原文：《未來車輛的道路投影符號：中國道路的調查研究》

作者：孫小冬 復旦大學編譯：屈鼎然，郭雨欣指導：林燕丹

簡介：汽車行業(yè)已經為自動駕駛汽車（AV）提供了多個外部人機界面（eHMI），因為現(xiàn)在汽車需要更安全地駕駛，所謂的eHMI可以用來彌補汽車中缺少人的交流。本研究側重于eHMI的概念：汽車行業(yè)基于DMD的照明系統(tǒng)的道路圖像投影。根據(jù)文獻研究結果，我們試圖設計一種全面、可轉移、簡單的投影符號，以滿足車輛制造商的所有現(xiàn)行標準。這些eHMI投影符號根據(jù)其與這些符號的相似性呈現(xiàn)給中國駕駛員，供他們查看。根據(jù)調查結果，中國人喜歡簡單的投影，里面沒有復雜的圖案。

場景構建

基于場景的研究設計是汽車領域人因工程研究中廣泛采用的強大工具。例如，如果來自附近車道的車輛切入目標車道，則只有在與場景相關或對情況有一定影響的情況下，才會檢查在兩輛車前面進一步行駛的車輛。在實施建議的技術（如車載通信設備）之前，可以使用場景來探索其使用的潛在問題。該方法生成關于由用戶設備交互和設計建議產生的緊急行為的預測，以幫助未來的產品開發(fā)。場景可用于各種目標，包括演示如何使用系統(tǒng)、評估其功能、設計系統(tǒng)屬性，最后測試理論。場景有各種大小和范圍。我們研究中的場景被稱為小插曲，因為它們是單個事件的簡要總結。場景描述了一個基于真實事件的虛構場景。參與者被要求通過評論表達自己的感受和意見。
在我們的研究中，我們采用了車道變換方案，這在高速公路上非常常見，有四個階段；在功能性變道情景下，第一階段即將到來。它被定義為當駕駛員接近并意識到前車速度較慢并決定接管時。第二階段是轉向離開，定義為駕駛員執(zhí)行變道操縱并在方向盤上施加力。第三階段是超車，超車車輛以相對速度超車。一段時間以來，它也處于前車的盲點中。第四個也是最后一個階段正在回歸。超車車輛返回其起始車道，但不是強制性的。在我們的設計中，功能場景是在速度超過100公里/小時的高速公路上完成超車過程。相比之下，邏輯場景只是超車階段，超車車輛處于自我車輛的盲點中，比超車車輛移動得慢。接近、轉向和返回的階段不在本文范圍內。圖1顯示了功能場景，而虛線表示我們?yōu)檠芯吭O計選擇的邏輯場景。

圖1: 超車情景

符號設計超越場景

eHMI投影設計基于設計過程開始時建立的需求和人類視覺感知的基礎。我們的用戶調查用于在迭代過程中審查和修改幾個外部人類交互投影草稿。擴展可用性標準的含義，“說用戶的語言”、“一致性：相同的東西，相同的方式”和“保持設計簡單”產生了對可理解性、可移植性和簡單性的要求。要達到所有標準都很有挑戰(zhàn)性，稍后將進行探索。然而，不同的參數(shù)之間存在權衡，一個只能以另一個的代價實現(xiàn)。
1） 可理解性
2） 外部人機交互投影的信息應直觀易懂，以便其他道路使用者一眼就能掌握車輛的通信。根據(jù)一些研究，模式的含義并不直觀。因此，與之前的調查不同，我們選擇不使用光帶進行通信。此外，自動駕駛汽車的顯示符號應該是可以理解的，即使它缺少其等效符號。由于語言的原因，我們決定不展示任何形式的經文。所有交通參與者應理解該信息；此外，與文本相比，符號可以從比交通環(huán)境中的距離更長的距離看到。
3） 可轉讓性在高速公路上行駛時，車道變化和盲點情況非常常見。在道路交通中，人類駕駛員經常接觸這種情況。因此，我們確立了將外部人機交互投影設計轉移到不同環(huán)境的目標。外部人與人的互動投影應與自行車和小型電動自行車場景保持一致，以方便易受傷害的道路使用者，并與多個談判伙伴（如共享交通的城市駕駛）進行溝通。
4） 簡單性消息應該設計得簡單。使用高復雜度可能會導致誤解，尤其是在高速公路等高速場景中。具有高水平細節(jié)的顯示器將很難理解，并且需要很長時間才能理解。因此，一個詳細的外部人與人的互動投影可能會分散駕駛員的注意力，而不是幫助即將到來的人類駕駛員。
5） 投影系統(tǒng)標準

圖2: 研究中使用的eHMI投影符號
外部人機交互投影系統(tǒng)沒有標準。近年來，國際汽車照明和光信號專家組（GTB）致力于道路使用者投影系統(tǒng)的標準化。根據(jù)聯(lián)合國（聯(lián)合國第149號條例），投影符號只能使用白色。此外，對于特定場景的符號規(guī)則，沒有特定形狀。此外，交通符號的現(xiàn)有形狀不能用于eHMI投影系統(tǒng)。尺寸、投影距離、亮度和可見性仍有待調查。
作為集思廣益和從文獻中找到符號的結果，發(fā)現(xiàn)了許多針對用例“盲點檢測場景”的外部人機交互預測。調查中使用了出現(xiàn)的所有12個想法。圖2顯示了基于文獻調查和頭腦風暴開發(fā)的eHMI投影符號。

程序

該問卷基于通過社交媒體發(fā)布的在線調查。一個名為“wenjuanwang”的開源中文網(wǎng)站被用來創(chuàng)建這項調查并收集數(shù)據(jù)。調查由3部分組成，標題頁、一般信息、投影符號問題。
標題頁簡要介紹了調查和參與調查的條件。導言包括項目簡介、調查的隱私問題以及完成調查所需的時間。條件包括年齡限制（大于或等于30歲）、國籍和擁有有效駕駛執(zhí)照。第二部分是一般信息，包含與年齡、性別和每周行駛距離有關的問題。最后一部分，即特定于投影符號，從30秒的視頻開始，場景也用中文（文本）描述。圖3顯示了調查中使用的視頻截圖。一個五點林克特樣的量表被用來評估他們在每個投影符號中的相似性和興趣。在觀看了盲點檢測場景的視頻后，受試者必須按照5點Likert評分標準對投影符號進行評分，而5表示強烈同意，1表示強烈不同意。最后，參與者有機會根據(jù)自己的想法或興趣設計/繪制符號。

圖 3: 調查中使用的視頻剪輯，演示eHMI投影符號的概念（學分HASCO）

結果

共有137人參加了調查。在總樣本量中，130人完全完成了調查，并對他們的輸入進行了進一步分析。總共，44%為女性，56%為男性。關于年齡組，60%的參與者年齡在45歲以下，40%的參與者年齡超過45歲（我們使用45歲的年齡閾值）。34%的參與者每周可以行駛100公里以上。圖4以圖形方式顯示了參與者的所有信息。

圖4：參與者的一般信息
調查包含12個eHMI符號概念。共有130名中國人參加了此次調查?？傮w預測P1得到了最積極的響應，分別為53和23。P8對強烈不同意和不同意的回答最多，分別為71和27。從130名中國受試者的頻率分析中，預測P5和P6獲得了最顯著的中性反應數(shù)量。圖5顯示了每個投影概念的參與者的相似性分布。

圖5：調查頻率分析
中國人總體相似度的統(tǒng)計顯示，投影P1在所有12個eHMI投影符號中更為普遍。投影P1的相似度為63.8%，其次是投影P6、P5和P4，分別為59.6%、59%和57.2%，而P8的相似度僅為36.2%。圖6顯示了每個投影概念的參與者相似度的百分比分布。
中國人總體相似度的統(tǒng)計顯示，投影P1在所有12個eHMI投影符號中更為普遍。投影P1的相似度為63.8%，其次是投影P6、P5和P4，分別為59.6%、59%和57.2%，而P8的相似度僅為36.2%。圖6顯示了每個投影概念的參與者相似度的百分比分布。

圖6：參與者對eHMI符號的喜愛程度

表1：eHMI投影偏好評級的統(tǒng)計評估

根據(jù)調查結果，投影P1是最優(yōu)選的eHMI投影符號。然而，為了深入分析兩組之間的投影符號相似性和分布，我們在SPSS中進行了獨立樣本的Mann-Whitney U檢驗。Mann-Whitney U檢驗是兩個分類變量下5點Likert圖最可靠的檢驗之一[81]。當樣本的分布不是正態(tài)分布時，可以使用它。α值0.05用于執(zhí)行該測試?？占僭O定義為：每個類別的性別、年齡組、每個月的行駛公里數(shù)和駕駛經驗的投影相似性分布相同。對零假設的拒絕驗證了另一種假設：在所調查的類別中，投影相似性的分布并不相同。表1顯示了曼-惠特尼U檢驗的詳細統(tǒng)計數(shù)據(jù)和結果。預測P1保留了性別、年齡、月行駛公里數(shù)和駕駛分布經驗的零假設，顯著值分別為0.341、0.613、0.735和0.713。
最后一個問題是要求參與者設計一個他們更喜歡使用eHMI投影的符號，用于他們車輛中的盲點檢測場景。這是一個研討會，供每個參與者收集中國人對eHMI投影符號的意見和愿望。圖7顯示了參與者繪制的一些圖片。根據(jù)調查反饋，我們優(yōu)化了部分eHMI符號，如圖8所示。有趣的是，一些中國參與者還希望使用漢字作為符號，以一些突出的顏色來澄清情況。有些人還喜歡更復雜的符號設計。

圖7：參與者對eHMI符號的反饋

圖8：優(yōu)化的eHMI符號

結論

本研究側重于超車場景中道路圖像投影符號上的eHMI偏好。我們設計了一個全面、可轉移、簡單的投影符號，符合車輛制造商的所有現(xiàn)行標準。這些外部人機交互符號（eHMI）投影符號根據(jù)其與這些符號的相似性呈現(xiàn)給中國駕駛員，供其查看。根據(jù)調查結果，中國人喜歡簡單的投影，里面沒有復雜的圖案。投影P1在所有其他符號中獲得更高的評級。它非常簡單，易于理解，并且高度可接受。研究還表明，精心設計的外部人機界面可以改善智能汽車和其他道路使用者之間的溝通，進一步提高道路安全，減少交通事故和損害。

在線問卷的結果獲得了eHMI潛在中國用戶對在特定場景中投影交互模式的接受和偏好，以及人們對eHMI交互模式的看法。然而，受試者在不坐在車內的情況下識別了eHMI內容，并且沒有任何駕駛活動，這意味著參與者可以將全部注意力集中在eHMI上，這一事實可能影響了eHMI設計的易讀性。我們建議，在未來的工作中，應考慮不同顏色/圖案符號/投影距離/文化差異對eHMI的交互影響。此外，駕駛員或行人的生理狀況，如與動態(tài)事件同步的心跳，也應考慮影響動態(tài)事件控制中的無意識錯誤。