基于視覺有效指數(shù)的城市軌道交通車站出站引導(dǎo)標(biāo)識優(yōu)化設(shè)計(jì)*

張文利 方 勇 張 羽 胡 華 劉志鋼

(上海工程技術(shù)大學(xué)城市軌道交通學(xué)院， 201620， 上海∥第一作者， 碩士研究生)

目前，城市軌道交通車站出站引導(dǎo)標(biāo)識存在多而煩亂、引導(dǎo)效率低等問題，進(jìn)而導(dǎo)致乘客滯留、徘徊等現(xiàn)象[1-2]。因此，有必要對城市軌道交通車站的出站引導(dǎo)標(biāo)識進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)于站內(nèi)行人引導(dǎo)標(biāo)識的研究主要集中在標(biāo)識系統(tǒng)布局的評估與優(yōu)化[1-2]、標(biāo)識系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[3]及標(biāo)識位置的設(shè)置[4-5]等方面，其設(shè)計(jì)方法主要采用人因工程分析法[6-7]、尋路行為法[8-9]和最大模型覆蓋法[10]。其中：文獻(xiàn)[6-7]采用人因工程分析的方法，依據(jù)引導(dǎo)客流量大小及旅客的流線特點(diǎn)對鐵路客運(yùn)站的引導(dǎo)標(biāo)識進(jìn)行了合理設(shè)置；文獻(xiàn)[8]以尋路理論為基礎(chǔ)，利用BIM(建筑信息模型)技術(shù)搭建城市綜合客運(yùn)樞紐場景，通過VR(虛擬現(xiàn)實(shí))技術(shù)完成虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的沉浸式尋路試驗(yàn)，并以尋路時間、轉(zhuǎn)錯彎次數(shù)及停駐觀望次數(shù)為指標(biāo)描述被試者的尋路特征，進(jìn)而采用灰色近優(yōu)綜合評價方法，實(shí)現(xiàn)綜合客運(yùn)樞紐標(biāo)識系統(tǒng)的評估及優(yōu)化；文獻(xiàn)[10]將室內(nèi)應(yīng)急疏散標(biāo)識的位置優(yōu)化歸為MCLP(最大覆蓋位置問題)類型，對其進(jìn)行優(yōu)化，并通過微觀仿真驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果。

綜上所述，現(xiàn)有研究一般以引導(dǎo)標(biāo)識的可視范圍為前提開展，對標(biāo)識的視覺引導(dǎo)有效性評估較少。因此，本文基于眼動行為指標(biāo)，以標(biāo)識的視覺引導(dǎo)有效性最大化為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出視覺有效指數(shù)，對城市軌道交通車站出站引導(dǎo)標(biāo)識的優(yōu)化進(jìn)行研究。

1 城市軌道交通車站出站引導(dǎo)標(biāo)識問題

本文從換乘線路和樞紐功能角度選擇了上海軌道交通的虹橋火車站站、肇家浜路站和七寶站進(jìn)行出站引導(dǎo)標(biāo)識調(diào)研。其中：虹橋火車站站是上海軌道交通2號線、10號線、17號線的3線換乘站，共4個出站口；肇嘉浜路站是上海軌道交通7號線、9號線的兩線換乘站，共3個出站口；七寶站是上海軌道交通9號線無換乘功能的普通車站，共6個出站口。這3個車站出站引導(dǎo)標(biāo)識現(xiàn)狀問題如圖1所示。對這些現(xiàn)狀問題進(jìn)行匯總分析，結(jié)果如表1所示。

圖1 案例車站出站引導(dǎo)標(biāo)識的主要問題Fig.1 Main problems of exit guidance signs in case station

表1 案例車站出站引導(dǎo)標(biāo)識存在的主要問題及相關(guān)的評價指標(biāo)

2 基于視覺有效指數(shù)的車站出站引導(dǎo)標(biāo)識優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

由上文可知，上海軌道交通車站的出站引導(dǎo)標(biāo)識在版面信息、結(jié)構(gòu)形式和布置方式3個方面存在有效性問題，因此本文以提升客流出站引導(dǎo)效率為目標(biāo)，從版面信息、結(jié)構(gòu)形式和布置方式存在的問題著手，進(jìn)行出站標(biāo)識優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出基于視覺有效指數(shù)的出站引導(dǎo)標(biāo)識優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并利用出站引導(dǎo)標(biāo)識視覺有效綜合指標(biāo)評估優(yōu)化方案的改進(jìn)效果。其優(yōu)化設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 出站引導(dǎo)標(biāo)識優(yōu)化設(shè)計(jì)流程Fig.2 Optimization design process of exit guidance signs

3 構(gòu)建視覺有效指數(shù)模型

本文提出的視覺有效指數(shù)是指城市軌道交通車站中出站引導(dǎo)標(biāo)識的眼動行為指標(biāo)值在整個出站流線中所有引導(dǎo)標(biāo)識眼動行為指標(biāo)總值的占比。本文的研究主要采用注視時長視覺有效指數(shù)、首次注視時長視覺有效指數(shù)和訪問次數(shù)視覺有效指數(shù)等3個參數(shù)，構(gòu)建視覺有效指數(shù)模型，在此基礎(chǔ)上提出視覺綜合有效指數(shù)，用以評估出站引導(dǎo)標(biāo)識的有效性。

3.1 注視時長視覺有效指數(shù)

注視時長是指行人在城市軌道交通車站出站過程中使用出站引導(dǎo)標(biāo)識的時間，即在出站引導(dǎo)標(biāo)識上的視覺停留時間。注視時長視覺有效指數(shù)是指行人在城市軌道交通車站出站過程中，在出站引導(dǎo)標(biāo)識上的視覺停留時間占在所有引導(dǎo)標(biāo)識上的視覺停留總時間的比值。

設(shè)注視時長為t，定義p為擬評估的某一出站路徑，v為p中所有可視節(jié)點(diǎn)的集合，則：

Id,p=Ot,p/Tt,p

(1)

(2)

式中：

Id,p——p中出站引導(dǎo)標(biāo)識的注視時長視覺有效指數(shù)；

Ot,p——p中在所有指向出口的引導(dǎo)標(biāo)識上的視覺停留總時間；

Tt,p——p中在所有引導(dǎo)標(biāo)識上的視覺停留總時間；

Tik,p——p中在從i到k弧段上所有引導(dǎo)標(biāo)識的視覺停留總時間；

Nm——從i到k弧段上的第m個引導(dǎo)標(biāo)識；

Tm——i到k弧段上在第m個引導(dǎo)標(biāo)識上的視覺停留時間；

uik——除k外i到k連線上所包含的標(biāo)識節(jié)點(diǎn)的集合；

Zik,p——0-1變量，p中經(jīng)過i、k兩個任意可視節(jié)點(diǎn)連弧的起終點(diǎn)，若視覺在其中任一引導(dǎo)標(biāo)識上停留，其值為1，反之為0；

i、k、m——均為自然數(shù)序列。

3.2 首次注視時長視覺有效指數(shù)

首次注視時長表示行人從不同的車廂下車后首次注視到某個出站引導(dǎo)標(biāo)識時，在此標(biāo)識上的視覺停留時間。首次注視時長視覺有效指數(shù)是指行人在城市軌道交通車站出站過程中，在某個出站引導(dǎo)標(biāo)識上的首次視覺停留時間占在所有出站引導(dǎo)標(biāo)識上的視覺停留總時間的比值。假設(shè)首次注視時長為F0，則：

If,p=1-F0,p/Ot,p

(3)

式中：

If,p——p中某一出站引導(dǎo)標(biāo)識的首次注視時長視覺有效指數(shù)；

F0,p——p中首次注視到某個出站引導(dǎo)標(biāo)識時，在此標(biāo)識上的視覺停留時間。

3.3 訪問次數(shù)視覺有效指數(shù)

訪問次數(shù)表示行人出站過程中注視到引導(dǎo)標(biāo)識的次數(shù)。訪問次數(shù)視覺有效指數(shù)是指行人在城市軌道交通車站出站過程中，注視到出站引導(dǎo)標(biāo)識的次數(shù)占注視到所有引導(dǎo)標(biāo)識總次數(shù)的比值。經(jīng)由p的訪問次數(shù)視覺有效指數(shù)的計(jì)算式為：

In,p=On,p/Tn,p

(4)

(5)

式中：

In,p——p中出站引導(dǎo)標(biāo)識的訪問次數(shù)視覺有效指數(shù)；

On,p——p中注視到指向出站口引導(dǎo)標(biāo)識的次數(shù)；

Tn,p——p中注視到所有引導(dǎo)標(biāo)識的總次數(shù)；

Ne——p中第e個引導(dǎo)標(biāo)識的注視次數(shù)；

e——自然數(shù)序列。

3.4 視覺綜合有效指數(shù)

3.4.1 雷達(dá)圖繪制

通過Excel軟件對注視時長視覺有效指數(shù)、首次注視時長視覺有效指數(shù)和訪問次數(shù)視覺有效指數(shù)3個指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行無量綱化處理，并投影在對應(yīng)的指標(biāo)數(shù)軸上，將投影點(diǎn)連接成線，繪制成雷達(dá)圖。

3.4.2 特征量計(jì)算

采取雷達(dá)圖的平均面積和周長兩個特征量構(gòu)造函數(shù)，并計(jì)算路徑p的視覺有效綜合指數(shù)：

(6)

其中：

(7)

式中：

Sp——面積向量；

Vp——周長向量；

Lp——雷達(dá)圖周長；

x——指標(biāo)個數(shù)；

l、j——指標(biāo)集合中的第l個、第j個指標(biāo)；

Rl——第l個指標(biāo)值的邊長；

Rj——第j個指標(biāo)值的邊長；

θlj——由第l個指標(biāo)、第j個指標(biāo)構(gòu)成的三角形兩邊之間的夾角。

由此可得到各出站路徑的視覺有效綜合指數(shù)Yp的計(jì)算式為：

(8)

4 案例分析

以上海軌道交通2號線徐涇東站為例，針對調(diào)研過程發(fā)現(xiàn)的標(biāo)識版面信息、結(jié)構(gòu)形式及布置方式問題，并依據(jù)GB/T 20501.6—2013《公共信息導(dǎo)向系統(tǒng)導(dǎo)向要素的設(shè)計(jì)原則與要求》及DB31/T 1104—2018《城市軌道交通導(dǎo)向標(biāo)識系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，提出圖文信息、顏色配比、結(jié)構(gòu)尺寸、材料選擇、位置設(shè)置及安裝方式等6個指標(biāo)，開展該站的出站引導(dǎo)標(biāo)識的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.1 出站引導(dǎo)標(biāo)識優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1.1 出站引導(dǎo)標(biāo)識版面信息優(yōu)化設(shè)計(jì)

原有引導(dǎo)標(biāo)識的背景有白色和藍(lán)色，不滿足標(biāo)識設(shè)計(jì)的規(guī)范要求。優(yōu)化設(shè)計(jì)采用比較醒目的顏色，增加一定數(shù)量的地面標(biāo)識，并根據(jù)城市軌道交通車站的實(shí)際布局進(jìn)行適當(dāng)間隔布置，如圖3所示。

圖3 出站引導(dǎo)標(biāo)識版面信息優(yōu)化設(shè)計(jì)圖Fig.3 Optimization design drawing of exit guidance sign layout information

4.1.2 出站引導(dǎo)標(biāo)識結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化設(shè)計(jì)

徐涇東站的柱面引導(dǎo)標(biāo)識多采用粘貼形式，易與廣告顏色相沖，客流引導(dǎo)效果較差。可新增內(nèi)置LED(發(fā)光二極管)的鑲嵌式燈箱，充分利用柱面空間，對柱子的4個側(cè)面進(jìn)行包裹。采用優(yōu)質(zhì)的鋁合金和不銹鋼金屬材料，內(nèi)置的光源使整個版面更加鮮明，以增強(qiáng)乘客對引導(dǎo)標(biāo)識的辨識度。出站引導(dǎo)標(biāo)識結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化如圖4所示。

4.1.3 出站引導(dǎo)標(biāo)識布置方式優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1.3.1 位置優(yōu)化

在城市軌道交通車站內(nèi)，行人對標(biāo)識的識別范圍有限，這種能接收信息的空間區(qū)域?yàn)榭梢娪颍梢曇昂鸵暰鄾Q定[2]。正常人雙眼縱向視野范圍在50°～70°之間，橫向最大范圍為左、右各62°[11]。視距由人體生理屬性及環(huán)境屬性共同決定，其計(jì)算式為：

圖4 出站引導(dǎo)標(biāo)識結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化設(shè)計(jì)圖

(9)

式中：

D——視距；

b——觀察者心理與環(huán)境等因素對視距影響的修正系數(shù)；

s——標(biāo)識中字體寬度；

E——根據(jù)標(biāo)識顏色、背景亮度及對比度調(diào)整后的視力，用臨界視角的倒數(shù)來表示。

α——視角。

人眼的可見域如圖5所示，其中:點(diǎn)A為人眼;∠BAD為縱向視野;∠CAE為橫向視野;以O(shè)為圓心的面兩邊分別為半橢球體和錐體錐體和半橢球體共同構(gòu)成人的可見域，標(biāo)識位置設(shè)置在人的可見域內(nèi)為最佳。

4.1.3.2 高度優(yōu)化

出站引導(dǎo)標(biāo)識的高度需要依據(jù)行人的人因視認(rèn)需求予以設(shè)置，使行人能夠清晰識別引導(dǎo)標(biāo)識，而行人的視覺習(xí)慣是從上往下看。如圖6所示，設(shè)置引導(dǎo)標(biāo)識高度時，需考慮行人平均身高(一般為170 cm)[12]，在城市軌道交通車站空間內(nèi)的吊掛式引導(dǎo)標(biāo)識最頂端距離地面應(yīng)滿足不小于2.2 m；墻面式引導(dǎo)標(biāo)識應(yīng)滿足不小于2.0 m的高度要求；落地式引導(dǎo)標(biāo)識應(yīng)滿足行人平視識別引導(dǎo)信息的要求。

圖5 人眼的可見域

圖6 出站引導(dǎo)標(biāo)識在高度上的優(yōu)化

4.2 視覺有效指數(shù)計(jì)算

乘客在徐涇東站從不同的車廂下車后在站臺層經(jīng)由不同方向的樓扶梯或者無障礙電梯到達(dá)站廳，存在6條路徑。以路徑5為例，出站流程如圖7所示。

圖7 乘客經(jīng)由路徑5的出站流程Fig.7 Process of passengers exiting through route 5

根據(jù)眼動行為采集試驗(yàn)獲取眼動行為指標(biāo)，對路徑5出站引導(dǎo)標(biāo)識計(jì)算視覺有效指數(shù)和視覺有效綜合指數(shù)，繪制雷達(dá)圖如圖8所示。

由圖8所示，路徑5現(xiàn)狀的視覺有效綜合指數(shù)為0.213 6，優(yōu)化后的視覺有效綜合指數(shù)為0.242 1，與現(xiàn)狀值相比，路徑5出站引導(dǎo)標(biāo)識優(yōu)化視覺有效綜合指數(shù)提升了13.34%。此外，除了不需優(yōu)化的路徑4外，其余出站路徑的優(yōu)化結(jié)果分別為：路徑1提升了9.02%，路徑2提升了7.01%，路徑3提升了11.22%，路徑6提升了5.24%。

5 結(jié)語

本文通過對上海軌道交通車站出站引導(dǎo)標(biāo)識設(shè)計(jì)問題開展實(shí)地調(diào)研，總結(jié)了出站引導(dǎo)標(biāo)識目前存在的有效性設(shè)計(jì)問題，并從出站引導(dǎo)標(biāo)識的版面信息、結(jié)構(gòu)形式及布置方式3個方面開展優(yōu)化。以注視時長有效指數(shù)、首次注視時長有效指數(shù)、訪問次數(shù)有效指數(shù)為視覺有效性評價指標(biāo)，構(gòu)建了視覺有效指數(shù)模型，并利用雷達(dá)圖法提出視覺有效綜合指數(shù)，對城市軌道交通車站出站引導(dǎo)標(biāo)識優(yōu)化方案進(jìn)行有效性評價，以選出可提高客流出站引導(dǎo)效率的出站標(biāo)識優(yōu)化方案。本文的研究成果對城市軌道交通車站出站引導(dǎo)標(biāo)識的設(shè)計(jì)具有一定的理論意義和應(yīng)用價值。

a) 現(xiàn)狀

b) 優(yōu)化后圖8 路徑5出站引導(dǎo)標(biāo)識視覺有效綜合指數(shù)雷達(dá)圖