自動檢票機人性化設計新思維

包俊 張寧

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自動檢票機人性化設計新思維

包俊1張寧2

1.常州市軌道交通發展有限公司，江蘇 常州 2130222.東南大學智能運輸系統研究中心軌道交通研究所，江蘇 南京 210096

自動售檢票系統作為城市軌道交通向公眾提供服務的窗口，隨著科學技術的進步和人們對出行便捷、舒適要求的增高，其自動化程度越來越高，對管理的支撐作用越來越大。我國境內開通運營及建設地鐵的城市越來越多，為其他城市提供豐富的地鐵建設運營經驗。從“以人為本”的理念出發，結合常州在建地鐵1號線項目，對自動檢票機設備的外觀和人機交互功能的新設計思維展開分析和探討。

城市軌道交通；自動檢票機；人性化設計

引言

如今，我國城市軌道交通建設和發展已有五十多年的歷史，在其發展初期基本采用人工售檢票的方式，而自動售檢票（Automatic Fare System，AFC）系統起步較晚，設備技術相對落后[1]。隨著經濟的發展，城市化進程的加快，軌道交通的需求迅速增加，這對AFC系統的需求也日益迫切。20世紀80年代末上海地鐵開始了自動售檢票研制的探索。通過引進美國Cubic公司磁卡制式的自動售檢票系統設備以及香港地鐵的建設和運營經驗[2]，從此開啟了我國票務系統技術的自動化進程。通過近年來北京、廣州、上海、南京等城市對AFC系統不斷深入探索嘗試和自主創新，形成了具有本土特色的AFC系統設備產業群，達到了國際同行業先進水平，同時也為乘客帶來更大的方便。但是，早期地鐵AFC設備受限于當時的物質條件和經濟基礎，以滿足使用性為前提，其人性化服務的設計、設備的生產工藝和操作、維護、維修以及乘客使用等方面，我國廠商與海外廠商還存在不小的差距。隨著乘客對AFC設備各方面的需求越來越高，設計者也越來越重視提高系統人性化層次[2]。

本文通過比較分析海內外現有自動檢票機的設計特點，吸取各自的優點，結合正在設計制造中的常州軌道交通1號線AFC設備樣機，在保證設備正常運營功能的基礎上添加人性化服務和檢修維護便利方面的設計元素。新設計的檢票機樣機通過第三方檢測、模擬平臺測試后，驗證其人性化設計的合理可靠性，為投入正式批量生產提供了充分的依據。

1 現有自動檢票機功能設計對比分析

城市軌道交通車站主要解決乘客在該服務系統中的匯聚和疏解過程，乘客在短暫的移動過程中充分享受車站所提供的舒適服務。布置于付費區與非付費區的交界處，具有高技術、高智能化特征的自動檢票機是與乘客交互最頻繁的設備之一，在計時計程的收費規則下，進出收費區時都需要進行車票檢驗，進入收費區時查詢車票的合法性并記錄進入的地點和時間；出收費區時根據進入和離開位置計算本次旅程的費用，完成車票扣款操作[3]。自動檢票機的設計體現了當地軌道交通公司的企業文化元素和理念。配合車站各類藝術元素的視覺效果，車站的終端設備可以通過統一的外觀風格、新穎的工業設計，與之相得益彰[4]。新型的工業設計實現了在終端設備外觀上的突破，特別是在給乘客提供便捷服務方面發揮著關鍵的作用。

1.1 整機設計分析

海內外軌道交通車站設置的自動檢票機外形和阻擋機構各異，但其主要部件模塊基本相同，一般包含乘客顯示器、通行指示燈、警示燈、車票讀寫器及其面板、車票回收單元、通道阻擋機構、乘客通信監控單元、工控機、維護鍵盤和電源等模塊組成。自動檢票機的外形需要結合通行指示燈、乘客顯示器、讀寫器面板、車票回收口以及阻擋機構等主要模塊部件的布局，符合人體工程學與工業美學精美結合設計。阻擋機構主要有三連桿、剪式扇門和擺動型拍打門三種模式。檢票機厚度受阻擋機構體積的影響，擺動型拍打門整機設計相對于采用三連桿和剪式扇門機構的檢票機具有一定優勢，可以選擇更輕薄、更時尚、更富有科技感的造型設計，同時內部結構的布置要求也相對較高。

1.2 人機界面對比分析

所謂人機交互界面，就是指自動檢票機上能夠實現人與機器交流的區域，主要包括操作界面、信息界面等。一個擁有良好人機交互界面的自動檢票閘機能夠有效減少乘客的誤操作，提高整個系統的效能。

自動檢票機的人機界面主要有乘客顯示屏、讀寫器面板及單程票回收口組成。通常主要人機界面的部件高度結合成年人的身高特點進行設計，全部排列在通道右側，符合多數乘客右手操作習慣。乘客顯示器、讀寫器面板、單程票回收口均采用25°傾斜角設計，讓乘客操作起來更加方便。

乘客顯示屏、讀寫器面板及單程票回收口的布局設計豐富多樣，形成了各自企業風格。歐美早期建設投入運行的地鐵線路設備界面凸顯部件的使用功能，例如讀寫器面板及車票回收口布局位置各自獨立，陌生的旅客操作起來較為生疏。如今像歐洲、日本一些廠商的主流設計思強調一體化工程塑料面板布局設計并附帶LED燈光提示效果，讓乘客使用起來更加親切、直觀、簡單。

圖1 自動檢票機人機界面可視角度設計

為了凸顯地鐵車站公共場所設施的向導功能，車票讀寫器面板使用LED燈映襯，單程票回收口設置在檢票機進入端的明顯位置，不會因為標識不清使得初次乘坐地鐵的乘客茫然，大大提高了通行效率。面板一般采用柔和色調的磨砂面工程塑料，面板底色能清晰地反襯出標識文字，整個面板底色與檢票機整體不銹鋼材質相互協調，讓乘客感受到地鐵設備設施由內而外的一種溫暖的感染力和親和力。

圖2 操作部件獨立設計的人機界面

在設計美學中，產品設備的造型要素是吸引人眼球最直觀的因素，設計者通過色彩、形狀、材料等的變化來引起人們的情緒共鳴，并且不同功用的部件在設計過程中充分考慮接收者的心理承受能力，使得科技和藝術相結合，以設計的功能化、理性化為前提的基礎上融入藝術性，使其性能、色彩不僅符合車站環境的空間感，還能適應乘客的生理與心理需求[5]。

1.3 通行控制對比分析

自動檢票機的通行邏輯控制系統是整個閘機設備中要求最高的部件。門式阻擋裝置檢票機都需要配置通行傳感器以確定乘客在通道中的位置和通行人數。在乘客通行過程中，根據傳感器的安裝位置，可以把整個通道劃分為三個區域，分別為通道出入監視/監控區、安全區。透過型傳感器由紅外線發端和接收端成對構成，如圖4所示。當乘客進入通道，阻斷紅外線的傳播，傳感器向傳感器邏輯控制板發送信號處于開啟狀態。通過一組傳感器返回信號進行分析，即可判斷乘客的通行情況。安裝于低位的傳感器，可以檢測到通道內兒童的通行情況，保證兒童的通行安全。

比較常見的剪式扇門與旋轉式拍打門都在阻擋機構的周圍設置了安全區傳感器，一旦閘門打開后，只要該區域傳感器被遮擋，閘門就不會關閉，直到遮擋解除。檢票機兩段安裝拍打門的檢票機通行邏輯與前兩者有差異，由于采用這種機型的國家及地區的特殊性，經常將檢票機設為閘門常開狀態，便于加大客流通行效率，因此通行邏輯較為簡單，傳感器的功能只需引導乘客朝著正確的方向離開監控區[6]。由于這種方案的通行速度快、結構簡單，用戶體驗好，被當前大多數地鐵運營公司所采用。另一種三棍門型阻擋機構，在機械結構層面實現了“一桿一人”的通行控制，不需要較為復雜的通行控制方法，但用戶體驗差，不利于緊急情況下的疏散和乘客攜帶大件行李通行[7]。

圖4 海內外常見的三種門式檢票機傳感器分布

基于上述自動檢票機功能設計對比分析，常州軌道交通1號線建設期間，在設計自動檢票機的時候充分考慮本地的文化背景以及人體工程學設計原則，結合人性化設計的發展方向，從設備外觀、人體工程學、人機交互、新功能設計方面進行檢票機設計思考，在功能、外觀及人機界面設計上注重人與物之間的關系，以“人性化”為設計的首要準則，以實用性為主要目的，以達到自動檢票機設計的“宜人化”要求。

2 基于人性化的自動檢票機空間結構設計

乘客與檢修人員在操作機器時所需要的操作空間被稱為作業空間，自動檢票機作業空間的設計，是根據乘客通行以及設備部件檢修要求，結合中國人體尺寸的相關國家標準[8]，對自動檢票機設備、部件模塊等進行合理的布局與安排，達到操作安全可靠、方便舒適與高效的目的[9]。

2.1 自動檢票機整機設計

常州軌道交通1號線的自動檢票機在進行整體設計時，就充分考慮了人體工程學的設計原則。通道閘門采用旋轉型拍打門形式，外形選用蝴蝶谷造型，整機設計寬度為200?mm。以人體最大肩寬為設計依據，加上服裝修正量和心理空間修正量，確定通道寬度為550?mm，寬通道寬度為900?mm，避免乘客產生空間的壓抑感和緊迫感[9]。以最舒適工作臺面高度位于肘高以下76?mm處的研究結論為依據，確定整機高度在1100?mm，顯示屏及刷卡界面保持在900～1?000?mm的區間內[9]，保證普通身高成人、年長者、兒童以及輪椅人士都能無障礙檢票乘車。整機外殼采用304L不銹鋼材料，表面經拋光及拉絲處理，給乘客帶來暖和親近的使用觸感；檢票機上蓋及通行指示燈端面采用統一的深色磨砂半透明的聚碳酸酯材料，配合新穎時尚的仿車燈元素指示燈，凸顯軌道交通的快捷、時尚和科技感。整體外觀效果如圖5所示。

圖5 常州軌道交通1號線自動檢票機外觀效果圖

2.2 主要部件模塊布局與電氣設計

如圖6所示，自動檢票機采用機身中空設計，車票回收單元、讀寫器、工控機、電氣控制板、乘客通信監控單元等模塊都集中布置在檢票機的兩端，內部布置較為緊密，各模塊安裝位置互不遮擋，模塊連線貼有標簽并統一使用線槽梳理，采用接插件連接電氣控制板。讀寫器的安裝位置靠近非付費區端部維修門，便于拆卸維修和更換密鑰卡。

在自動檢票機的設計中，上蓋能自由開啟，內側維修門采用180°全開式設計，另一側維修門也可以通過扣件自由拆卸，如圖7所示，當打開檢修時內部照明燈自動亮起，照明范圍覆蓋設備各維修區域，便于檢查內部線纜連接和更換損壞部件，維修門關閉后，自動切斷維修照明電源。內部設備棱邊棱角進行了去毛刺處理，提高了維修人員操作便利性和舒適性，使維修工作更加輕松。

圖6 自動檢票機內部模塊布局

圖7 檢票機部件維修示意圖

如圖8所示，電氣部分主要包括交流電電源濾波器、漏電保護器、浪涌保護器、交直流變壓器、電氣控制板、通行邏輯控制單元及閘門電機機芯等部件以保障自動檢票機安全可靠地運行。閘門電機機芯、傳感器、乘客通行邏輯控制單元（ETS22）、車票回收單元、工控機、以及各類指示燈都由24?V直流供電，顯示器、讀寫器和功放板由12?V直流供電。

3 基于人性化的自動檢票機人機交互界面設計

常州地鐵1號線自動檢票機的人機交互界面設計遵循信息明確、簡潔直觀以及靈活性的原則[9]，主要由通行方向指示、乘客票卡信息顯示、刷卡和回收指示以及針對逃票行文的報警四個方面構成。

在正常工作模式下，檢票機的方向指示器和乘客顯示器顯示允許乘客使用的信息，且支持多種票卡以及二維碼方式檢票，以適應不同乘客的使用習慣和操作節奏，如圖9所示。

圖8 自動檢票機內部電氣連接示意圖

圖9 自動檢票機車票面板及單程票回收口LED提示燈

車票面板和單程票回收口都在內側增加了LED提示燈照明，能顯著地引導檢票位置；入票口的設計緊密結合自動檢票機的外形，具有內陷流暢的引導通道便于乘客塞入回收車票。在暫停服務、緊急放行、關閉等運行模式下，入票口及相應的提示燈將關閉。

為了增強通行向導的作用，檢票機在通道內測都加裝了內嵌提示燈，給乘客帶來檢票成功的輔助提示，如圖10所示。當乘客手持車票接近檢票機車票面板的讀寫范圍內時，讀寫器讀取車票上的有關信息，并對車票進行有效性檢查，車票面板LED燈閃爍綠色提示正確，然后打開閘門，通道燈亮起讓乘客通行，并在乘客顯示屏顯示允許通過的信息。同時，檢票機對乘客的通過進行監控，當乘客通過閘門后自動關閉閘門。當檢驗車票無效時，車票面板LED燈閃爍紅色提示錯誤，關閉閘門禁止乘客通行，并發出警告提示音，同時乘客顯示器提示錯誤信息，乘客可持車票到客服中心進行車票分析，根據不同情況對車票進行更新或替換處理。以上的各種人性化設計都是人體工程學在終端設備上的集中體現。

圖10 自動檢票機通道燈

4 基于人性化的自動檢票機整機通行邏輯監控設計

4.1 通行邏輯監控傳感器布局

乘客通行控制傳感器為對射型傳感器（26對）和漫反射傳感器（4個，檢測1.3?m以下兒童及行李），按檢測區域劃分可以分為如表1所示三類。檢票機上布置的監控傳感器能對成人、兒童或物體位置及其行進方向進行有效檢測，當成人、兒童或物品進入通道時，傳感器電平信號將發生改變，控制板可以依據檢測到的傳感器電平變化進行有效通行控制。通行示意圖如圖11所示。藍色箭頭表示人正方向通過方向，紅色箭頭表示反方向通過方向。

表1 傳感器分布區域功能表

檢測區域監控功能傳感器分布 進入探測區進入探測區探測是否有人進入通道，同時判斷進入的是兒童還是成人；是否有人企圖尾隨他人通過或闖閘通過；判斷通道內行走方向錯誤的乘客；區分乘客、行李、嬰兒車等S1、S2、S3、S11、T1S8、S9、S10、S12、T2 閘門安全區門扇兩側傳感器定義了一個安全區。如果有物體遮擋該區域，通行邏輯就會根據物體所在位置讓閘門執行防夾動作S4、S5S6、S7 退出區該區域用于探測乘客是否走出通道，同時探測乘客反向闖入行為S8、S9、S10、S12、T2S1、S2、S3、S11、T1

圖11 乘客通行方向與控制傳感器示意圖

其中，S1~S12為對射型光耦傳感器，用于探測乘客的通行；S4、S5、S6、S7分別為多光耦組合綁定點。T1和T2為散射型傳感器，用于探測乘客身高，并且該散射傳感器探測高度可調。

4.2 通行邏輯監控電器設計

通行邏輯監控系統主要由輸入輸出擴展控制模塊（PAS-IO）及主從核心控制模塊（ETS22）組成。

PAS-IO模塊的輸入輸出端口包括 8路功率輸出，2路功率繼電器輸出，6路干簧繼電器輸出，2路小功率直流有刷電機驅動輸出，2個RS232（串行通信接口）以及1個CAN（Controller Area Network）總線接口。該模塊連接了所有的光耦傳感器、指示燈、檢票機需要的開關量，此外COM1（commercial 1）連接IPC上位機，當檢票機讀卡器讀到正確卡并且驗證通過后，IPC模塊可以向PAS-IO下發開門指令，控制檢票機開門；COM2連接ETS22模塊，可以控制閘門開關和讀取閘門到位信息。

ETS22模塊是自動檢票機的核心控制器，具有接收各種指令、信息，控制門體電機、剎車、編碼器及反饋門體狀態信息的功能。它控制著檢票自動檢票機的一切動作邏輯，通過FCC（Flap Control Center）軟件可以調節關于自動檢票機各種參數及邏輯的設置。每臺檢票機需要主從2個ETS22模塊來控制兩扇閘門，它們之間通過CAN bus同步?？紤]到電器布線的需要在ETS22模塊上用硬線IO連接了部分指示燈。

圖12為通行邏輯電器設計框圖。

4.3 乘客通行邏輯控制

乘客通行邏輯控制主要實現以下幾種功能。

（1）正常行人通行功能

當一位成年行人正方向刷卡后，閘門向正方向打開，行人走過檢票機。當行人走出S10后閘門關閉。當一位成年行人反方向刷卡后，閘門向反方向打開，行人走過檢票機。當行人走出S1后閘門關閉。對于背后拖著行李箱的乘客，因為行李箱高度低于900?mm，不會遮擋散射型傳感器，主要依靠安全區的低位傳感器來判斷，如果安全區低位傳感器被遮擋就認為有行李箱則允許通過，直到行李被拖出通道，低位傳感器沒有遮擋時再關閉閘門。

（2）兒童檢測功能

單獨兒童進入檢票機，檢票機不會將其放行。當一個成人刷卡后，成人跟隨兒童進入檢票機或兒童跟隨成人進入檢票機均可以對兒童進行免票，即可以讓兒童免費通過檢票機。當兒童在成人后時，成人會刷卡先進入檢票機，檢測跟在成人后的是成人還是兒童。如果偵測到沒刷卡的是成人時則判斷為尾隨；如果偵測為兒童則可以進入，當兩人都通過檢票機后閘門關閉。兒童高度的探測是通過傳感器T1或T2來實現的，低于傳感器探測高度的行人被認為是兒童。

如圖13所示，AB兩點之間的距離代表身高為1.2?m的兒童身高，A點是傳感器發射不同區域的交合點。當兒童的身高高于A點時，身體有一部分進入漫反射傳感器的穩定狀態轉換區，這部分身體形成傳感器光線的反射物，接收器接收到反射回來的光束，使得傳感器的輸出狀態發生改變。當兒童的身高低于A點時，傳感器穩定狀態轉換區沒有發射物，接收器接收不到這個區域反射回來的光線，使得傳感器的輸出狀態沒有變化。

通過檢測上述漫反射傳感器的輸出狀態是否變化來檢測判斷通行乘客是否為兒童，兒童身高標準1.2?m是可調的。為了適應這種條件，只需調整傳感器的安裝高度和傳感器的傾角即可，使得AB兩點間的距離等于調整后的兒童身高標準。

（3）防尾隨功能

當一個行人刷卡后閘門打開，該人正向進入檢票機，第二人尾隨進入檢票機，檢票機立即報警并向上位機上報尾隨事件，閘門緩慢關閉，使正常行人通過檢票機，尾隨乘客被閘門阻攔。

（4）防反闖功能

當一個行人正方向刷卡后閘門正向打開，一個反方向行人進入檢票機，檢票機立即報警并向上位機軟件上報正向反闖事件。閘門緩慢關閉。當闖閘行人退出檢票機后，閘門會自動打開，正方向刷卡行人可以通過通道。

（5）速度優先或安防優先功能

通過軟件配置可以將檢票機設置為速度優先或安防優先模式。當檢票機設置為安防優先模式后，如果檢票機發現乘客非法通過檢票機，閘門將緩慢關閉阻止非法通行。當檢票機設置為速度優先模式后，如果檢票機發現乘客非法通過檢票機，只要閘門安全區內有乘客，檢票機將不關門，只進行報警提醒。

（6）閘門常開模式功能

當檢票機被設置為常開模式后，正常情況下閘門保持打開。如果乘客正常刷卡通過檢票機，那么閘門保持不動。如果乘客沒有刷卡且闖閘、尾隨或反闖，那么閘門將關閉阻攔乘客非法通行。

（7）免票模式功能

當某一方向或雙方向通行免票時可以將檢票機設置為該模式。在該模式下，免票方向乘客可以隨意通過檢票機，但非免票方向乘客需要刷票通過檢票機，否則檢票機將報警并阻攔非法乘客。

（8）乘客長時間滯留檢票機報警功能

當乘客刷卡開門后長時間滯留檢票機內不走，在超過檢票機設置的時間閾值后會進行報警，催促乘客通過檢票機。設置時間可在1～30?s任意配置。

5 結語

國內的低價競爭往往導致人們對AFC 設備的價格區間的定位比較低，在如此低的整體價格上，硬件設計和制造工藝受到限制，產品無法達到較高的質量。對于地鐵設備運行要求的可靠性和可維護性是不利的。因此，常州地鐵在充分建設資金保障的前提下，以提升車站的乘客服務質量為目標進行自動售檢票設備的設計制造。設計思路擺脫國內大多數廠商務實主義的陳舊觀念，加強產品本身的可塑性，讓其富有生命。從人的心理出發，不斷摸索和分析乘客和運營人員的使用習慣和使用感受，使人、機、環境三者和諧[10]。人性化設計是地鐵公共設施永久不衰的話題，也是所有地鐵公司一直不斷追尋的目標，我們都需要以人為本，人性化的設計是將來設計的必然趨勢。

[1]姜悅. 城市軌道交通自動售檢票系統[D]. 長春：長春工業大學，2015.

[2]郭之友. 人性化設計在AFC設備開發中的應用[D]. 長沙：湖南大學，2009.

[3]陶萄. 上海軌道交通交易型設備的交互設計研究——以自動檢票機為例[D]. 上海：華東理工大學，2011.

[4]劉鎮健. 淺談自動售檢票系統的人性化設計[C]. 第八屆城市軌道交通自動售票（AFC）系統技術應用研討會暨AFC專業產品展示會論文集，2015：50-53.

[5]王曉林，趙倩雲. 設計美學研究綜述[J]. 設計，2013（6）：178-179.

[6]王炯. 上海軌道交通旋轉門自動檢票機功能性設計[J]. 城市軌道交通研究，2017（8）：150-151.

[7]曲日. 城市軌道交通中閘機智能識別系統及其識別技術的研究[D]. 天津：天津大學，2005.

[8]中國成年人人體尺寸：GB/T 10000—1988[S].

[9]黃長用. 地鐵自動檢票機的人機工程學研究[D]. 南京：南京理工大學，2011.

[10]張怡雯. 設計以人為本[J]. 藝術科技，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?。?986—），男，本科，工程師，從事軌道交通建設管理。E-mail：jhayate@163.com。