包俊 张宁



自动检票机人性化设计新思维

包俊1张宁2

1.常州市轨道交通发展有限公司，江苏 常州 2130222.东南大学智能运输系统研究中心轨道交通研究所，江苏 南京 210096

自动售检票系统作为城市轨道交通向公众提供服务的窗口，随着科学技术的进步和人们对出行便捷、舒适要求的增高，其自动化程度越来越高，对管理的支撑作用越来越大。我国境内开通运营及建设地铁的城市越来越多，为其他城市提供丰富的地铁建设运营经验。从“以人为本”的理念出发，结合常州在建地铁1号线项目，对自动检票机设备的外观和人机交互功能的新设计思维展开分析和探讨。

城市轨道交通；自动检票机；人性化设计

引言

如今，我国城市轨道交通建设和发展已有五十多年的历史，在其发展初期基本采用人工售检票的方式，而自动售检票（Automatic Fare System，AFC）系统起步较晚，设备技术相对落后[1]。随着经济的发展，城市化进程的加快，轨道交通的需求迅速增加，这对AFC系统的需求也日益迫切。20世纪80年代末上海地铁开始了自动售检票研制的探索。通过引进美国Cubic公司磁卡制式的自动售检票系统设备以及香港地铁的建设和运营经验[2]，从此开启了我国票务系统技术的自动化进程。通过近年来北京、广州、上海、南京等城市对AFC系统不断深入探索尝试和自主创新，形成了具有本土特色的AFC系统设备产业群，达到了国际同行业先进水平，同时也为乘客带来更大的方便。但是，早期地铁AFC设备受限于当时的物质条件和经济基础，以满足使用性为前提，其人性化服务的设计、设备的生产工艺和操作、维护、维修以及乘客使用等方面，我国厂商与海外厂商还存在不小的差距。随着乘客对AFC设备各方面的需求越来越高，设计者也越来越重视提高系统人性化层次[2]。

本文通过比较分析海内外现有自动检票机的设计特点，吸取各自的优点，结合正在设计制造中的常州轨道交通1号线AFC设备样机，在保证设备正常运营功能的基础上添加人性化服务和检修维护便利方面的设计元素。新设计的检票机样机通过第三方检测、模拟平台测试后，验证其人性化设计的合理可靠性，为投入正式批量生产提供了充分的依据。

1 现有自动检票机功能设计对比分析

城市轨道交通车站主要解决乘客在该服务系统中的汇聚和疏解过程，乘客在短暂的移动过程中充分享受车站所提供的舒适服务。布置于付费区与非付费区的交界处，具有高技术、高智能化特征的自动检票机是与乘客交互最频繁的设备之一，在计时计程的收费规则下，进出收费区时都需要进行车票检验，进入收费区时查询车票的合法性并记录进入的地点和时间；出收费区时根据进入和离开位置计算本次旅程的费用，完成车票扣款操作[3]。自动检票机的设计体现了当地轨道交通公司的企业文化元素和理念。配合车站各类艺术元素的视觉效果，车站的终端设备可以通过统一的外观风格、新颖的工业设计，与之相得益彰[4]。新型的工业设计实现了在终端设备外观上的突破，特别是在给乘客提供便捷服务方面发挥着关键的作用。

1.1 整机设计分析

海内外轨道交通车站设置的自动检票机外形和阻挡机构各异，但其主要部件模块基本相同，一般包含乘客显示器、通行指示灯、警示灯、车票读写器及其面板、车票回收单元、通道阻挡机构、乘客通信监控单元、工控机、维护键盘和电源等模块组成。自动检票机的外形需要结合通行指示灯、乘客显示器、读写器面板、车票回收口以及阻挡机构等主要模块部件的布局，符合人体工程学与工业美学精美结合设计。阻挡机构主要有三连杆、剪式扇门和摆动型拍打门三种模式。检票机厚度受阻挡机构体积的影响，摆动型拍打门整机设计相对于采用三连杆和剪式扇门机构的检票机具有一定优势，可以选择更轻薄、更时尚、更富有科技感的造型设计，同时内部结构的布置要求也相对较高。

1.2 人机界面对比分析

所谓人机交互界面，就是指自动检票机上能够实现人与机器交流的区域，主要包括操作界面、信息界面等。一个拥有良好人机交互界面的自动检票闸机能够有效减少乘客的误操作，提高整个系统的效能。

自动检票机的人机界面主要有乘客显示屏、读写器面板及单程票回收口组成。通常主要人机界面的部件高度结合成年人的身高特点进行设计，全部排列在通道右侧，符合多数乘客右手操作习惯。乘客显示器、读写器面板、单程票回收口均采用25°倾斜角设计，让乘客操作起来更加方便。

乘客显示屏、读写器面板及单程票回收口的布局设计丰富多样，形成了各自企业风格。欧美早期建设投入运行的地铁线路设备界面凸显部件的使用功能，例如读写器面板及车票回收口布局位置各自独立，陌生的旅客操作起来较为生疏。如今像欧洲、日本一些厂商的主流设计思强调一体化工程塑料面板布局设计并附带LED灯光提示效果，让乘客使用起来更加亲切、直观、简单。

图1 自动检票机人机界面可视角度设计

为了凸显地铁车站公共场所设施的向导功能，车票读写器面板使用LED灯映衬，单程票回收口设置在检票机进入端的明显位置，不会因为标识不清使得初次乘坐地铁的乘客茫然，大大提高了通行效率。面板一般采用柔和色调的磨砂面工程塑料，面板底色能清晰地反衬出标识文字，整个面板底色与检票机整体不锈钢材质相互协调，让乘客感受到地铁设备设施由内而外的一种温暖的感染力和亲和力。

图2 操作部件独立设计的人机界面

在设计美学中，产品设备的造型要素是吸引人眼球最直观的因素，设计者通过色彩、形状、材料等的变化来引起人们的情绪共鸣，并且不同功用的部件在设计过程中充分考虑接收者的心理承受能力，使得科技和艺术相结合，以设计的功能化、理性化为前提的基础上融入艺术性，使其性能、色彩不仅符合车站环境的空间感，还能适应乘客的生理与心理需求[5]。

1.3 通行控制对比分析

自动检票机的通行逻辑控制系统是整个闸机设备中要求最高的部件。门式阻挡装置检票机都需要配置通行传感器以确定乘客在通道中的位置和通行人数。在乘客通行过程中，根据传感器的安装位置，可以把整个通道划分为三个区域，分别为通道出入监视/监控区、安全区。透过型传感器由红外线发端和接收端成对构成，如图4所示。当乘客进入通道，阻断红外线的传播，传感器向传感器逻辑控制板发送信号处于开启状态。通过一组传感器返回信号进行分析，即可判断乘客的通行情况。安装于低位的传感器，可以检测到通道内儿童的通行情况，保证儿童的通行安全。

比较常见的剪式扇门与旋转式拍打门都在阻挡机构的周围设置了安全区传感器，一旦闸门打开后，只要该区域传感器被遮挡，闸门就不会关闭，直到遮挡解除。检票机两段安装拍打门的检票机通行逻辑与前两者有差异，由于采用这种机型的国家及地区的特殊性，经常将检票机设为闸门常开状态，便于加大客流通行效率，因此通行逻辑较为简单，传感器的功能只需引导乘客朝着正确的方向离开监控区[6]。由于这种方案的通行速度快、结构简单，用户体验好，被当前大多数地铁运营公司所采用。另一种三棍门型阻挡机构，在机械结构层面实现了“一杆一人”的通行控制，不需要较为复杂的通行控制方法，但用户体验差，不利于紧急情况下的疏散和乘客携带大件行李通行[7]。

图4 海内外常见的三种门式检票机传感器分布

基于上述自动检票机功能设计对比分析，常州轨道交通1号线建设期间，在设计自动检票机的时候充分考虑本地的文化背景以及人体工程学设计原则，结合人性化设计的发展方向，从设备外观、人体工程学、人机交互、新功能设计方面进行检票机设计思考，在功能、外观及人机界面设计上注重人与物之间的关系，以“人性化”为设计的首要准则，以实用性为主要目的，以达到自动检票机设计的“宜人化”要求。

2 基于人性化的自动检票机空间结构设计

乘客与检修人员在操作机器时所需要的操作空间被称为作业空间，自动检票机作业空间的设计，是根据乘客通行以及设备部件检修要求，结合中国人体尺寸的相关国家标准[8]，对自动检票机设备、部件模块等进行合理的布局与安排，达到操作安全可靠、方便舒适与高效的目的[9]。

2.1 自动检票机整机设计

常州轨道交通1号线的自动检票机在进行整体设计时，就充分考虑了人体工程学的设计原则。通道闸门采用旋转型拍打门形式，外形选用蝴蝶谷造型，整机设计宽度为200 mm。以人体最大肩宽为设计依据，加上服装修正量和心理空间修正量，确定通道宽度为550 mm，宽通道宽度为900 mm，避免乘客产生空间的压抑感和紧迫感[9]。以最舒适工作台面高度位于肘高以下76 mm处的研究结论为依据，确定整机高度在1100 mm，显示屏及刷卡界面保持在900～1 000 mm的区间内[9]，保证普通身高成人、年长者、儿童以及轮椅人士都能无障碍检票乘车。整机外壳采用304L不锈钢材料，表面经抛光及拉丝处理，给乘客带来暖和亲近的使用触感；检票机上盖及通行指示灯端面采用统一的深色磨砂半透明的聚碳酸酯材料，配合新颖时尚的仿车灯元素指示灯，凸显轨道交通的快捷、时尚和科技感。整体外观效果如图5所示。

图5 常州轨道交通1号线自动检票机外观效果图

2.2 主要部件模块布局与电气设计

如图6所示，自动检票机采用机身中空设计，车票回收单元、读写器、工控机、电气控制板、乘客通信监控单元等模块都集中布置在检票机的两端，内部布置较为紧密，各模块安装位置互不遮挡，模块连线贴有标签并统一使用线槽梳理，采用接插件连接电气控制板。读写器的安装位置靠近非付费区端部维修门，便于拆卸维修和更换密钥卡。

在自动检票机的设计中，上盖能自由开启，内侧维修门采用180°全开式设计，另一侧维修门也可以通过扣件自由拆卸，如图7所示，当打开检修时内部照明灯自动亮起，照明范围覆盖设备各维修区域，便于检查内部线缆连接和更换损坏部件，维修门关闭后，自动切断维修照明电源。内部设备棱边棱角进行了去毛刺处理，提高了维修人员操作便利性和舒适性，使维修工作更加轻松。

图6 自动检票机内部模块布局

图7 检票机部件维修示意图

如图8所示，电气部分主要包括交流电电源滤波器、漏电保护器、浪涌保护器、交直流变压器、电气控制板、通行逻辑控制单元及闸门电机机芯等部件以保障自动检票机安全可靠地运行。闸门电机机芯、传感器、乘客通行逻辑控制单元（ETS22）、车票回收单元、工控机、以及各类指示灯都由24 V直流供电，显示器、读写器和功放板由12 V直流供电。

3 基于人性化的自动检票机人机交互界面设计

常州地铁1号线自动检票机的人机交互界面设计遵循信息明确、简洁直观以及灵活性的原则[9]，主要由通行方向指示、乘客票卡信息显示、刷卡和回收指示以及针对逃票行文的报警四个方面构成。

在正常工作模式下，检票机的方向指示器和乘客显示器显示允许乘客使用的信息，且支持多种票卡以及二维码方式检票，以适应不同乘客的使用习惯和操作节奏，如图9所示。

图8 自动检票机内部电气连接示意图

图9 自动检票机车票面板及单程票回收口LED提示灯

车票面板和单程票回收口都在内侧增加了LED提示灯照明，能显著地引导检票位置；入票口的设计紧密结合自动检票机的外形，具有内陷流畅的引导通道便于乘客塞入回收车票。在暂停服务、紧急放行、关闭等运行模式下，入票口及相应的提示灯将关闭。

为了增强通行向导的作用，检票机在通道内测都加装了内嵌提示灯，给乘客带来检票成功的辅助提示，如图10所示。当乘客手持车票接近检票机车票面板的读写范围内时，读写器读取车票上的有关信息，并对车票进行有效性检查，车票面板LED灯闪烁绿色提示正确，然后打开闸门，通道灯亮起让乘客通行，并在乘客显示屏显示允许通过的信息。同时，检票机对乘客的通过进行监控，当乘客通过闸门后自动关闭闸门。当检验车票无效时，车票面板LED灯闪烁红色提示错误，关闭闸门禁止乘客通行，并发出警告提示音，同时乘客显示器提示错误信息，乘客可持车票到客服中心进行车票分析，根据不同情况对车票进行更新或替换处理。以上的各种人性化设计都是人体工程学在终端设备上的集中体现。

图10 自动检票机通道灯

4 基于人性化的自动检票机整机通行逻辑监控设计

4.1 通行逻辑监控传感器布局

乘客通行控制传感器为对射型传感器（26对）和漫反射传感器（4个，检测1.3 m以下儿童及行李），按检测区域划分可以分为如表1所示三类。检票机上布置的监控传感器能对成人、儿童或物体位置及其行进方向进行有效检测，当成人、儿童或物品进入通道时，传感器电平信号将发生改变，控制板可以依据检测到的传感器电平变化进行有效通行控制。通行示意图如图11所示。蓝色箭头表示人正方向通过方向，红色箭头表示反方向通过方向。

表1 传感器分布区域功能表

检测区域监控功能传感器分布 进入探测区进入探测区探测是否有人进入通道，同时判断进入的是儿童还是成人；是否有人企图尾随他人通过或闯闸通过；判断通道内行走方向错误的乘客；区分乘客、行李、婴儿车等S1、S2、S3、S11、T1S8、S9、S10、S12、T2 闸门安全区门扇两侧传感器定义了一个安全区。如果有物体遮挡该区域，通行逻辑就会根据物体所在位置让闸门执行防夹动作S4、S5S6、S7 退出区该区域用于探测乘客是否走出通道，同时探测乘客反向闯入行为S8、S9、S10、S12、T2S1、S2、S3、S11、T1

图11 乘客通行方向与控制传感器示意图

其中，S1~S12为对射型光耦传感器，用于探测乘客的通行；S4、S5、S6、S7分别为多光耦组合绑定点。T1和T2为散射型传感器，用于探测乘客身高，并且该散射传感器探测高度可调。

4.2 通行逻辑监控电器设计

通行逻辑监控系统主要由输入输出扩展控制模块（PAS-IO）及主从核心控制模块（ETS22）组成。

PAS-IO模块的输入输出端口包括 8路功率输出，2路功率继电器输出，6路干簧继电器输出，2路小功率直流有刷电机驱动输出，2个RS232（串行通信接口）以及1个CAN（Controller Area Network）总线接口。该模块连接了所有的光耦传感器、指示灯、检票机需要的开关量，此外COM1（commercial 1）连接IPC上位机，当检票机读卡器读到正确卡并且验证通过后，IPC模块可以向PAS-IO下发开门指令，控制检票机开门；COM2连接ETS22模块，可以控制闸门开关和读取闸门到位信息。

ETS22模块是自动检票机的核心控制器，具有接收各种指令、信息，控制门体电机、刹车、编码器及反馈门体状态信息的功能。它控制着检票自动检票机的一切动作逻辑，通过FCC（Flap Control Center）软件可以调节关于自动检票机各种参数及逻辑的设置。每台检票机需要主从2个ETS22模块来控制两扇闸门，它们之间通过CAN bus同步。考虑到电器布线的需要在ETS22模块上用硬线IO连接了部分指示灯。

图12为通行逻辑电器设计框图。

4.3 乘客通行逻辑控制

乘客通行逻辑控制主要实现以下几种功能。

（1）正常行人通行功能

当一位成年行人正方向刷卡后，闸门向正方向打开，行人走过检票机。当行人走出S10后闸门关闭。当一位成年行人反方向刷卡后，闸门向反方向打开，行人走过检票机。当行人走出S1后闸门关闭。对于背后拖着行李箱的乘客，因为行李箱高度低于900 mm，不会遮挡散射型传感器，主要依靠安全区的低位传感器来判断，如果安全区低位传感器被遮挡就认为有行李箱则允许通过，直到行李被拖出通道，低位传感器没有遮挡时再关闭闸门。

（2）儿童检测功能

单独儿童进入检票机，检票机不会将其放行。当一个成人刷卡后，成人跟随儿童进入检票机或儿童跟随成人进入检票机均可以对儿童进行免票，即可以让儿童免费通过检票机。当儿童在成人后时，成人会刷卡先进入检票机，检测跟在成人后的是成人还是儿童。如果侦测到没刷卡的是成人时则判断为尾随；如果侦测为儿童则可以进入，当两人都通过检票机后闸门关闭。儿童高度的探测是通过传感器T1或T2来实现的，低于传感器探测高度的行人被认为是儿童。

如图13所示，AB两点之间的距离代表身高为1.2 m的儿童身高，A点是传感器发射不同区域的交合点。当儿童的身高高于A点时，身体有一部分进入漫反射传感器的稳定状态转换区，这部分身体形成传感器光线的反射物，接收器接收到反射回来的光束，使得传感器的输出状态发生改变。当儿童的身高低于A点时，传感器稳定状态转换区没有发射物，接收器接收不到这个区域反射回来的光线，使得传感器的输出状态没有变化。

通过检测上述漫反射传感器的输出状态是否变化来检测判断通行乘客是否为儿童，儿童身高标准1.2 m是可调的。为了适应这种条件，只需调整传感器的安装高度和传感器的倾角即可，使得AB两点间的距离等于调整后的儿童身高标准。

（3）防尾随功能

当一个行人刷卡后闸门打开，该人正向进入检票机，第二人尾随进入检票机，检票机立即报警并向上位机上报尾随事件，闸门缓慢关闭，使正常行人通过检票机，尾随乘客被闸门阻拦。

（4）防反闯功能

当一个行人正方向刷卡后闸门正向打开，一个反方向行人进入检票机，检票机立即报警并向上位机软件上报正向反闯事件。闸门缓慢关闭。当闯闸行人退出检票机后，闸门会自动打开，正方向刷卡行人可以通过通道。

（5）速度优先或安防优先功能

通过软件配置可以将检票机设置为速度优先或安防优先模式。当检票机设置为安防优先模式后，如果检票机发现乘客非法通过检票机，闸门将缓慢关闭阻止非法通行。当检票机设置为速度优先模式后，如果检票机发现乘客非法通过检票机，只要闸门安全区内有乘客，检票机将不关门，只进行报警提醒。

（6）闸门常开模式功能

当检票机被设置为常开模式后，正常情况下闸门保持打开。如果乘客正常刷卡通过检票机，那么闸门保持不动。如果乘客没有刷卡且闯闸、尾随或反闯，那么闸门将关闭阻拦乘客非法通行。

（7）免票模式功能

当某一方向或双方向通行免票时可以将检票机设置为该模式。在该模式下，免票方向乘客可以随意通过检票机，但非免票方向乘客需要刷票通过检票机，否则检票机将报警并阻拦非法乘客。

（8）乘客长时间滞留检票机报警功能

当乘客刷卡开门后长时间滞留检票机内不走，在超过检票机设置的时间阈值后会进行报警，催促乘客通过检票机。设置时间可在1～30 s任意配置。

5 结语

国内的低价竞争往往导致人们对AFC 设备的价格区间的定位比较低，在如此低的整体价格上，硬件设计和制造工艺受到限制，产品无法达到较高的质量。对于地铁设备运行要求的可靠性和可维护性是不利的。因此，常州地铁在充分建设资金保障的前提下，以提升车站的乘客服务质量为目标进行自动售检票设备的设计制造。设计思路摆脱国内大多数厂商务实主义的陈旧观念，加强产品本身的可塑性，让其富有生命。从人的心理出发，不断摸索和分析乘客和运营人员的使用习惯和使用感受，使人、机、环境三者和谐[10]。人性化设计是地铁公共设施永久不衰的话题，也是所有地铁公司一直不断追寻的目标，我们都需要以人为本，人性化的设计是将来设计的必然趋势。

[1]姜悦. 城市轨道交通自动售检票系统[D]. 长春：长春工业大学，2015.

[2]郭之友. 人性化设计在AFC设备开发中的应用[D]. 长沙：湖南大学，2009.

[3]陶萄. 上海轨道交通交易型设备的交互设计研究——以自动检票机为例[D]. 上海：华东理工大学，2011.

[4]刘镇健. 浅谈自动售检票系统的人性化设计[C]. 第八届城市轨道交通自动售票（AFC）系统技术应用研讨会暨AFC专业产品展示会论文集，2015：50-53.

[5]王晓林，赵倩雲. 设计美学研究综述[J]. 设计，2013（6）：178-179.

[6]王炯. 上海轨道交通旋转门自动检票机功能性设计[J]. 城市轨道交通研究，2017（8）：150-151.

[7]曲日. 城市轨道交通中闸机智能识别系统及其识别技术的研究[D]. 天津：天津大学，2005.

[8]中国成年人人体尺寸：GB/T 10000—1988[S].

[9]黄长用. 地铁自动检票机的人机工程学研究[D]. 南京：南京理工大学，2011.

[10]张怡雯. 设计以人为本[J]. 艺术科技，2012（5）：111.

New Thinking of Humanized Design of Turnstile

Bao Jun1Zhang Ning2

1.Changzhou Rail Transit Development Company Limited, Jiangsu Changzhou 213022 2. ITS Rail Transit Research Institute of Southeast University, Jiangsu Nanjing 210096

As a window for urban rail transit to provide services to the public, the automatic fare collection system is becoming more and more automatic and the support for management is becoming more and more important, with the progress of the science technology and the increasing of the people’s demand for convenient and comfortable travel. More and more cities operate and build subways in China, and provide rich experience in construction and operation of subway to other cities in the future. Based on the concept of “people-oriented”, the paper analyzes and discusses the new design thinking of the appearance and man-machine interaction function of turnstile, combined with the project of the constructing subway Line 1 in Changzhou.

urban rail transit; turnstile; humanized design

U293.2+22

A

包俊（1986—），男，本科，工程师，从事轨道交通建设管理。E-mail：jhayate@163.com。