杨令 董石羽

关键词：智慧公交设施 人机自然交互 KANO模型 数据挖掘 需求分析

引言

伴随着5G与物联网技术的逐渐成熟，我国的城市规划以及发展将呈现多元化的态势，由工业互联网到城市物联网的进程步伐已经逐渐蔓延开来。城市生态逐渐进入智慧化的“新常态”趋势，文献[1-2]中提到要从整体布局新型基础设施，提高5G通信、物联网等建设力度，智慧公交设施是在5G和万物互联等技术趋势下对于城市公交设施系统的总称，主要包括公交站台范围内的设施，区别于传统的公交设施，智慧公交设施主要是指利用5G与物联网等技术使站台范围内的各个子设施实现协同、自然、高效的人机交互。承担着调节人机环境关系、提升城市居民生活质量的任务。本文主要探讨传统公交设施在智慧城市的时代趋势下对于人机交互的可能性。

一、研究背景

（一）人机交互

人机交互先驱 Licklider [3]在19 6 0年提出人机共生（man -computer symbiosis）概念，提到人应该和计算机进行交互。人机交互从最初的命令行界面到图形用户界面，在一定程度上缓解了用户的生理和认知负荷，但图形用户界面的局限性也很明显，以电脑为例，图形用户界面还是摆脱不了桌面显示、鼠标点击、键盘输入的模式。在此基础上，人机交互发展到时下主流的多媒体交互界面，甚至有相关研究已经进入到人机自然交互界面（Human-machine naturalinteraction）的研究，主要包括用户利用自然的、习惯性的方式，如手势、动作、人眼识别、语音等方式进行交互，见图1。

（二）人机自然交互研究现状及其要素

目前，各位学术研究者对于人机自然交互的研究呈现多元化状态，王瑞等人对智能汽车界面设计的人机自然交互进行了研究[4];嵇柔等人做了自然交互设计在智慧家庭中的應用研究[5]，文献针对[6]归纳梳理了隐式人机交互在养老领域内运用现状，目前研究来看，人机交互的特征主要分为显性交互和隐性交互[7]，见图2。通过对现有学者研究情况进行大致综述，人机自然交互研究主要集中于车机系统、适老化产品、智能产品以及可穿戴设备，对于公交设施的人机交互相关研究较少，因此笔者旨在针对公交设施做人机自然交互设计方面的研究。

人机自然交互的要素是影响交互行为的特性、也是影响交互质量、决定交互方式的重要因素。诺曼在《情感设计》一书中提出，人的情感层次分为本能层、行为层、反思层[8]，每个层级对应不同的产品属性，本能层级对应人的五种感官通道所能感知到的属性，即形式、色彩、肌理等;行为层级主要对应人对产品所实施的交互动作以及产品的交互反馈，即功能性、实用性、易用性等;反思层级主要对应人对产品使用过后的整体感受，即结合自身经历体验以及认知水平对于产品的思考[9]。王瑞针对自然行为设计和情境感知设计两方面要素进行智能音箱的设计优化[10]。贾乐宾等人将人机自然交互的设计要素归纳为反馈、优先级、用户心理模型、临界点、本能交互五个方面[11];谭征宇等人将声音通感要素作为人机自然交互中重点内容[12]。笔者在此基础之上，结合诺曼的三层次理论、现有研究成果以及当前人机交互的发展态势，提炼出人机自然交互（HMNI）的三大设计要素，即情境感知、多通道交互、用户习惯适应，分别对应本能、行为、反思层级，见图3。

二、研究方法与流程

日本狩野纪昭博士于1984年提出KANO模型，用于反映服务质量与满意度关系的分析模型，现被广泛应用于用户需求分析归类与需求优先级排序[13]。卡诺模型对于需求属性的划分主要有五大类，分别是必备属性（M）、期望属性（O）、魅力属性（A）、无差异性属性（I）、反向属性（R）。以下是对于五种需求属性的解释，见图4。

对于本文的设计研究流程，首先确定研究的对象为智慧公交设施，根据网络论坛、问卷调研、用户访谈等方式采集用户对于城市公交设施的显性或隐性的需求，并将用户需求的原始性描述进行需求翻译，得到明确、简洁的需求点。再依据笔者在前文提炼的人机自然交互设计三大要素作为划分维度，利用卡片分类法归纳相似性需求。然后进行KANO模型问卷设计以及数据的回收与分析，对用户需求进行属性定位，得出用户需求的优先级排序，最后针对重要性较高的需求从人机自然交互的角度进行设计优化，见图5。

三、用户需求分析

（一）定位人群及需求采集

本文以人机自然交互的理论为出发点，利用KANO模型进行需求属性区分，主要针对城市公交站台设施的人机交互现状进行创新设计，考虑到站台区域人员流动大，人群复杂（小孩、青少年、中年、老年等）等特点，需要考虑到无障碍设计，所以本文所针对用户对象不限，语言交流能力正常;有体验过城市公交站台设施。为了得到真实的用户需求，笔者通过实地访谈法、观察法、网络论坛评论等获取用户显性和潜在的交互需求。对用户初始性需求口头描述进行需求转化翻译，使之成为简洁的用户需求。并通过卡片分类的方式从人机自然交互三要素将其分类，如表1。

（二）Kano问卷设计及分类

运用前一个阶段中所获取的用户需求进行KANO问卷设计，每一个用户需求当作一个功能点，问卷每个问题设置正反各一个，并设定满意程度分别为很满意、理应如此、无所谓、勉强接受、很不满意，然后对用户进行问卷调查。本次问卷调研总量共计120份，问卷回收后除去8份无效问卷，最后得到有效问卷112份，再将得到的问卷统计数据参照Kano评价模型（如表2），得到用户需求与公交设施的质量特性关系。

首先参照Kano评价表对得到的数据进行整理，然后对个体需求属性取最大值，以确定所属的需求类型。产品质量特性由交互需求属性统计中最高的量值决定[14]。文献[15]提到了双因素理论，强调个体可以对任何对象感到满意或者不满意两种感情态度。所以依据该理论求得相对满意度（SI）和相对不满意度（DSI），计算公式如下：

上述需求属性归类结果为必备型、期望型、兴奋型、无差异型四种属性，无反向型属性。上表中座椅的尺寸调整和安全辅助、站台温度感知气温调节、灭蚊需求、城市广播、智慧应急厕所等为无差异性需求。无论提不提供该功能选项，用户的满意度不会受到影响，因此在本次研究中将该类属性剔除。研究重点主要针对影响用户满意度较高的产品属性，即针对必备属性、兴奋属性、魅力属性做进一步探讨。

（三）Kano模型需求分析

针对上述的用户需求属性归类，剔除反向需求属性以及无差异需求属性，对必备需求、兴奋需求、期望需求进行满意度系数绝对值分析，并进行需求的优先级排序。

1.必备属性：必备属性对应必要型用户需求，若产品满足该需求时，用户满意度处于不变的状态，若不满足该需求时，用户会大幅降低其满意度，通过归类分析得到三类必备型需求（如表4）。按照相对不满意的系数绝对值对比，垃圾分类处理的需求重要性程度最高。鉴于上述功能在实际的站台中已经具备且趋于成熟稳定，因此该类需求在设计的过程中必须满足和不断优化。

2.魅力属性：魅力属性对应魅力型用户需求，是设计开发和产品迭代的重要依凭。若产品满足该需求时，用户满意度明显增加，若不满足该需求时，用户满意度不会发生变化。通过归类分析得到七类魅力型需求（如表5）。按照相对满意的系数值对比，临时充电的需求重要性程度最高，鉴于上述功能在实际的站台中基本没有被满足或者部分出于试验期，在产品逐渐趋于同质化的时代，设计开发的过程中应该重点关注此类需求，以期在市场竞争中占据优势。

3.期望属性：期望属性对应期望型用户需求，若产品满足该需求时，用户满意度明显增加，若不满足该需求时，用户会急剧降低满意度，通过归类分析得到五类期望型需求（如表6），其中临时办公和饮食和城市观景打卡功能的相对满意度系数值较高，现有实际案例中很少有将其功能整合到站台中去，因此在设计中要满足这两类需求，从而提升用户体验。对于其他的需求在现有案例中已经具备，需继续予以满足。

四、设计策略及其案例

依据上述的KANO需求归类，得到用户对于公交站台设施的交互需求中的必备需求、期望需求以及兴奋需求，通过分析 发现，用户的三类需求排名最高的需求属性共同归属于用户习惯性适应要素（如表7），而多通道人机交互和情境感知要素则次之，因此本次设计研究主要围绕这三个维度进行展开。

（一）用户习惯适应性设计

通过研究可得，对站台范围内用户习惯性行为的满足能够极大提高用户的交互体验满意度，依照三类设计要素对各个需求点进行分析，考虑到现有公交站台已具有垃圾分类处理、贩卖系统等功能且相对成熟，所以本次设计方案在保证该类需求的同时，主要针对用户满意度较高且现阶段缺乏的临时办公和饮食、城市观景打卡、临时充电、母婴和女性隐私等需求做设计研究。

1.临时办公平台。研究过程中发现用户在站台范围内有快捷就餐与临时办公的需求，且对于用户满意度提升影响较大，所以在站台的侧墙上增加可折叠的平台供用户临时办公和饮食需要。

2.城市观景打卡。通过对于用户行为的观察结合当下用户的社交习惯，发现用户喜欢在城市典型场景下进行打卡以及与城市合影的行为，所以在站台的结构设计上采用双层式，二层可供用户做观景打卡之需。

3.附加充电方式。在调研过程中发现用户习惯坐在座椅上和倚靠在站台的立面上玩智能设备，因此将充电接口附加在座椅座面和立面以及站台的立面上，能较好地适应用户的行为方式。

4.关怀性的空间设计。由于在乘客群体中带婴儿的妈妈和女性乘客普遍存在，出于母婴哺育的隐私性和女性的生理特点考虑，在整个公交站台中搭建一个母婴室，方便女性用户的不时之需。具体细节见图6。

（二）情境感知设计

通过上述的需求分析可得，对于环境感知可调节式站台顶棚、城市文脉元素、座椅的尺寸调整和安全辅助等需求对于提升用户满意度有较大的影响，考虑到目前公交站台的实际案例中对于城市文脉、安全围护和乘车引导的设计较为成熟，所以本次设计主要考虑设备的主动感知与隐性交互部分。对于站台的顶棚，在设计中通过嵌入温度传感器和程序代码驱动，当感知到雨雪和爆嗮天气信号时，站台顶棚可以主动扩展覆盖面积，给乘客提供良好的庇护，见图7。

（三）多通道人机交互设计

扫码拍照、互动投影、站牌的多媒体交互性、一键报警、智能监控等交互需求的满足能够明显提升用户的交互体验满意度。一键报警、智能监控、站牌的交互性等功能在当前的公交站台中已经存在，应该继续满足。所以本次设计主要考虑扫码拍照、互动投影等需求。

1.扫码拍照。通过用户研究可知用户在景点打卡以及与城市合影时，群体性居多，经常会出现他人帮拍的情况，因此通过扫码拍照的功能，用户通过手机扫码就能用手机App调动灯杆上的可旋转摄像头，从而进行多角度的他拍模式。

2.互动投影。考虑到站台范围内的儿童随机移动的特点，而站台环境的流动性较大，容易出现儿童走丢的现象，所以设计从视觉注意力的角度，通过互动投影设备投射小朋友熟悉的IP形象动画以及短片来吸引其注意力，从而在一定程度上缓解儿童走失的现象。具体细节展示见图8。

通过对于以上三个要素的深入探究，在实际的设计研究过程中结合用户的行为、习惯、生活方式以及技术发展水平、人机交互发展趋势，对当下城市公交设施在功能、形式、体验上进行了一定程度的探究。最终提出了城市公交站台设施人机交互系统设计方案，见图9。

结语

本文基于诺曼的情感三层次需求和现有学者对于人机交互的研究现状提炼出产品人机自然交互设计的三大要素：情境感知、多通道人机交互、用户习惯性适应。通过论坛获取、用户访谈、问卷、观察法等方法获取用户需求，将需求进行分类，运用KANO模型对需求进行属性划分和优先级排序，将影响满意度较高的需求点映射到公交站台的功能点上，从三要素角度进行方案设计，以期为后续的城市智慧公交设施设计做阶段性的尝试，本文为工业设计和产品设计专业的同学提供一种用户需求提炼的研究思路，对于产品迭代和产品創新具有一定有借鉴意义，由于本次研究由于调研对象大多数局限于同一地区，用户的正反满意度问卷测量感觉存在一定的主观性，以及基金项目经费、人力等方面的因素，研究的样本数量存在一定的不足，后续研究将进一步跟进技术研究趋势以及调研样本的覆盖率。