈控制交叉口典型問題總結分析的基礎上，采用情景設定的方法，形成具體場景情節，建立模型，并依據模型進行主要場景原型設計。

本文構建了三個場景，分別是疲勞駕駛條件下紅綠燈交叉口的追尾事故場景，無法預估綠燈剩余時間能否通過停止線導致的闖紅燈場景，紅燈無倒計時導致信息缺失的場景。并分別以此為基礎進行平視顯示器（HUD）交互界面信息要素梳理。

通過場景分析及模型建立，總結出駕乘人員典型需求，主要包括：紅綠燈提示與檢測，車輛與停止線之間位置關系提示與檢測，兩輛車通過紅綠燈路口提示與檢測。

采用場景→動作→思考→感情→HMI IDEA路徑再對上述三種具體需求場景分析，從而提出原型邏輯依據。以紅綠紅綠燈提示與檢測場景為例進行需求分析。

通過場景分析，對交叉口駕駛員需接收的信息要素進行梳理，平視顯示器（HUD）界面需要提供信息包括：車輛實時車速;交叉口紅綠燈實時信息（亮燈狀態、倒數秒數）;車輛與交叉口距離信息;停止線位置及車輛與停車線的相對位置狀態;與相鄰車輛的相對位置及間距安全狀態。

4 基于典型需求的平視顯示器（HUD）交互設計方案

根據平視顯示器（HUD）界面信息要素確定交互界面設計方案，各種信息要素均以可視化的方式呈現。可視化設計元素組成如下。

車輛實時車速：儀表盤圖案實時顯示車速。

交叉口紅綠燈實時信息（亮燈狀態、倒數秒數）：以紅、黃、綠色圓形表示紅黃綠等，交叉口亮燈相應顏色上方顯示倒數秒數表示該燈亮起;停車等待綠燈時，如果紅燈倒計時小于等于5秒時，秒數數字變大且變為紅色。

車輛與交叉口距離信息：以文字顯示。

停止線位置及車輛與停車線的相對位置狀態：以停車線及車輛圖形顯示，并實時更新位置及相對位置狀態，根據相對位置遠近分別采用灰色和紅色表示車輛能否安全通過停止線。

與相鄰車輛的相對位置及間距安全狀態：以兩輛車輛圖形顯示，并實時更新位置及相對位置狀態，根據相對位置遠近分別采用黃色、藍色和紅色表示車輛間距安全狀態。

在上述可視化元素設計的基礎上，三種典型需求下的平視顯示器（HUD）交互設計方案見圖4.1。具體分析如下。

4.1紅綠燈檢測與提示

根據單一車輛行駛，車輛如何檢測和得到紅綠燈提示，分別分為四種情形。顯示布局上，紅綠燈信息顯示在HUD顯示器左側。

主要包括以下幾種情況：

汽車距離紅綠燈2000米及以上時，汽車HUD并沒有具體信號燈信息，上面表盤只有速度儀，如圖4.1a。

汽車距離紅綠燈1500～2000米，汽車HUD有具體信號燈信息和距離紅綠燈的具體距離。同時有速度儀。

汽車距離紅綠燈1500米以內，汽車HUD有具體信號燈信息和距離紅綠燈的具體距離，還兼具紅綠燈的秒數，路口何種顏色的信號燈亮，則秒數在何種信號燈上方，同時有速度儀，如圖4.1c。

汽車1距離紅綠燈0米，汽車HUD有具體信號燈信息和距離紅綠燈的具體距離，還兼具紅綠燈的秒數。秒數在哪個紅黃綠燈上方，當秒數倒計時小于5秒時，倒計時會變大，并且變為紅色，則現在路口就是哪個信號燈在亮，同時有速度儀，如圖4.1b。

4.2車輛與停止線之間位置關系提示與檢測

導致闖紅燈現象出現的一個主要原因是司機無法準確判斷紅綠燈信號時間和車輛與停止線距離之間的關系，導致司機沒有及時減速或意欲加速通過紅綠燈，最終導致車輛越過停止線，發生闖紅燈的違章行為。因此，車輛與停止線的位置關系提示與檢測與紅綠燈的提示和檢測是息息相關的。其原型的建立以紅綠燈信號變化為基準。主要包括：行車過程中一直為紅燈，先紅燈后綠燈，一直綠燈，先綠燈后紅燈四種情況，其中先綠燈后紅燈的情況最容易發生闖紅燈的問題。顯示布局上，車輛與停車線之間的關系圖在HUD顯示器的右側，紅綠燈信息位于左側，如圖4.1。

當汽車距停車線較近，且紅燈剩余時間較長時，HUD界面顯示車輛與停止線之間的位置，同時提醒司機進行減速操作，如圖4.1e。

當汽車1與停車線距離為0，且紅燈亮起時，HUD界面顯示紅燈剩余時間，并在紅燈變為綠燈時提醒司機進行啟動操作，如圖4.1b。

當汽車距停車線較遠，且綠燈剩余時間較短，車輛無法通過交叉口時，HUD界面提醒司機進行減速操作，如圖4.2f。

4.3兩輛車通過紅綠燈路口提示與檢測

車與車之間的安全距離，一直也是需要關注的重點，該部分原型以兩輛車為基數，描述兩輛車在紅綠燈路口時HUD原型顯示圖。顯示布局上，兩車之間的位置狀態圖和停車線在HUD顯示器的右側，紅綠燈信息位于左側位置。見圖4-1。

汽車2距汽車1在2000米以外，則HUD不會顯示兩車之間的俯視圖，僅顯示紅綠燈信息。見圖4-1a。

汽車2距汽車1在2000米以內，HUD顯示兩車之間的俯視圖，并以黃色色塊表示兩車位置狀態，同時顯示紅綠燈信息。見圖4-1b。

汽車2距汽車1在2000米以內，200米以外，HUD顯示兩車之間的俯視圖，并以藍色色塊表示兩車位置狀態，同時顯示紅綠燈信息。見圖4-1c。

汽車2距汽車1在200米以內，HUD顯示兩車之間的俯視圖，并以紅色塊表示兩車處于易追尾的危險狀態，同時顯示紅綠燈信息。見圖4-1d。

5 研究展望

本文只針對紅綠燈控制交叉口條件下三種需求進行了研究，實際交通情況其實更為復雜。隨著車路協同技術的發展，車與車之間，車與基礎設施之間，車與其他交通參與者之間會發生更多的信息交換，司機也將面臨更加繁雜的信息，HUD作為司機獲取信息的重要載體，如何更好地對其進行交互設計，從而方便司機快速、準確的獲取和判斷信息值得進一步深入研究。

參考文獻

[1]鄭潤玉，符鋅砂.道路平面交叉口交通事故主成因分析研究[J].公路與汽運，2012，（6）：53-57.

作者簡介

王亞娜（1990.04-），女，漢族，河南鄭州人，碩士研究生，助教，研究方向：智能產品、交互設計、服務設計等。