基于可用性的交通标志设计方法 80页

分类号：U4学校代码：10109密级：公开太原科技大学硕士学位论文（专业型）论文题目：基于可用性的交通标志设计方法英文题目：TheDesignMethodforTrafficSignsbasedonUsabilityEngineering研究生姓名：李美佳导师姓名及职称：杨刚俊副教授培养单位：交通与物流学院工程专业：交通运输工程论文提交日期：2016年6月论文答辩日期：2016年6月3日答辩委员会主席：李爱峰教授级高工 论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文，是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本研究所做的任何贡献的个人或集体均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明产生的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期： 中文摘要中文摘要交通标志是道路系统的重要组成部分，其设计的好坏直接影响到驾驶员的正常寻路以及道路系统的通畅情况。随着经济与社会的发展，人们对交通标志的使用体验要求也越来越高，再加上人们认知信息的方式更加感性，所以交通标志设计方法也需要适应新的发展。产品设计学科作为时代的新宠，随着信息技术的推动，人性化设计思想与方法也有了快速的发展。特别随着可用性和体验性设计方法研究的深入，已形成了较完善的理论和方法体系。本文首先借鉴产品设计领域的可用性研究方法，结合交通标志的特点，探索适合交通标志可用性研究的理论和方法体系。再通过调查分析、心理学分析和研究对象模型化分析，总结提炼出驾驶员针对交通标志的需求并确定指标体系，再利用质量功能配置（QFD）、解决发明问题理论（TRIZ）和田口方法（Taughi）解决设计过程中的问题并提出优化方案，最后利用模糊层次评价法对方案进行评价。基于可用性的交通标志设计方法，构建了“需求调研—设计方法—方案评价”的完整流程，通过定性与定量的分析，得出驾驶员对交通标志的使用需求为显著性、易识读、易遵守和易决策四方面，提出当版面背景为绿色、字符颜色为白色且字高为40cm时的参数搭配为视认性最佳的组合，以及提出其他设计中的冲突问题的解决方案，同时验证了将可用性研究方法与先进的产品设计方法结合运用在交通标志设计中具有可行性。关键字：交通标志设计；可用性；QFD；TRIZ；TaughiI ABSTRACTABSTRACTTrafficsignsareanimportantpartofroadsystem,itsdesignqualitywilldirectlyaffectthedriver"snormalpathfindingandunobstructedroadsystem.Withthedevelopmentofeconomyandsociety,people"sexperiencerequirementsfortrafficsignsarebecominghigherandhigher.Atthesametime,thewaypeoplecognizeinformationismoreintuitive,sothedesignmethodoftrafficsignsalsoneedadapttothenewdevelopment.ProductdesigndisciplinesarethedarlingofTheTimes,withthedevelopmentofinformationtechnology,humanizeddesignideaandthemethodhasarapiddevelopment.Especiallywiththedeepeningoftheusabilitydesignmethodandexperientialresearch,ithasformedarelativelyperfecttheoryandmethodsystem.Thisarticlefirstapplyusabilityresearchmethodsforthefieldofproductdesign,combiningthecharacteristicsofthetrafficsignswithit,toexploresuitabletrafficsignsusabilityresearchtheoryandmethodsystem.Throughinvestigationandanalysis,psychologicalanalysisandtheresearchobjectmodelinganalysis,extractthedriver"sneedoftrafficsignsanddeterminetheindexsystem.UsethemethodofQFD,TRIZandmouthTaughitosolveproblemsinthedesignprocessandputforwardoptimizationscheme,finally,usethefuzzyhierarchyevaluationmethodtoevaluatescheme.Designmethodbasedontheusabilityofthetrafficsigns,buildtheprocessof"demandresearch,designmethod,schemeevaluation",throughqualitativeandquantitativeanalysis,itisconcludedthatthedriver"sdemandfortheuseoftrafficsigns,significant,easytoread,easytofollowanddecision-making,putforwardtheschemethatwhenthelayoutbackgroundisgreen,charactercoloriswhiteandwhenthewordis40cmhigh.Andtheparametercollocationisthebestcombinationforvisibility.Andputforwardthesolutionofconflictproblems.Atthesametime,itverifiestheusabilityresearchmethodcombiningwithadvancedproductdesignmethodisfeasibleinthedesignoftrafficsigns.Keywords：Trafficsignsdesign,Usability,QFD,TRIZ,TaughiIII 目录目录中文摘要......................................................................................................................................IABSTRACT....................................................................................................................................III第一章序论.....................................................................................................................................11.1研究背景.................................................................................................................................11.2论文研究的目的和意义.......................................................................................................21.2.1论文研究的目的.............................................................................................................21.2.2论文研究的意义.............................................................................................................31.3国内外研究现状....................................................................................................................31.3.1交通标志国内外研究现状............................................................................................31.3.2可用性国内外研究现状.................................................................................................41.4论文主要内容及结构............................................................................................................4第二章交通标志的可用性研究方法...........................................................................................72.1可用性相关概述....................................................................................................................72.1.1可用性概念及特点.........................................................................................................72.1.2交通系统中可用性的特点............................................................................................72.1.3可用性设计的一般过程.................................................................................................82.2可用性研究方法..................................................................................................................102.2.1数据采集方法...............................................................................................................102.2.2评估与测试...................................................................................................................132.3交通标志可用性的研究.....................................................................................................132.3.1交通标志可用性研究现状..........................................................................................132.3.2交通标志可用性研究过程..........................................................................................152.4小结.......................................................................................................................................16第三章驾驶员特性分析..............................................................................................................173.1构建驾驶员信息识别模型.................................................................................................173.1.1研究对象分析...............................................................................................................173.1.2人类信息处理模型.......................................................................................................173.2驾驶员需求分析方法.........................................................................................................193.2.1需求理论........................................................................................................................193.2.2马斯洛需求层次理论在交通标志设计的应用.........................................................20V 基于可用性的交通标志设计方法3.2.3驾驶员识别交通标志的过程分析..............................................................................213.3调查实施...............................................................................................................................233.3.1调查背景及方法...........................................................................................................233.3.2调查对象分析...............................................................................................................233.3.3调查安排........................................................................................................................243.4调查数据分析......................................................................................................................253.4.1数据预处理...................................................................................................................253.4.2数据分析及指标体系确定..........................................................................................263.5小结.......................................................................................................................................29第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法.....................................................314.1QFD方法介绍......................................................................................................................314.1.1HOQ的构建...................................................................................................................314.1.2HOQ构建流程...............................................................................................................324.1.3QFD方法量化的实现...................................................................................................344.2TRIZ理论介绍.....................................................................................................................344.2.1TRIZ概念及研究内容..................................................................................................344.2.2设计中TRIZ应用原理................................................................................................354.2.3QFD与TRIZ方法的集成...........................................................................................364.3Taughi理论介绍...................................................................................................................374.3.1Taughi基本概念............................................................................................................374.3.2Taughi基本原理............................................................................................................384.3.3Taughi的实现工具........................................................................................................404.3.4TRIZ理论与Taughi方法的集成................................................................................414.4基于QFD、TRIZ和Taughi集成的方法框架...............................................................414.5案例分析...............................................................................................................................424.5.1各指标重要度的确定...................................................................................................424.5.2构建关系矩阵...............................................................................................................444.5.3TRIZ理论解决设计瓶颈问题.....................................................................................454.5.4利用田口方法实现设计优化......................................................................................484.6小结.......................................................................................................................................49第五章基于模糊层次分析法的交通标志可用性评价............................................................51VI 目录5.1模糊层次分析法理论介绍.................................................................................................515.1.1模糊层次分析法理论的基本概念..............................................................................515.1.2模糊层次分析法求解步骤..........................................................................................525.1.3运用................................................................................................................................535.2案例分析...............................................................................................................................555.2.1确定权重矩阵...............................................................................................................555.2.2确定评价矩阵并计算...................................................................................................585.3小结.......................................................................................................................................59第六章结论与展望.......................................................................................................................616.1研究总结...............................................................................................................................616.2展望.......................................................................................................................................61参考文献.............................................................................................................................63致谢..............................................................................................................................................67附录..............................................................................................................................................69附录1...........................................................................................................................................69附录2...........................................................................................................................................70附录3...........................................................................................................................................71攻读学位期间发表的学位论文目录...........................................................................................73VII 第一章序论第一章序论1.1研究背景交通标志作为道路基础设施的一部分，在整个道路系统中起着指路引路的功能，在道路体系中占据很重要的地位。出行是每个人必要的需求，很多学者将出行定义为人、车、货为完成某一目的从起点到终点的过程，从这个定义中可以看出出行必须得以必要的道路或其他运输途径作为载体。目前我国道路建设仍在不断扩建完善，道路总里程在不断增加，从建国的第一个五年计划开始道路建设一直在稳步发展。“十二五”时期，我国更是加大力度快速架起一道道四通八达的交通网。随着我国国家政策的宏观调控，以及从“交通大国”到“交通强国”的宏伟目标的实现，国家更是加强道路的建设。目前我国已基本建成贯通“五纵五横”的综合运输大通道。在《国家公路网规划（2013年-2020年）》中，我国要达到建成公路网总规模约40万公里的目标，投入资金达4.7亿万元。如此大的交通基础设施投资，必然会造成我国道路网星罗密布。根据交管局调查的数据，我国机动车保有量在2014年已达到2.14亿，驾驶人已突破3亿，这其中新增驾驶员有2967万，占全部驾驶人10%左右。而据公安部交管局公布数据可知，截至2014年年底，我国机动车保有率已达2.14亿辆，机动车驾驶人突破3亿人，驾龄不满1年的驾驶人有2967万，占总数的9.82%。汽车保有量继续增长，仅在2014年新增汽车保有量已达2188万辆。数据显示，我国近五年机动车年均增长量已逾1500万辆，而驾驶人的数量也呈大幅增长，年均增量达2057万人。在道路网如此密集复杂，而驾驶人数量又如此庞大的情况下，交通标志在道路体系中的作用就显得更为突出。交通标志古已有之，在古代古人已经很重视交通标志的作用。早在周代，史料中已经有“列数以表道”的记载，而在古罗马时代，在从罗马到加普亚的道路上已经开始设置指路牌[1][2][3]。在如今的社会中，交通已经十分发达，运输工具从过去的慢行交通已经逐渐转变为速度越来越高的高速运输工具，在带给人们出行方便的同时，也为交通安全带来了非常多的隐患，而交通标志的合理设置可以减少交通事故的发生。但是据调查，目前道路交通标志的设置不能满足驾驶员的需求。有关沙特阿拉伯巴林大学的研究人员对5个国家4777名驾驶员进行调查，调查结果发现，能够正确识别标志的驾驶员比例仅为56%和55%[4][5]。另外据交通部对我国普通城市的调查结果显示，交通标志设置不完善的问题普遍存在，二、三线城市尤其严重，对驾驶员识读交通标志的能力也存在很多不足。对11个城市的339名驾驶人员调查中，仅有38%的驾驶员能1 基于可用性的交通标志设计方法对交通标志完全理解，也就是大多数人是不能很好理解交通标志的[4]。1.2论文研究的目的和意义1.2.1论文研究的目的交通标志是指用符号、文字和图案表示，起指示引导作用的标识，有指路、指示、警告、禁令、道路施工安全和旅游区标志六种。指路标志的服务对象主要是道路的初次使用者，为驾驶员顺利找到目的地提供了直接的引导作用；指示标志的作用是为了规范车辆和行人对道路的使用；警告标志是为了提示道路使用者危险信息；禁令标志是禁止驾驶员或行人在道路上的某些行为；旅游区标志和道路施工安全标志更侧重于对人出行的安全便利[6]。综合以上功能特性，交通标志的服务对象是人，而且其目的是为了人的出行方便而设置。但是根据对一些城市交通标志使用情况的调查，现有的交通标志存在很多问题，导致了交通标志的使用率低下。主要的问题有标志设置不明显，对标志的视认性差，标志的设置不连贯，没有统一的规范导致道路使用者不能理解标志信息等问题[7][8]。交通标志从正式规范化使用已经经历了漫长的时间，针对不同的城市情况、不同的道路设计、不同的地理位置以及标志不同的使用功能，交通标志的设计也会有各自的特点。例如对于山区道路，由于地理形势特殊，所以在设计山区道路的交通标志时应该有别于城市道路，考虑其特殊的需求而进行针对性的设计。综合分析，现有的交通标志主要存在以下问题：（1）不能有效发挥引导功能。由于一些指路标志设置数量不足、设置位置不合理、标志版面内容不足或不统一、字符符号不规范等方面的原因，造成标志不能及时告知驾驶员有用信息，致使驾驶员不能及时采取措施而导致走错路的现象[7]。（2）标志视认性不理想。标志的视认性直接关系着驾驶员对交通标志的识读，在视认性影响因素中标志的参数设置起着关键的作用[7]。现有的很多标志由于参数设置不合理导致视认性不高。（3）信息量缺失或过载。现有的标志有的内容单一，有的太过复杂信息极不均匀，造成驾驶员不能获取足够的信息或者是出现难辨认的情况[8]。（4）标志设置缺乏连续性。标志的设置应该配合整个路网系统，有效的反应整个路网的交通信息，但是现有的很多标志设置前后不连贯，造成整个路网系统信息链连接不上，给驾驶员的出行造成困难[8][9]。因此对于交通标志设计的研究对整个交通系统的顺利运转起着举足轻重的作用。传统的设计方法将所有驾驶员和行人群体作为整体的研究对象，只是单纯解决了共性的问2 第一章序论题，但存在一概而论的缺陷。本文希望通过可用性设计的研究方法，从用户体验的角度出发，挖掘出更深入的用户需求，进而通过科学的设计方法，更好地解决道路使用者使用标志过程中存在的问题。1.2.2论文研究的意义可用性设计是体现人机交互的一种产品设计方法，这种方法最突出的优势在于立足于用户需求，最终实现用户的满意度。其研究思路是从用户出发，寻找最适合用户，并且能最大实现用户使用舒适性的产品。它的核心理念与交通标志设计理念相同，即都希望设计出最适合人类使用的产品。本文将可用性设计方法与交通标志设计结合提出适用于标志设计的研究模型，将可用性设计方法的优势运用在交通标志设计中。由于驾驶员在行车过程中的所受的影响因素非常复杂，而且对标志的认知需求极高，所以将驾驶员作为本文研究对象，通过收集驾驶员在出行中对交通标志的需求，继而综合分析确定指标体系，并利用产品设计中先进的质量功能配置方法、解决发明问题理论和田口方法解决设计瓶颈问题，并提出设计方案，最后运用模糊层次分析法进行评价，通过此研究过程构建适合的解决方法。本文将产品设计中人性化的设计理念和方法运用在交通标志设计中，尝试从理念上的转变得到突破性的解决方法，进而完善优化现有标志存在的问题，最大限度的满足出行者的出行需求，使道路使用者在使用标志时更为满意和舒适，实现交通标志最大的可用性，同时为整个交通系统的通畅性做出贡献。1.3国内外研究现状1.3.1交通标志国内外研究现状对于交通标志的研究美国、英国等欧洲国家率先展开。但是研究基本集中在视认性方面。Jainski在1977年对标志颜色在识别性方面的影响展开研究[10]；随后Ellsy以及Dewar对速度对视认性的影响进行了研究[11][12]；Dronry和Shiner研究了环境（正常环境和恶劣环境）对于视认性的影响，以及在白天和晚上不同的视认情况[12][13]。Purduski和Rsa在交通标志设计方面进行了深入研究，指出标志的设计直接关系到驾驶员对标志的理解[13][14]。我国在交通标志设计研究方面较发达国家起步晚，但是已经取得了很大的进展。从20世纪80年代到20世纪末，很多的学者致力于标志颜色、字符结构与标志版面的参数的研究并取得较好的成果[15][16]。对于视认性的研究初秀民利用虚拟现实技术进行仿真提出了视认性的主观评价方法和建模的内容[17]；潘晓东、林雨等人，利用现场试验的方法研究了车速、光线对标志的视认性影响；基于驾驶员心理特性潘晓东等人指出道路的线3 基于可用性的交通标志设计方法性会造成驾驶员的紧张心理，所以用血压值的变动作为评价指标更具参考价值[18][19][20]。综合国内外现有对交通标志的研究方法，可以看出目前的研究多数是从技术的角度出发，将研究重点放在提高技术水平方面，这种研究方法使道路使用者被动的接受研究结果，缺乏标志使用者对问题的反馈，不利于标志设计的优化与改进。1.3.2可用性国内外研究现状可用性发展初期是美国为了对空军军事装备进行研究，直到70年代末，可用性的概念才首次被提出。到80年代初，在计算机逐渐兴起的同时，用户在使用计算机时出现了很多问题，主要是界面不能满足用户的需要，给用户带来了一定困难[21],为了解决这一问题国外研究者提出了人机界面可用性的概念。后经JakobNielsen、BrianShackel等众多专家的研究形成了一套专门用于可用性研究的理论体系，可用性成为一门独立的学科，称为可用性工程[22]。到了90年代，可用性研究已经在欧洲、美国、日本等发达国家广泛应用，其研究价值得到认可，创造了很高的效益[23]。相对于其他发达国家，我国引入可用性概念的时间比较晚，从九十年代开始才逐渐有关于可用性的研究，由于认识的不足，在引入初期没有得到高度的关注，所以初期可用性工程在我国发展十分缓慢。2000年，大连海事大学组建成立可用性工程研究中心（中国欧盟研究中心），之后可用性研究在我国才引起重视并迅速发展[24]，2004年在上海成立了可用性专家协会中国分会[25]。发展至今，可用性的研究已不再局限于计算机领域，而越来越多被应用于产品设计或机械设备的操作界面设计，以及工程领域[26][27]。经过多年的研究发展，众多专家学者在不同领域对可用性方法进行了深入研究。Nielsen和Molich针对软件工程提出了基于非结构的启发式评估法[28]；Wharton提出了认知走查法[29]；刘正捷提出了“螺旋式和瀑布式开发模型”[30]。在界面设计领域，李乐山进行了用户认知模型的研究，总结了设计的方法及原则，并提出评价方法[31]。可用性研究已经逐渐深入开展，目前对于可用性的研究主要围绕可用性的定义、评估方法以及设计方法原则这三个方面[32]。对于交通标志可用性的研究，国外进行的比较早，但是还没有形成系统的方法体系，而国内对交通标志可用性的研究较少。1.4论文主要内容及结构本文以现有研究成果为基础，以优化现有交通标志为导向，参考大量文献的基础上进行交通标志可用性的研究。主要内容包括：一、研究可用性的方法体系，参考其他领域对于可用性研究的应用，提出适合交通标志可用性研究的方法；二、在可用性方法体系的架构下，通过驾驶员调查，获得驾驶员需求数据，建立用4 第一章序论户数据库并对数据进行分析，明确用户的需求和困扰，从而确定研究目标和改进方向。通过实验和理论分析的方法，研究驾驶员在行车过程中的特性，发现问题并确定研究指标体系；三、应用产品设计中先进的方法质量功能配置、发明问题解决理论和田口方法，结合驾驶员特性和需求，用定性和定量相结合的方法提出解决方案；四、利用模糊层次评价法，构建基于驾驶员需求的模糊层次评价模型，从可用性方面对交通标志进行评估和测试。发现问题并完善，在迭代的过程中，达到最终达到用户满意度。论文组织结构见图1.1：图1.1论文组织结构图Fig.1.1Theorganizationchartofthesis5 基于可用性的交通标志设计方法6 第二章交通标志的可用性研究方法第二章交通标志的可用性研究方法随着科技学术研究的步步深入，各种设计理念以及研究方法层出不穷，但共同的主旨只有一个，即满足更广泛的使用者的需求。对于道路标志的传统研究是单纯的进行理论分析，而可用性研究方法立足于人的使用感觉，追求使用者最满意最高效的使用价值，将其用在指路标志设计研究将更有利道路使用者的出行。2.1可用性相关概述2.1.1可用性概念及特点可用性广泛应用于产品设计过程中，强调在设计过程中时时注重人的感受，其理论的核心是人机交互理论。很多学者将可用性的研究定义为使得某一系统能够更高效的完成特定的任务。从这个定义中也可以看出可用性重点关注的对象是用户，即人的感受，包含四个要素：易学易记性、高效性、容错度、满意度[33]。这四个要素既是可用性研究方法的指导思想，也是可用性方法独有的特点，对后续的研究起着至关重要的作用，下面对这四个要素展开详细的论述[34]：（1）易学易记性：顾名思义是指产品是否易于学习，易于记忆。这是产品在设计中最基本的一条设计原则，也是用户在使用时首先需要满足的特性。易学性和易记性是产品可用性研究很重要的内容。（2）高效性：高效性是指用户在使用产品是完成所需要动作任务的效率，不仅强调速度更强调准确率。现在人们都在快节奏的生活，高效、高质量成了越来越多的用户的要求。（3）容错度：容错度是指用户在使用过程中容许出错的多少和程度[35]。产品在设计之初，设计人员应该考虑这方面的因素，将容许过错发生这一状况考虑在产品设计中，而且设计时提出备选方案，这是出于人性角度的考虑，具有合理性。（4）满意度：这是一项综合性的指标，无论从外观还是实用性方面，都应该满足用户的需求，从而实现用户最大的满意度。2.1.2交通系统中可用性的特点对于交通工程领域，交通标志是普通人们每天使用必不可少的产品。利用可用性方法进行交通标志研究，不仅具有创新性，更具有优越性，因为交通标志与普通设计产品一样其直接服务对象是广大的城市居民，交通标志不仅在人们日常出行中起着不可取代的作用，更是城市的标志。城市中沿路的一个个交通标志构成了城市中的一道亮丽风景线。本文将可用性研究方法的优势应用到指路标志的设计中，并对照普通产品可用性方7 基于可用性的交通标志设计方法法的特性，交通标志可用性应具有如下特点：1）易懂性：交通标志的直接服务对象是广大出行者，它是指引人们寻路很重要的依据。而且由于指交通标志具有特殊性，它是设置在道路两旁，要求驾驶员在运动中识别。这一特殊性就更要求标志在设计时要简单直观、易懂。2）高效性：这是指人们在使用交通标志寻路时，不仅要快速识别标志的含义，更要视认正确，利用交通标志正确顺利的找到目的地。这在交通标志研究中是很重要的一个标准，由交通标志的作用可知。但是现在的交通标志却在这一方面存在很大的问题。我们经常可以看到行人需要寻路，驾驶员必须找人带路，外地人甚至要打听道路[36]，这些现象都反应了现在交通标志在高效性这一特性方面的不足。3）容错度：驾驶员在道路行车过程中，往往会发生迷路走错路的问题。尤其是在一些高架桥的地方，错综复杂的匝道会让很多驾驶员失去方向，交通标志在这种情况下就发挥到举足轻重的作用。但是如果发生走错路的情况，交通标志应该能给予指引，使驾驶员能很快的找到正确的行驶方向和道路，起到纠错的作用[37]。4）满意度：交通标志设置在城市中或者郊区公路的两边，它是道路组成要素中的一部分，也是城市中的一大元素。它起着指引作用，也有着观赏作用。尤其在高速公路这种道路行车，车辆行驶速度快，而且远距离行车，驾驶员很容易劳累，交通标志如果设置新颖美观会给驾驶员带来缓解疲劳的作用。所以在进行指路标志设计时应综合各方面因素，如美观、实用、舒适等方面，尽量满足驾驶员的满意度。2.1.3可用性设计的一般过程可用性研究是一种系统的研究方法，在产品开发过程中，沿着发现问题、解决问题、测试方案的思路将分析方法贯穿到底。它的研究过程包含了设计和实施，下面介绍可用性设计方法的整体流程。流程图见图2.1。8 第二章交通标志的可用性研究方法用户特征描述需求收集和分析策略和用户分析目标定义任务分析对象模型化和分析设计评估视图设计用户测试原型开发专家评估高真设计原型和设计风格标准实施和评估实施评估图2.1可用性设计流程图Fig.2.1Theflowchartofusabilitydesign从上图可以知道，产品可用性研究主要分三个阶段：策略和用户分析、设计和测试、实施和评估。策略和用户分析阶段目的是要明确设计的目标和方向，在可用性方法中，一直是以用户为中心，所以在进行开发设计前，首要任务就是了解用户[38]。主要明确用户的特征，还要明确用户对产品有什么样的期望以及用户希望享受到什么样的功能等，这一分析过程就需要收集用户的需求信息，从而进行分析。当将所有用户的信息进行分类归纳总结，就会掌握用户的需求和期望，根据用户的需求进行产品的定义，也就是把握产品设计的方向[38]。为了更准确定义产品，在这个过程中需要不断分析用户完成任务的过程，定义与任务分析交替进行。通过用户实验得到用户分析的数据，实验人员利用观察、讨论、提问的方式获得各种信息，最后用列表、图示或叙述的方式将这些信息直观的表现出来，以此来指导设计。在设计和评估阶段，为了将前一阶段收集到的信息进行整合，采用将研究对象模型化的方法。具体方法为将研究对象的属性和行为，以及它们之间的关系用图示的方法表达出来。在设计的各个阶段，设计人员还应及时吸收反馈信息。这里采用两种方法进行收集：用户测试法和专家评估法[39]。用户测试法是根据用户模拟操作或者观察用户行动9 基于可用性的交通标志设计方法获得分析数据的一种方法，这种方法的优点在于能够及时且直观的发现用户使用过程中存在的问题，但缺点在于成本高、周期长。专家评估法则是主要依赖于专家对所持资料的分析和判断，这种方法的优点在于用时短，而且随着专家水平的深入可以发现一些深层次的问题，但是这种方法的局限性在于它只反映个别专家的意愿脱离了用户。进入实施和评估阶段，产品已经投入市场进行使用。但这个过程并不意味着可用性研究的终止，反而最需要重视的一个阶段。因为在这个阶段，使用户发现问题最多的时候，这个阶段反馈信息的收集将对产品的改进和下一代产品的开发起着至关重要的作用，仍然需要进行可用性测试和用户调查。2.2可用性研究方法可用性研究方法是一种系统的研究方法，它的核心是用户需求，指导思想也是用户需求。可用性研究的框架由三部分组成，即用户和策略分析、设计及测试、实施和评估。每一部分都有各自的研究方法，但是研究用户需求的数据采集方法和设计中的评估与测试是可用性研究中比较重要的两部分内容，在此着重进行介绍。2.2.1数据采集方法通过上文对可用性基本概念的介绍，可以知道可用性研究方法最主要的研究内容就是用户的需求，它是指导后续工作最重要的一部分内容。要得到用户需求最常用和最方便的方法就是收集用户需求数据。调查法是很有效的一种数据收集方法。在实施调查前研究人员必须先对产品进行简单分析，确定所研究的对象，再有所针对性的展开调查。例如本文着重研究交通标志中的指路标志，那么它的研究对象群体就应该定位在驾驶员群体中，对于小孩儿等特殊群体研究价值不是很大。所以在调查前应该对调查对象进行抽样并确定抽样率，抽样的方法有简单随机抽样、分层抽样、等距抽样和整群抽样等[40]。1.抽样法和抽样率的确定简单随机抽样是最简单的一种抽样方法，但这种方法所需样本容量较大，而且适宜个体之间差异较小时使用。分层抽样是指当样本母体复杂、个体之间差异较大而且数量较多时，需要将这些个体分成若干层次，然后再各层分别进行抽样，它的优点是可以通过分层缩小个体间的差异，缺点是过程和误差分析较复杂。但却是比较常用和有效的一种方法。它的方差计算公式为：21222NNkNk（2.1）1122N2式中：—每层内部的方差；i10 第二章交通标志的可用性研究方法N—每层个体总理；i2—母体方差，若样本数量较多，可取样本方差值；N—母体容量。等距抽样是指等间隔或等距离抽样，而整群抽样是从母体中成群成组的抽取样本。这两种方法都有很大的局限性，在一般调查中不常用。根据统计学知道，抽样率在调查中有很重要的作用，抽样率越大，抽出的样本越多，那么样本平均数就越接近整体的平均数。抽样率的确定与母体数量、调查的目的和对象的复杂程度有关。母体大，抽样率应该偏小；调查统计目的多或调查对象复杂时，抽样率应该偏大。由数理统计原理得出抽样率的计算公式如下：22（2.2）222N式中：—抽样率；—标准正态分布中，置信度所对应的双侧分位数（当置信度为68%时，=1.0；当置信度为75%时，=1.15；当置信度为90%时，=1.65；当置信度为95%时，=1.96）；2—同式2.1；N—母体容量；—控制误差的指标的容许误差，其与相对误差有线性关系（用EX表示，E为相对误差，X为控制误差指标的样本均值）[40]。2.调查方法调查法强调的是对用户的调查，具体的方法有以下五种[41]：1）问卷调查法。将设计好的调查表格发放给驾驶员，有他们逐项对表格内容进行填写。填写前应做好解说动员工作。问卷调查法是最广泛使用的一种搜集用户行为数据和意见的可用性研究方法，这种调查形式可以有效广泛的获得数据，为调查数据的有效性有一定的作用。但是需要投入的资金和人力较多，而且必须保证问卷中问题的设计可以充分涉及调查主题，表格中所用的名词应该尽可能的采用驾驶员熟悉的术语，选词应该明确。调查问卷可以采用结构问卷或非结构问卷两种形式，结构问卷需要调查者在限定时间和范围内回答问卷中提到的问题，而非结构问卷则没有限制性，被调查者可以畅所欲言。一般采用将两者结合起来的方式进行调查问卷设计。2）观察法。观察法是最简单易实施的一种方法。首先确定不同层次的用户，让他们在特定的环境中使用产品，观察者在不打扰用户测试的情况下，对用户使用过程和细11 基于可用性的交通标志设计方法节进行记录。观察法选取的对象比问卷调查方法要少，因为这种方法需要研究人员一直跟踪被调查人员，随时记录被调查人员的行动与操作方式。这种调查方法能及时发现被调查者在使用产品时的交互信息，比较细致入微。但是这种方法需要投入大量的时间、资金，所以要求对调查对象的选择具有选择性，不能像问卷调查一样获得大量的数据信息，而且观察法的调查结果受制于观察者，结果取决于观察者的主观意识。常用的观察方式有，现场跟踪测试、电子设备录像等。3）访谈法。首先确定调查地点，在各个调查点随机选择驾驶员进行询问。由于调查过程中需要与司机进行攀谈，可能会造成延误。这种方法是通过研究者与受访人进行直接有目的的对话来获得调查所需的资料，在调查过程中需要研究者与受访人进行互动，可以充分掌握受访人的思想、意见、动机、心态等心理行为，是目前为止用于用户调查最好的一种方法。它的优点在于方法简单直接，只要事先准备好调查问题，能很快速的完成调查任务。访谈法的进行更有针对性，研究者可以快速有效地获得想要调查方面的结果，但是这种方法需要研究者充分考虑到各种因素情况从而制定出有针对性的调查问题，也有一定的局限性。4）焦点小组。焦点小组的具体实施为邀请几名用户，在专业人员的引导下围绕要调查的问题进行讨论，从讨论中集思广益，充分发散思维，研究者在讨论中整理有用的信息收集相关结果。这种方法可以充分发挥头脑风暴的优势，激发被调查人员的思路，但是花费的时间会较长而且必须给予一定的引导。5）用户反馈法。用户反馈法是对产品最直接的描述，它最大的特点是需要用户主动提供。反馈的过程具有持续性，需要长时间的积累和收集。但是这种方法最大的优点在于它可以最直接的反应用户的需求和想法，可以获得第一手的资料，为后续设计或改进提供最有利的条件，但是缺点在于花费的时间长，需要不断积累。3.建立数据库调查完成后，整理调查表格，并录入计算机。这些数据可以随时调用是后续做数据分析的依据。但是这些数据信息有几大特点：数据量大、表现形式多样、内容复杂，需要后期对数据进行加工并存储。建立数据库的流程图见图2.2。12 第二章交通标志的可用性研究方法数据库数据输入原始数据库数据整理基础数据库数据分析可用数据库数据库图2.2数据库的建立流程Fig.2.2Theflowchartofestablishingadatabase流程图中的原始数据库是采集的最原始的数据，基础数据库是经过检错、排序以后建立的数据库，最后通过分析软件的处理形成最终的数据库。2.2.2评估与测试1.可用性的评估可用性评估在可用性研究中起着很重要的作用，评估的目的是为了找出在设计中用户不满意的地方及时改进。评估的方法一般有三种：基于用户的评估、基于观察的评估和基于模型的评估[38]。基于用户的评估是指有用户的参与，通过用户的直接反馈的到评估的结果，这种评估方法是最有效的，但是因为需要多数用户的参与，所以经济成本较高；基于观察的评估，是指通过观察用户的操作来得到反馈信息发现存在问题；基于模型的评估，不需要由用户参与，有专业人员搭建模型模拟用户使用过程来完成评估，这种评估方法快速有效，但是却脱离用户，不能得到最真实的用户数据，而且依赖研究人员的程度高。2.可用性的测试测试是为了提前发现对产品存在的缺陷，是通过在实验室设置监控设备和数据分析设备，来观察用户的操作，并进行分析。进行测试前先对测试用户进行说明，然后让用户自行完成测试的一系列动作，测试结束后还应与测试用户及时进行交流，听取测试用户反馈的意见。在测试结束以后，实验人员要汇总问题，用列表的形式直观的表现出来，经过分析得出问题的次要分级，然后做出相应处理。2.3交通标志可用性的研究2.3.1交通标志可用性研究现状交通标志作为一种引导标识，在交通研究领域有着极其重要的作用，它是驾驶员出13 基于可用性的交通标志设计方法行寻路的主要依据，直接关系到个人出行的顺利，以及交通的顺畅。我国对于交通标志的研究起步较晚，而且传统的研究方法将焦点放在交通流和路网这两大因素上。如北京在交通标志设计时，主要考虑路网布局的整体性和路网的主控点位，从交通流角度研究出发。整个设计理念遵循主要交通集散点快速集结或分散汇集交通，次要交通集散点疏导主要集散点交通流量。对于能分散主要交通流的内部道路，在能划分微循环小区域的路网中设置微循环，环路系统则单独运行，封闭管理。如图2.3为北京市某路段指路标志。图2.3北京市路段指路标志Fig.2.3ThetrafficsignofBeijing而南京市作为我国城市交通管理水平领先的城市，一直以来是我国各大城市在交通领域发展管理竞相学习的主要对象。由于南京市属于棋盘式的道路网结构，以阶梯式连贯性推进为主要设计思路进行交通标志设计，其指路标志版面内容分层次且多容量。在设置快速路、主干路的主要交通标志基础上，再搭配次干路、指路的道路信息。根据道路等级不同，分层单独设置。如图2.4为南京市某交叉口指路标志。图2.4南京市交叉口指路标志Fig.2.4DirectionsignofintersectioninNanjing从上图我国两个典型城市交通标志的设计来看，虽然标志信息较全面，但是很难做14 第二章交通标志的可用性研究方法到一目了然，这样很可能会造成驾驶员对道路的误判。标志信息量增大虽然可以较全面的反应道路信息，但却会造成驾驶员视认性降低，当车辆快速行驶过程中因为驾驶员将注意力放在分辨交通标志信息上而引发交通事故的案例也时有发生；但如果一味追求视认性而减少信息量又会出现驾驶员寻路难，出现迷路的问题。随着交通领域研究的不断深入，我国已经有很多学者投入到交通标志的研究中。但目前我国现有交通标志还存在很多问题，主要有标志版面信息过载，增加道路使用者反应时间；标志内容的更新没有与道路新建相随，造成信息错误；标志位置设置不连贯，存在信息盲点；标志设置不统一，同一道路版面数量过多。而且现有的对交通标志的研究主要从车和路这两个因素出发，在视认性方面着手，造成对标志的研究很被动。本章借鉴产品可用性的设计理念，将可用性概念引入到交通标志的研究，对交通标志的研究起到积极的作用。2.3.2交通标志可用性研究过程在结合传统可用性研究方法的优势和交通标志的特殊性，本文提出一种适应于交通标志研究的可用性方法。采用可用性研究的理论精髓，将交通标志的用户驾驶员作为设计的核心对象，从驾驶员的角度研究交通标志设计。可用性研究结构如图2.5：分析用户评估与测试建立用户需求数据发现问题解决问题图2.5可用性研究结构图Fig.2.5Thestructureofusabilityresearch在该研究框架中，所有研究阶段都围绕用户的需求展开。步骤如下：1）通过驾驶员调查，获得驾驶员需求数据，建立用户数据库并对数据进行分析，明确用户的需求和困扰，从而确定研究目标和改进方向；2）通过实验和理论分析的方法，研究驾驶员在行车过程中的特性，发现问题并确定研究指标；3）应用产品设计中先进的方法，结合驾驶员特性和需求，用定性和定量相结合的方法提出解决方案；4）从可用性方面对交通标志进行评估和测试，发现问题并完善，在迭代的过程中，15 基于可用性的交通标志设计方法最终达到用户满意度。2.4小结本章通过分析可用性方法的研究内容和特点，得出将可用性方法应用在交通标志设计中是可行的。根据可用性研究方法的一般步骤和设计思路，探讨分析出了交通标志的可用性研究过程。16 第三章驾驶员特性分析第三章驾驶员特性分析驾驶员在整个交通系统中是最活跃，而且唯一具有信息感知和决策判断的因素，在整个系统中起着主导作用。交通领域的所有研究最终落脚点都是服务于驾驶员，这一点与产品设计相似。为了更好的研究交通标志这一产品首先从它的服务对象驾驶员入手，本章结合定性与定量分析，在传统可用性研究方法基础上进行定量分析，从而确定驾驶员出行需求，并确定设计与评价的指标，为后续的方法研究提供数据基础与理论基础。3.1构建驾驶员信息识别模型研究驾驶员心理，对交通标志设计中的可用性研究起着重要的作用，从心理学的角度看，心理是指导行动的关键一步，只有了解驾驶员最深层的心理，才能对驾驶员的出行需求有一定的把握，同时为后续的研究提供理论依据。3.1.1研究对象分析从交通系统角度出发，可将驾驶员概念定义为指使用交通标志来完成寻路目的的人。根据这个简单的定义，可以看出两层含义[42]：首先驾驶员指的是一类人，具有人的共同属性，即人的行为受到视觉感知和听觉感知的影响，除了能够长时间记忆和对刺激做出反应等基本能力外，还同时具有分析解决问题的能力。同时人的行为会受心理性格、物理文化环境、教育程度和以往经历等影响，具有主观能动性。其次驾驶员是交通标志的使用者，研究的是与交通标志使用相关的一类人。所以在交通标志使用过程中他们的行为会与一些特征紧密相关。例如，是否具有使用交通标志相关的基本知识，对交通标志所能完成的功能有怎样的期待，是否具有使用交通标志的基本技能，以及使用交通标志的时间频率等。所以在研究产品之前有必要对驾驶员的一般特性和交通标志的特殊属性进行研究。驾驶员的一般属性即具有共同属性的特征，是指人与生俱来的特点。像人的生理特征还有识物感物的模式，这些特点具有一般性和共通性[42]。而交通标志的特殊属性是指驾驶员在产品使用过程中，由于人的性格特点、心理、年龄、性别、经历、受教育程度、生活环境等因素不同而产生的使用过程中的反应不同，这些特征具有特殊性，需要进行归纳总结，从特殊中找到一般，从而找到适合大众用户的解决方法。3.1.2人类信息处理模型心理学的理论是研究信息处理很重要的理论依据，其为驾驶员对交通标志的认知的各个层次提供模型依据。本文运用人类信息传递模型[43]（humaninformationprocessing）提供用户对信息传递及处理这一方面的研究。信息传递模型见图3.1。17 基于可用性的交通标志设计方法外部刺激用户刺激信号感知系统感知处理器信息处理思维处理器短时记忆长时记忆和存储信息可视化反应系统反应处理器图3.1人类信息处理模型Fig.3.1Themodelofhumaninformationprocessing由上图知，人在接受到刺激信息后经由感知（perception）、认知（recognition）和反应系统（response）进行信息的处理并立即做出行动。感知系统中，眼睛、耳朵这些感觉系统接收信息以后通过视觉、听觉的方式传递给感觉处理器，感觉处理器接收信息以后将信息短时间储存等待下一步的理解[42]。如果信息没有被及时处理将很快消失。所以这些特点反应除了感觉系统器官和处理器与设计的紧密联系，设计人员在开发或设计时要尽量考虑到这些内容。例如，界面设计的时候尽量考虑用户简单反应，不要涉及太多的眼球转动；格式或布局更要简单明了易于浏览，但同时要贯通上下文便于用户理解。认知系统的工作过程是通过思维处理器与短时记忆器、长时记忆器互相配合完成的。当信息被感知系统过滤获取以后一部分信息被传送到短时记忆器中，在这里有5到9个单元被记住，但却十分不稳定，仅仅保存若干秒时间且容易受到外界噪音或其他影响而消失。长时记忆器再从短时记忆器中调取少量信息进行存储，但长时记忆器有很大的特点即存储时间长且容量大，信息不易丢失。综合分析短时记忆和长时记忆的特点，我们可以从中获得一些设计准则：（1）为了规避短时记忆器的缺点，在设计时应将大量的信息分类分块，避免大量的信息同时涌入造成存储空间不足而丢失；（2）在界面设计时也应简单明了，避免过于复杂的信息造成用户注意力分散而丢失重要信息；（3）到必须设计复杂的界面时，应考虑将功能拆分为不同的细小部分或步骤；（4）设计中信息的结构要尽可能清晰易懂，而且各个信息单元间应该有联系；18 第三章驾驶员特性分析（5）在重要细节设计方面应采用明显的视觉特征，能激发用户的注意力。针对反应系统特点，产品的设计还应当尽量减少对人的反应处理器和反应系统的处理时间。在设计用户界面时，应当尽可能为用户提供便利，在用户习惯的使用动作和环境中完成操作任务。尽量避免冗余的操作动作，使用户在操作过程快速有效。3.2驾驶员需求分析方法3.2.1需求理论马斯洛（AbrahamHMaslow,1908—1970）在心理学基础上提出了需求层次理论。按照需求层次的高低将需求分为五个层次，即生理需求、安全需求、归属感和被爱的需求、被尊重的需求和自我实现的需求[44]。需求层次理论指出人的需求往往有高有低，分为不同层次，有基本需求层次，也有理想需求层次。在不同的阶段人追求的需求层次不一样，人的一般心理首先需要满足基本层次需求，而且渴望程度较高，也就是需求强度较大，随着较低层次的满足层次就会逐层提高。需求层次理论的基本框架见图3.2。图3.2需求层次的框架图Fig.3.2Theframeofdemandlevel下面将对每个层次进行具体分析[45]：（1）生理需求这一需求是最基本的需求，是人们日常生活所说的衣、食、住、行，是维系个体生存最基础的要求，具体来说就是必须满足人类对食物、空气、睡眠、求生等的需求。在需求层次理论中，马斯洛认为一旦人的基本需求一旦得不到满足，个体就会被基本的生理需求支配，其他需求将被抛之脑后。在驾驶员行车过程中，如果睡眠得不到满足，就会出现疲劳驾驶现象，由此引发的交通事故数不胜数。所以在设计过程中，设计人员首先应考虑是否满足人的基本生理需求。（2）安全需求安全需求是指人们渴望在具有稳定秩序和安全的环境下生活，害怕受到伤害的需19 基于可用性的交通标志设计方法求。通常在生理需求得到满足后才会有产生安全这一需求。这种现象在交通领域十分常见，当驾驶员遇到突发事故会产生本能的求生意志，那么对于遇到突发交通事故的驾驶员来说求生的安全需求成为首要需求，其他需求都要让步。（3）归属感和爱的需求归属感其实相当于存在感，强调的是社会群体对自身的认可。它与被爱需求都强调的是在社会中的地位，和社会大众对自己的认同，是与生俱来的一种特质和需求。只不过它的需求层次排在前两种需求之后。在交通领域，驾驶员或行人一般都会遵守交通规则也是出于这种需求。（4）尊重的需求尊重的需求有自我尊重以及被尊重两个内容。自我尊重是指自我的认可和对自身荣誉的要求。如自信、自强、自主、胜任工作、取得成就、支配他人等，这些都是自我尊重的表现。而被尊重强调他人的评价与认可。例如追求地位、名誉、尊严、威信、得到别人的欣赏等，这些是人们认为被尊重的体现。（5）自我实现的需求自我价值实现的需求是个体希望能实现自己潜能。它是在其他需求得到满足以后才产生的。马斯洛认为，需求是像波浪式逐层推进的，它的发展由高到低。当低级的需求还没有全部满足时，高级的需求就出现了。低级需求和高级需求此起彼伏，前一波峰还没有过去后一波峰就有增强趋势。马斯洛的这一需求层次论系统地对需求的结构和发生发展进行了探讨。不仅仅对学术研究有着重要作用，而且在实践中也能很好的指导工作。需求层次理论在交通系统中的研究有着重要的价值，它指导我们的设计工作要更多的满足道路使用者的多重需求。3.2.2马斯洛需求层次理论在交通标志设计的应用将马斯洛的需求层次理论应用在交通标志设计领域，我们可以获得以下方面的需求信息。在交通标志设计时首先应该考虑满足驾驶员的生理需求方面的信息，通过对驾驶员的访谈可以了解到多数驾驶员会面临疲劳驾驶的问题，由于长时间的行车驾驶员很容易疲劳，在研究交通标志设计因素时就应该考虑增加这部分因素，例如交通版面设计时应该尽量有美感，能引起驾驶员的兴趣；另外尽量使驾驶员在观察标志的过程中增加肢体的活动，从而减少疲劳度。其次安全需求方面，驾驶员都有渴望安全行驶的本能，所以在正常情况下，驾驶员希望能获取更多的交通信息，避免不必要的交通事故，同时要求交通标志具有很高的视认性。20 第三章驾驶员特性分析另外驾驶员都有遵守交通规则的意识，对于驾驶员来说这是其得到社会认可的象征，是作为公民素质的体现，所以根据马斯洛需求层次理论这一本能属于尊重的需求。最后，根据需求层次理论可以知道，在满足基本需求以后，人会逐渐有更高的需要。对于本文的研究对象驾驶员也遵循这个规则，在满足了生理、安全和尊重需求以后，驾驶员会希望得到更高层次的享受，即得到舒适的需求。这就要求我们在进行交通标志设计时考虑满足驾驶员的舒适度。3.2.3驾驶员识别交通标志的过程分析为了更准确的了解驾驶员识物过程，对驾驶员进行了一个针对符号和文字的测试。本次测试模仿道路上实际识物过程，安排3组驾驶员，分别进行符号信号识别反应速度测试、文字信息识别反应速度测试，最后一组将文字和符号组合，从而进行测试。每一组的测试都从易到难进行综合测试所得结果见表3.1所示。表3.1识别信息的时间（t/s）Tab.3.1Thetimeofidentifyinginformation信息数(个)34567891011文字0.3810.5510.8921.1111.3071.6141.661.9761.994符号0.3070.4960.7931.1981.4071.7132.0212.0382.162文字符号0.3230.5010.8141.1091.3131.5931.781.9032.009通过对以上人类信息处理模型的研究，以及测试结果的分析，我们可以得出驾驶员识别交通标志的基本模型。驾驶员识别标志模型见图3.3。可以知道驾驶员在道路上行驶过程中对标志的认知过程，首先驾驶员会受到信号的刺激，由视觉系统中的眼睛首先接收到信号，然后传递给感知处理器，经过反复试验，在感知处理器中首先接收到的是图像信号，其次是文字的信息。当驾驶员接收到这些信号后，在感知处理器中进行分类处理，首先处理的是图像信号，对于简单的图像，驾驶员可以很快做出反应；对于稍微复杂的图像信号或者识别不清的图像信号，驾驶员会转而寻求文字信息的帮助，在两者互相作用下才能促进驾驶员更好的寻求到标志的意义。所以在设计过程中应当注意以下问题：1）图像信号应该设计简单，能够一目了然；2）对于较复杂的图形必须加以文字解释；3）文字和图形应该合理搭配，合理布置，做到图形为主文字为辅。21 基于可用性的交通标志设计方法信号交通标志（符号+文字）获取信息为零具有语法常识信息反馈获取交通语法仅获取语法具有语法知识获取语义获取交通用语操作完成图3.3驾驶员识别标志模型图Fig.3.3Themodelofdriver’sidentifyingsign通过上述对驾驶员识别标志的过程进行分析，可以将驾驶员行路中使用标志的过程归纳为：寻找标志、发现标志、识读标志、理解标志、进行驾驶操作这几个过程。使用标志流程简图见图3.4。感知认知思维处理寻找发现识别理解行动图3.4使用标志流程简图Fig.3.4Theflowchartofreadingsign从上述流程图中，可以知道驾驶员使用标志的第一步就是寻找标志。道路系统中的交通标志功能不同错综复杂，但是标志之间都应该有连续性。连续性指的是交通标志在时空顺序的设置应该连续，能让驾驶员在知觉上形成时空连续性以及有合理的预期感。所以在交通系统中应该尽量使交通标志的设置具有标准化、系统化，并且贯穿整个系统。通过以上综合分析，可以分析出驾驶员的四个基本需求为在行车过程中，很容易找到交通标志；能辨清标志显示内容理解标志传达的交通知识信息；可以有足够的时间和22 第三章驾驶员特性分析精力做出决策并遵守交通标志的指示。3.3调查实施3.3.1调查背景及方法为了定量的了解交通标志的用户即驾驶员的特性及需求，特别展开本次调查。根据指路标志的作用及特点，它的服务对象更多的是初次使用者对本地区不熟悉的驾驶员，而对于熟悉本地区的驾驶员来说，标志的作用只在于起到提示作用，它的作用就比较小。所以为了保证调查对象的广泛性，能较多的涉及外来人员，特选在城市中较为繁华的地方，如商场和医院之类的地方。本次调查选择迎泽大街作为调查道路。迎泽大街是太原市东西走向的道路，它位于市中心，是太原市的一条主干道，具有标志性、交通性、景观性和生活性。道路沿线有政府办公地、火车站、广场、公园、文化宫、宾馆酒店、博物馆以及学校，又紧邻太原市最大商业街柳巷。集各种服务场所于一体，也是人员往来最密集的一条大街，十分适合本次调查。迎泽大街周边的道路网见图3.5。图3.5迎泽大街周边道路网Fig.3.5TheroadnetworkofYingzestreet本次调查方法采用以问卷调查为主，其他调查方法为辅的方法。首先根据本次主要研究内容对调查对象进行简单分析与定位，研究的对象主要为城市中的驾驶员。驾驶员特性复杂，年龄跨距大，性别不同、文化教育程度层次不齐。根据驾驶员自身特性的不同，他们对交通标志的需求各有不同。调查将下元作为调查起点，太原火车站作为调查终点，沿线有15个交叉路口。3.3.2调查对象分析本次调查采用的问卷调查方式，其中最关键的是问卷的设计，所以在调查展开前围23 基于可用性的交通标志设计方法绕驾驶员的基本需求可用性指标展开分析，以可以得到充分的问卷设计。针对第一个需求，根据工程心理学的分析，在发现可视物的过程有两种情况[46]：一种是不需要主动寻找便获得，这种称为无意显著性；另一种是有意寻找获得的称为有意显著性。我们研究的标志的显著性除了与标志自身参数（尺寸、亮度、颜色、驾驶员心理、道路线性、设计速度、设置位置、感知距离）有关外，还有标志、背景以及驾驶员自身特征等因素有关，这其中感知距离对显著性影响十分重要。国外的有关研究表明，标志的色品坐标、亮度因素等会影响驾驶员的感知时间进而最终影响感知距离，而在实际的驾驶过程中感知距离是基于道路的设计车速，当在行驶过程中速度太高就会在视野中形成视盲区而感知不到交通标志。另外从上文的人类信息处理模型可以获知一定的刺激会激发驾驶员的注意力，增强交通标志的显著性，所以应考虑增大交通标志与背景之间的对比度。针对第二个需求，在人类信息处理模型的分析中知道，到刺激信号通过感知系统传到感知处理器进行暂时储存，由于短时记忆储存能力小，所以是否方便记忆成为关键。因为标志通常是由文字、符号或两种组合而成的信息体。这些文字或符号的辨别效果直接关系到交通标志的视认性，由上文的测试可以知道普通符号的视认性要优于文字的视认性，符号可以再较远的距离就被识别出来，说明符号信息所需的识读距离短，识读距离与车速、认读速率、识读时间有关。针对第三个需求，对于驾驶员遵守交通标志主要有主、客观两方面原因，主观原因包括：缺乏交通监督、标志指示信息与实际不符、主观认为会耽误时间[47]。客观原因是没能及时理解标志或车速快、道路条件复杂及操作距离不够等原因造成的被动不能遵守标志指示。针对第四个需求，驾驶员在不熟悉的区域道路主要依靠的是交通标志信息作为指引。我们知道驾驶员识读标志是在信息处理系统中完成一系列的工作，驾驶员要做出正确的决策需要对信息进行加工、分析[47]。标志信息量过多反而会造成驾驶员识别过程的负荷，但是如果信息量太少又会造成信息的不完整影响识别，所以信息量是影响驾驶员决策很重要的指标。除此以外还有标志设置的连贯性会影响到驾驶员的决策。3.3.3调查安排1.分别在太原火车站、柳巷和下元三个地方，每个地方安排两名调查员，一名调查员负责调查女性，另一名调查员负责调查男性。调查员首先通过询问的方法，确定调查对象是否有驾照，如果确定调查对象是驾驶员则向他们分别发放调查问卷，填写完毕收回。24 第三章驾驶员特性分析2.选择晋祠路和迎泽大街交叉口、和平南路和迎泽大街交叉口以及青年路迎泽大街交叉口作为调查地点，同样每个调查点安排2名调查员，一名负责调查男性驾驶员，另一名负责调查女性驾驶员。向他们发放调查问卷，填写完毕后收回。3.4调查数据分析3.4.1数据预处理本次调查所得数据量庞大，为了得到的数据更有效，在分析前需要对数据进行筛选，剔除掉其中的异常数据。1.剔除异常数据，理论上对于相同指标得到的数据集合离散性较小在一定范围进行波动，只有这样的数据才是有效数据，才能反应所用指标的规律。如果数据离散度大，那超出某一数量级的数据就有异常，应该剔除。剔除异常数据的方法为[48]：seip（3.1）式中：s—方差；ei—第i项数据方差的均值；—第i项数据方差的标准值；—概率。2.采用五点加权平均率波法去除数据的伪差，即：ynh2xn2h1xn1h0xnh1xn1h2xn2（3.2）式中：x(i)—第i处采样值；2h(i)—第i处的采样值权重，且hnk1。k2有的信号数据会出现漂移现象，这种数据也是一种伪差，需要剔除，这里利用均值法[47]，即：yxxi1,2，N（3.3）ii式中:yi—第i去除漂移后的数据；Xi—第i去漂前数据；N1x—样本均值，且xxi，N为所取数据的样本数。Ni13.剔除的异常数据还包括问卷中不完整的数据。为保证统计数据的不失真和完整性，25 基于可用性的交通标志设计方法将一些存在误差的数据去掉。3.4.2数据分析及指标体系确定通过调查得到大量的数据，为了从这些数据中提炼到对研究有价值的信息，需要借助数学手段进行数据的分析。本文运用因子分析法来进行元素的分析，从而提取主要元素。因子分析法中的因子是指数据变量中的不可预测的数据，这种方法属于多元统计分析，是对大量多变量数据进行科学的分类、归纳和提取。因子分析可以将错综复杂的变量聚合为少数的几个因子，重新定义原始变量和因子的关系，它的核心思想是进行降维处理同时分类变量。利用因子分析的方法可以找出数据内部的联系，从而研究变量间的相关关系。在本文的研究中采用这种数据处理分析的思想，首先对基本的统计数值进行了统计，如平均数、方差、标准差等，其次利用SPSS软件对自变量及多个因变量的关系进行了探索分析，试图发现它们之间的关系，预测和控制另一个或几个变量的值，并且预估能达到何种精度，如下式所示：ybxbxbxn1,2（3.4）1122nn在此基础上进行因素分析，在共同影响一个变量的多个变量间，找出主要和次要的因素及其相互关系。经调查驾驶员对交通标志需求情况见图3.6。图3.6驾驶员对标志的需求Fig.3.6Thedemandforsignofdriver在调查所得的这些需求中，因素间有重合的成分，如果对这些需求直接应用会使得后续的工作繁杂且价值不大。所以需要利用SPSS软件进行主因素分析，将相同的成分进行归纳。软件分析输出的相关性检验结果见图3.7。26 第三章驾驶员特性分析图3.7相关性检验Fig.3.7Theinspectionofcorrelation由相关性检验可得，在KMO检验中，概率为0.000，小于显著性水平，与单位矩阵有明显差异，KMO值为0.722，说明适合做因子分析。输出的主成分分析结果如图3.8所示。图3.8主成分分析结果Fig.3.8Theresultofprincipalcomponentanalysis将主成分大于1的作为主因子，由上图可知有5个主因素，它们共能解释80.35%的方差，可以解释大多数因素，丢失的信息少，所以选取这5个因子是合理的。最终提取公因子结果见图3.9。27 基于可用性的交通标志设计方法图3.9提取公因子结果Fig.3.9Theresultofextractingcommonfactor由最终提取公因子的结果可以得出与公因子1关系最大的是位置明显、间距合适、设置连贯、背景复杂这几个因素，综合这些因素的共同点都能为驾驶员行车过程中提供足够的时间进行决策，所以将公因子1称作易决策性；能反应公因子2的元素有识读距离、信息量以及晚上的视认性，总结它们的共同点称作遵守可用性；标志尺寸、背景差异、和背景亮度可以综合反应公因子3，称为易识读性；反应公因子4的元素有符号规范、设置高度，归纳总结为显著性。只有版面排版一个元素体现公因子5，综合考虑元素5将其归入公因子4作为显著性的二级元素。据此可以确定驾驶员需求指标体系，见表3.2。28 第三章驾驶员特性分析表3.2指标体系Tab.3.2Theindicatorsystem感知距离标志参数显著性遮挡程度指背景对比度标易辨性体易识读性识读距离系易记性主观服从度易遵守性操作距离易决策性信息量3.5小结驾驶员是道路三要素中唯一具有主观能动作用的要素，具有决策性，驾驶员的心理直接影响行车过程中的行为操作。本章应用人机工程心理学，通过对驾驶员特殊心理和人类信息识别过程的研究确定驾驶员对交通标志认知的心理、对标志信息的认知顺序、认知速度，从而构建了驾驶员识别交通标志信息的模型。并结合对驾驶员的调查分析，确定驾驶员对交通标志的需求，并利用主因素分析法，将所得的需求指标进行分析总结。29 基于可用性的交通标志设计方法30 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法本文前章从驾驶员的角度进行了深入分析，获取了驾驶员对交通标志的基本需求与设计指标，这章将针对这些需求利用产品设计中的质量功能配置(QFD)、解决发明问题的理论(TRIZ)以及田口方法(Taughi)来提出解决的方案。4.1QFD方法介绍质量机能展开（QualityFunctionDeployment,简称QFD）又称为质量功能配置，它的概念是日本质量专家赤尾洋二于20世纪60年代提出的，后经美、日企业和有关专家在实践中不断发展和完善，最初应用于生产领域[49]。经过二十多年的推广应用，该方法已被逐步应用到诸如建筑业、服务业、软件业等非生产领域。从本质上讲，QFD是对顾客需求的逐层展开和规划，最终实现需求的量化度量的一种系统方法。该方法对于大型复杂系统的开发设计非常有效。QFD是为提高产品创新能力，以最根源的用户需求为源头切入，采用质量屋矩阵图表，通过多层次的演绎与分析，将用户需求转化为设计技术要素的一种量化需求的理论。它的核心内容是需求转换，即顾客需求、技术要求、零件特性、工艺特性和生产要求的依次转换程序[50]。需求转换所采用的手段为质量屋（HouseofQuality,HOQ）技术。质量屋根据下一道工序就是上一道工序的“顾客原理”，从需求转换的第一道工序到最后一道工序的需求逐层分解，直到需求可以量化为止，其核心是质量屋的构建。4.1.1HOQ的构建完整的质量屋的基本结构要素[49]为顾客、顾客需求、顾客需求分类、需求相关矩阵、需求相对重要度、竞争对手、竞争性评估、需求目标值、有效关键点、最终的需求重要度等级、技术措施、技术措施相关矩阵、关系矩阵、技术措施改进方向、技术竞争性评估、技术措施目标值、可行性因子、技术措施重要度等级。但是在实际的运用中很难将这些元素全部运用所以可根据产品或系统需要进行扩充或裁减，简化得到的质量屋简图如图4.1所示。质量屋的构建过程便是基本结构要素依次确定的过程。对质量屋简图中的基本结构元素进行详述[50]：（1）顾客需求：这里指的是驾驶员在行车过程中对交通标志的需求信息，是根据前章对驾驶员调查和综合各方面分析得来的。它是支撑质量屋结构的最重要承重结构，是整个设计的核心元素，同时也是QFD的起点。构建质量屋的目标就是最大限度满足驾驶员的需求。31 基于可用性的交通标志设计方法（2）设计要求：为了实现驾驶员的需求而采取的技术措施。（3）关系矩阵：它是搭建驾驶员需求与技术措施的基础，一般用权重指标衡量，如用强、弱、无关等表示。（4）相关矩阵：是指各项设计要求之间的相关关系。通常用一些特殊符号表示，代表正相关、负相关和不相关。也可以进一步分为一般相关、弱相关和强相关。（5）技术矩阵：在此矩阵中可以确定出设计要求的重要度及目标值。（6）计划矩阵：对所计划研究设计的交通标志相对于驾驶员需求的预估权重。相关矩阵设计要求顾客要求及其重要性关系矩阵计划矩阵技术矩阵图4.1质量屋的构建简图Fig.4.1Thecompositionofqualityhouse4.1.2HOQ构建流程本文研究的是交通标志的设计，这里将交通标志拟化为一种产品。针对交通标志系统的特点，对质量屋技术的组成结构进行修改，构建了适于交通标志设计研究的质量屋。以此来探索一套科学有效的规划设计方法。质量屋构造流程图如图4.2所示：需求标准化确定需求重要度确定设计要求确定关系矩阵确定相关矩阵确定技术矩阵质量屋全面评估关键设计要求图4.2质量屋构造流程图Fig.4.2Theflowchartofbuildingqualityhouse32 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法从上述流程图可以知道，质量屋构建的主要步骤为[51]：第一步，将驾驶员需求标准化，并对需求进行重要度（Ki）加权评估。这里权重的确定采用专家评分制，采用4等级制4分制，详细的评分标准见表4.1。表4.1评分标准Tab.4.1Thestandardforevaluation重要度不重要一般重要重要非常重要分值1234第二步，确定设计要求，根据驾驶员需求在每一需求的基础上进行分解，从而确定设计要求。本文根据对驾驶员的具体需求分析进行了驾驶员行车过程的任务分析又结合驾驶员调查从而确定了设计指标。第三步，确定关系矩阵，利用设计评价方法，对驾驶员需求和设计要求之间进行两两比较根据它们之间关系的紧密程度确定权重值即关系度Rij。这里采用0、1、3、5、7、9形式的关系度等级。详细评价标准见表4.2。表4.2关系度评价标准Tab.4.2Thestandardforevaluatingrelationdegree关系度没关系微弱关系较弱关系一般关系密切关系非常密切分值013579第四步，确定相关矩阵，同样采用元素间两两比较的方式确定相互影响的关系即确定相关度Cij，这里有正面的影响、负面的影响以及不影响。具体划分等级见表4.3。表4.3相关度等级Tab.4.3Thelevelofcorrelation相关度正相关强正相关负相关强负相关没影响表式符号Ο◎Χ＃空白第五步，确定技术矩阵，对研究者自身的评估，综合考虑专业能力以及采用的方法能力对自身能力进行评估。同样这项指标也分几个等级。见表4.4。表4.4评价标准Tab.4.4Thestandardforevaluating等级差一般好非常好分值1234第六步，确定关键设计要求，经过质量屋重重计算评价，完成对质量屋的评估。在根据设计要求重要度的大小确定关键设计要求，作为主要设计是主要考虑因素。还有些设计要求虽然重要度不大，但实际操作面临问题多难实现，将这些设计要求作为瓶颈技33 基于可用性的交通标志设计方法术同样列为关键设计要求。在构建质量屋的过程中，为防止质量屋中关系度之间的交叉引起的纷争，这里采用逻辑推理的思想构建关系度间的相关矩阵，逻辑推理方案如下：将驾驶员需求设为X，设计要求设为Y，若其中一项驾驶员需求（X1）与设计要求(Y1)有关系，可用Relate(X1,Y1)表示它们之间的关系度，用Correl(Y1,Y2)表示Y1与Y2之间的相关度。若Relate(X1,Y1)的值是强，且Correl(Y1,Y2)的值是强正相关，那么Relate(X1,Y2)的值是强。逻辑推理规则见表4.5。表4.5逻辑推理规则Tab.4.5Therulesoflogic关系度很强（9）强（7）中（5）弱（3）很弱（1）无关（0）强相关975310正相关7531104.1.3QFD方法量化的实现QFD利用加权评分法实现量化，涉及的参数有顾客需求重要度K、关系度r、相iij关度、市场竞争能力M。加权后的设计要求权重按下式计算[52]：ihkr（4.1）jiij根据产品定义的目标对市场竞争能力M进行评估加权，所得竞争指数M为：iMKiMi5Ki（4.2）根据对自身技术水平的评估对技术竞争能力T进行加权，得到的技术竞争指数Tj为：ThT5h（4.3）jjj4.2TRIZ理论介绍4.2.1TRIZ概念及研究内容TRIZ一词为俄文相关义词的首字母缩写而来，意为解决发明问题的理论，起源于前苏联。该理论最初由前苏联海军专利部GenrichS.Altshuller提出，是从数以百万计的专利中推演、分析与归纳而建立起的一套体系化的、使用的解决发明创造问题的方法，它综合了创新开发方法和一些算法。TRIZ方法的目标即是解决设计中遇到的问题，理论核心是冲突解决矩阵[53]。如今已有许多产品设计或改良研究是通过冲突解决矩阵方法得以解决的。34 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法冲突解决矩阵解决问题方法打破了常规的解决问题的思路，是在总结了全世界范围内专利的基础上建立起来的一套解决问题理论，它的目的是帮助设计者获得突破性的设计理念，它是设计中解决关键设计问题并实现创新的有利工具。TRIZ理论的建立是在机械设计之上，所以理论中的冲突定义为技术冲突和物理冲突，所有问题都可以用这两种冲突进行总结[54]。在TRIZ理论中认为创新思想不会随机闪现，它必然存在着一种规律，TIRZ理论就是总结了这些规律给设计者提供一种突破性的创新思维。TRIZ解决问题的工具是冲突解决矩阵，它是指由总结40条发明原理和39个表述技术冲突的工程参数间的关系建立起来的矩阵，用该矩阵来指导解决设计中的冲突问题。但是在实际工作中该问题解决矩阵并不能完全解决问题，但是可以给设计者提供一条很有价值的思路，通过设计者将解决思路细化分析而获得最终解决方案。TRIZ理论中解决问题的基础是知识数据库，其中总结的40条发明原理并不是针对某一个领域而是对所有发明创造问题都有解。另外它还提供了4个解决物理冲突的分隔原理，包括时间分隔、空间分隔、部分与整体间的分隔、按条件分隔[53]。4.2.2设计中TRIZ应用原理设计冲突主要有三类，管理冲突、技术冲突和物理冲突。管理冲突侧重的是管理方面的问题不能体现出创新的价值所以不是TRIZ研究的内容。而技术冲突在设计中遇到的往往是设计的问题，在解决这些设计问题时就需要用到TRIZ的冲突解决矩阵，认为每个问题都可以用39个参数中的任两个参数来描述，然后利用TRIZ理论中的40条发明原理来解决，所依据的是由39个参数做组成的矩阵表。TRIZ理论应用流程见图4.3所示。对照冲突创造发明冲突定义矩阵原理解决方法标准问题数据库具体问题具体问题图4.3TRIZ理论应用流程Fig.4.3ApplicationprocessofTRIZ根据上述流程图可以知道，TRIZ理论的一般步骤为先针对具体问题加以定义，然后根据TRIZ理论提供的方法，将需解决的特殊问题转化为类似的标准问题，接着总结、归纳出技术冲突，最后对照TRIZ冲突矩阵，并参考已有专利发明数据库，提出具体解35 基于可用性的交通标志设计方法决办法[54]。下面对每一步进行详述。第一步：冲突定义。通过这种方法，可以将需解决的问题转化为通用的标准形式，而且设计问题被描述为冲突形式，并详细描述了冲突参数。如果设计问题包含多个矛盾，该步骤可以重复进行。第二步：对照冲突矩阵。冲突矩阵涉及到40条创造发明原理，这些发明原理是经由三百多万专利所推演,分析与归类而得来。第三步：对照发明创造原理对应的数据库。数据库显示了多个相似类型的应用解决方案，便于从中寻找解决办法。第四步：方案评估。评估标准是参照方案的理想值。理想值的表述公式：IB/(HC)（4.4）式中：I—理想值；B—收益；H—损失；C—成本。国外对于TRIZ理论的研究十分重视，而且已经广泛应用到实践中，许多大型的制造企业运用这一理论进行产品研发与设计，并获得很好的效果。经理论的扩展与深入研究，现在已经有很多工程领域引入了TRIZ理论，并解决了许多的瓶颈问题，产生了许多的创新设计。借鉴其优越的创新解决思路来解决交通标志中的难解问题，是对于交通标志设计方面的一个突破。4.2.3QFD与TRIZ方法的集成在QFD方法中通过质量屋中相关矩阵的建立与计算已经得出了设计中遇到的冲突问题，也就是一些瓶颈问题。QFD方法只是提出了这些问题，却不提供解决问题的思路与方法。而TRIZ恰好提供的是解决问题的创新思路与方法，目标针对的是一些难以攻破的瓶颈问题。所以将这两种方法结合起来形成以一种集成的“发现问题-解决问题”理论体系。具体实现步骤如下：(1)在质量屋中经过相关度的确定，将设计参数参数之间正相关评价。如果它们之间的关系是正相关，那么表面这两个参数之间是相互协作关系；而如果两元素之间是负相关关系，则表明它们之间存在冲突，这是我们重点要解决的问题。(2)将存在冲突的设计参数用TRIZ中的语言进行描述，并对冲突问题进行分析，根据冲突判定准则对冲突进行分类。冲突的判定有两种准则：准则a：某一项措施的作用下同时产生有用和有害两种效果，或者增强有用作用消36 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法减有害作用会导致系统变得更坏；准则b：系统中有用功能的加强会导致其他有用功能加强，有害功能降低会导致其他有害功能降低。（3）根据所判断出的冲突类型，在依据TRIZ理论的冲突解决矩阵寻求问题解。QFD方法与TRIZ理论集成的求解过程见图4.4。参数呈负相关关系冲突分析冲突判定相关矩阵若为准则a若为准则b若都不是设计要求技术冲突物理冲突管理冲突顾客参数转换分离原理需求冲突解决问题矩阵凭经验解决图4.4QFD与TRIZ方法集成过程Fig.4.4TheintegrationprogressofQFDandTRIZ4.3Taughi理论介绍4.3.1Taughi基本概念田口方法是日本著名质量专家田口玄一提出的基于统计学原理、方法所开发出来的一种崭新的技术。田口认为质量是设计出来的，其次才是制造出来的。这一思想构成了田口方法的核心，即在设计中考虑一切可能存在的干扰因素，寻求最优化。因此在技术开发阶段，人为制造各种噪声干扰，通过实验寻找最佳参数搭配，实现产品的健壮性，由此产生了田口方法的关键技术稳健性设计[55]。稳健性即使体现产品的抗干扰能力，用质量特性变异参数来定量描述，变异小的产品稳健性高，反之稳健性就低。田口方法认为，任何设计创造的事物都会存在影响使用效果的因素，主要分为可控因素和不可控因素[55]。在田口方法中将不可控因素称作噪声因素，这类因素难以控制，但是对产品的质量很重要的影响。而稳健性设计的主要目的是寻求可控因素的最优组合，尽量减少噪声因素的影响。37 基于可用性的交通标志设计方法4.3.2Taughi基本原理田口方法的理论原理是质量损失函数和信噪比。1.质量损失函数田口认为所有的质量问体的根源都是因为产品的基本功能不完善造成，投入的能量不能百分之百被利用，所以只要改善系统的基本功能，提高能量利用率，从根本上杜绝能量损失，引起质量的问题也就消失了。所以通过构建质量损失函数来量化能量的损失，这是田口理论的基础。质量损失函数图如图4.5：图4.5质量损失函数图Fig.4.5Thefunctiondiagramofqualityloss质量损失函数的表达公式为：2L(y)(ym)（4.5）函数图中横纵坐标分别代表质量特性和损失值，将质量特性目标值设为m，也就是最佳值。mA,mA代表合格产品的区间。A值表示当ymA或ym+A时的损失值。由函数图可以知道质量特性y=m时，质量损失最小，随着y远离m损失逐渐增大[56]。田口方法的关注点是“目标质量观”，不同于传统理念中的“门框质量观”。是以求所有产品的特性值都达到目标值。为了控制质量功能实现最优，田口方法在传统的两阶段设计方法基础之上又增加了参数设计。参数设计的基本思想是选出最优的参数组合，使得质量特性波动小稳定性好。数学基础是非线性效应。图4.6为参数设计的非线性效应。38 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法图4.6参数设计的非线性效应Fig.4.6Thenonlinearofparameterdesign图中x、y坐标分别代表可控因素和质量特性，y代表质量特性的波动，y越小表示波动性越小。当xx时，质量特性达到目标值m。当元素x在x范围内变化时，1质量特性的波动值为y。参数设计的目的就是找出相同的x中y最小的元素x。另外再找出与质量特性y和参数z有关的线性函数（yz）azb，通过调整y(z)函数中元素z的取值，来达到目标特性m[55]。2.质量特性田口博士用望目特性、望小特性和望大特性三种特性标志产品期望达到的质量目标。具体数学含义表述为：1望目特性：是指产品的特性达到用户预期的某个目标值m，即希望存在某个目标值m（m0）使得实际的特性值y在m值附近波动（y），且y越小越好。2望小特性：使取得的特性值y和y越小越好，且y0；3望大特性：特性值y的值越大越好，且波动值y所取值越小越好。质量特性的量化引进了通信系统中的信噪比（SN）概念。质量特性y是一个随机变2量，设它的期望值为，标准差为，方差为。222信噪比：SN，我们希望尽量接近目标值，且越小越好。将其转化为2通信理论中的分贝值即：SN10lg()。设质量特性y的取值为y,y,y，y为均值，212i各质量特性的量化公式为[57]：39 基于可用性的交通标志设计方法a.望目特性的信噪比公式为：nn(y)2(yy)2iiSN10lg(22)10lgi1ni1（4.6）n(yy)2ii1b.望大特性的信噪比公式为：1n1SN10lg(22)-lg（）2ni1y（4.7）ic.望小特性的信噪比公式为：nSN10lg(22)10lgny2i（4.8）i1d.灵敏度：nn22(yi)(yiy)i1i1S10lg（4.9）2n4.3.3Taughi的实现工具为了提高产品的稳健性，田口博士在传统的两阶段设计基础之上增加了参数设计阶段。认为通过寻找不影响健壮性却能决定产品性能的参数，对其进行调整，可以提高产品能量的利用率。参数设计解决的是与产品基本功能有关的问题，与产品整体设计无关。这样就可以大幅度的超越现实来改变设计参数，扩大范围，大胆摸索找到使基本功能尽可能健壮的参数。参数设计模型见图4.7。按目标优化特性设置实验可控因子、噪声可控因子组合输出变量输入变量检测敏感性图4.7参数设计模型Fig.4.7thedesignmodelofparamete参数设计是通过正交实验法实现的。在进行实验前通常需要设计正交表，正交表是一个规律布置的表格，其中列出了试验中需要的元素和因子，一般包括信号因子、控制因子和噪声因子。这样可以保证对任何一个因子进行平衡比较。在设计分析时，可以独40 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法立对每个因子进行评估[58]。设计时需要确定以下量：相关控制因子的数量、每个因子的水平数、执行的运行数、其他因素对设计选择的影响。正交表示例见图4.8。图4.8正交表示例Fig.4.8Thesampleoforthogonaltable4.3.4TRIZ理论与Taughi方法的集成TRIZ理论是具有创新价值的理论，它可以给设计者提供突破性的解决思路却不能给直接给设计者提供解决问题的方案，而田口方法正好能弥补这些不足。将TRIZ于田口方法集成一套新的解决问题理论体系，首先利用TRIZ的冲突解决矩阵找出解决问题的思路，根据这些创新突破点结合用户需求进行深入分析获得关键的设计元素，再利用田口方法优化设计，最终就可获得基于用户需求的设计方案。集成方案体系流程见图4.9。冲突解决矩阵解决思路冲突解决矩阵关键设计要素正交试验最终方案图4.9TRIZ和Taughi方法集成结构图Fig.4.9thedesignmodelofparamete4.4基于QFD、TRIZ和Taughi集成的方法框架综合上述分析，三种方法有各自的使用范围和针对性，对于解决交通标志的设计问题，单独使用时都有一定的欠缺与不足。通过对三种理论的分析，取对本文研究有利的部分内容将三种方法结合起来，可以实现设计的最优化。总结上文的研究，归纳三种方法集成的总体思路为，首先运用质量功能展开，将用户需求与需求所对应的设计技术要素建立映射关系，形成产品质量屋，从而获得产品创新设计矛盾矩阵；然后根据矛盾的41 基于可用性的交通标志设计方法不同类型，运用发明创造解决理论所提供的问题解决理性模型和创新原理综合解决，最终获得设计方案。理论模型如图4.10所示。市场调查技术矛盾发质明改参矛盾矩阵用户需求矛进数量创盾物理技设屋分离造设计技术要素矛盾原理原术计理设计专家小组无矛盾图4.10理论模型Fig.4.10Theoreticalmodel4.5案例分析交通标志是交通体系中的一部分，是交通管理中的一项安全设施。标志版面通常由图形、符号和文字三种基本元素，三种元素可以单独使用也可以组合使用。通常被设立在道路两旁，向道路使用者提供需要驾驶员配合的交通规则信息，如限速信息、指路信息、警告信息等。因为指路标志相对于其他几种标志较复杂，所以本文重点研究指路标志，所研究的用户群是驾驶员群体。4.5.1各指标重要度的确定根据上一章的分析研究与问卷调查结果得到了驾驶员的基本需求为显著性、易识读、易遵守、易决策，对这四方面进行深入分析又可以得到更详细的需求，建立两层需求有利于下面的研究。驾驶员需求的层次分析图见图4.11。图4.11驾驶员需求层次分析图Fig.4.11Thedemandlevelofdriver42 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法由第三章的调查分析结果可知道，驾驶员对于第一层需求显著性（OB）、易识读性(UD)、易遵守性(AB)和易决策性(DE)的优先关注顺序为为易识读性、显著性、易决策性、易遵守性。这一数据分析结果也恰好与第三章的马斯洛需求层次理论吻合。但是为了构建质量屋中的驾驶员需求重要度，必须对这四方面需求进行量化，采用基于模糊和熵的方法来确定用户需求重要度。第一层需求的重要度为见表4.6。表4.6驾驶员第一层需求重要度列表Tab.4.6Thetravelerdemandlist驾驶员需求显著性易识读易遵守易决策重要度Ki4.652.33.3对于第二层需求重要度的确定使用模糊层次分析法。模糊层次分析法的详解见第五章。首先对各第一层需求进行评价矩阵的确定，再计算每个第二层需求的权重值。1对于显著性，将感知距离、标志参数、遮挡程度、背景对比度进行两两比较，比较准则参见第五章。得到的评价矩阵如下：OB1OB10.50.90.80.7OBOB0.10.50.60.322OBOB0.20.40.50.333OB4OB40.30.70.70.5经计算得到的权重值为：w0.1750.2910.30.233OB2对于易识读性，它的二级需求指标易辨性、识读距离、易记性同样进行两两比较，得到的评价矩阵为：UD1UD10.50.20.4UDUD0.80.50.822UDUD0.60.20.533最终得到的权重值为：w0.40.2330.367UD3对于易遵守性，它的二级指标为：主观服从度与操作距离。而易决策性的二级指标为：信息量和连贯性。得到的评价指标分别为：0.50.90.50.4和0.10.50.60.5所求权重值为：w0.30.7AB43 基于可用性的交通标志设计方法w0.550.45DE二级需求指标的重要度计算为：wOBwUDKKOBKUDKABKDEwABwDE得到的二级指标重要度为：K=（0.861，1.362，1.38，1,.072，2，1.165，1.836，0.67,1.61,1.815,1.485）将重要度小于1指标进行剔除，即对应的指标感知距离与主观服从度不作为考虑因素。4.5.2构建关系矩阵设计要求是质量屋组成中很重要的一部分，它的构建需要在综合考虑驾驶员需求的基础上根据每一项需求具体进行分析得出，这是解决设计问题很重要的一部分内容，它的确定方法主要是头脑风暴方法。组织具有较高专业水平的成员为讨论组，通过成员开展设计要素分析集体决定最终的设计要求即技术措施。根据讨论总结出以下技术要求见表4.7。表4.7技术要求列表Tab.4.7Technicalrequirementslist标志尺寸背景亮度背景颜色设置位置设置数量设计要求字符尺寸笔画粗细笔画高度文字数量符号数量版面排版标志尺寸直接影响标志牌的参数进而影响标志的显著性，标志牌设计越大，显著性越明显，也越容易辨识可容纳信息量也较多，在比较远的地方就可以识别，所以能提前告知驾驶员相关信息，进而让驾驶员有足够的反应时间进行操作，这些对操作距离和识读距离都有一定的影响。标志牌的亮度也是标志的一个重要参数，它和标志牌背景的颜44 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法色都可以直接影响到背景对比度，标志牌颜色和亮度与文字、字符和图案的颜色配合合适形成鲜明的对比可以增加驾驶员的视认性，而且会对驾驶员的记忆功能带来帮助。标志牌的设置位置直接影响到标志的遮挡程度，进而会影响驾驶员采取相应的操作。标志牌设置的多与少会影响到整个标志体系的连贯性，设置数量多会提供较多的信息设置。对于字符的尺寸、笔画高度以及文字、符号的数量等信息会直接影响到标志的识读性以及信息量。交通标志的版面一般应该简洁整齐，如果版面设置不合理会给驾驶员正常的识读造成很大的困难，起到适得其反的作用。对于关系度的确定采用上文的评价标准，设计要求与驾驶员需求的关系矩阵为见下式，构建的质量屋见附录3。4210000000000040000000044000000002321004440332100444001021013330033114033300030003000440000440004404.5.3TRIZ理论解决设计瓶颈问题在进行设计要求分析时，设计要求之间同样存在关系，表现为正、负相关。例如为了提高夜间识读性，要增加标志背景的亮度，但是采用这种做法却会降低驾驶员在白天的视认性。当标志尺寸增大时会提高标志的显著性而且可以容纳的信息量增大，但是却会造成驾驶员心理的压抑情绪，对心理造成不良影响。字符和图案尺寸越大对驾驶员的识读性越有利，但是较大的字符会占据版面的空间而影响信息量。这些互相制约的因素就是设计中的冲突，将设计冲突进行总结分析见表4.8。45 基于可用性的交通标志设计方法表4.8冲突原因分析Tab.4.8Analyzingthecausesofconflict设计要序号冲突原因求权重1形状和排版标志牌形状多样，不同的形状势必造成排版的困难23版面复杂和排版合版面设置涉及到图形、文字和符号，版面设置越复224理杂，排版越困难背景亮度白天和晚白天光线强需要较低的亮度标志牌背景颜色宜选326上视认性用暗色，但采用暗色晚上视认性会变差4字符尺寸和信息量字符尺寸增大，版面可容纳的信息量减少23标志背景亮度和字提高标志版面背景亮度，会增加字符的模糊程度，526符清晰度字符和视觉相互干扰字符白天和晚上的字符白天受尺寸和对比度影响大，晚上受亮度影响723视认性度大实际的设计问题通过分析可用通用工程参数替代，从而实现将设计中涉及到的关键问题转化为TRIZ的一般问题。但是经过分析，表4中序号3和序号7属于相同的问题，即白天和晚上亮度的冲突，所以用一个冲突来代替。参数间的相互替代如表4.9所示。表4.9TRIZ通用工程参数对比表Tab.4.9GeneralengineeringparameterscomparisontableonTRIZ序号负相关设计要求通用工程参数1形状和排版12外形和34维修的舒适性2版面复杂和排版合理26物质的数量和34维修的舒适性3字符尺寸和信息量12外形和26物质数量4背景亮度和字符清晰度18亮度和28度量精度5白天和晚上的视认性18亮度和18亮度通过查找冲突矩阵，得到的解决原理见表4.10。表4.10冲突矩阵Tab.5.0Conflictmatrix121826283412+（35,14）（6,1,32）（1,13,2,4）18+26+（2,28,10,25）28（6,1,32）+34（1,13,2,4）（2,28,10,25）+46 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法针对设计和排版冲突问题，对于特殊形状的标志牌版面如何合理排版的问题，根据冲突矩阵，推荐采用编号为1、13、2、4的原理解决，根据实际问题，选择原理13相反性，即为了获得合理且直观有效的标志牌版面，选择简单的标志牌形状比如简单的矩形或三角形或圆。针对版面复杂和排版合理的冲突问题属于技术冲突，根据冲突矩阵，推荐原理3、10、8、28，结合实际问题分析，最佳解决方案是选择原理1分隔，当某一区域内需要显示的标志信息比较密集时，最好的解决方案是将这些标志信息分类设在不同的标志牌上以得到合理的排版，从而使出行者能快速识别捕捉有效信息。例如美国道路标志的设置（如图4.12），为了使行人能更直观识读标志，在标志牌版面合理设计图形、文字、符号三个元素，信息量较多的时候，分开设置。图4.12美国道路标志牌设置Fig.4.12ThedesignabouttrafficsigninAmerica对于字符尺寸和信息量的冲突问题，根据冲突矩阵推荐使用原理35和24解决。关于原理35的表述为：参数变化，原理24为媒介。根据原理的表述在这里使用原理24更为合适，运用其他媒介来传递信息。具体的设计为在标志牌上简洁的体现重要的信息，例如关键数字，道路名等，另外再通过其他形式如电子广播或广告牌的形式显示更多的交通信息。对于背景亮度和字符清晰度的冲突，根据冲突矩阵可以利用原理6、1、32来解决，原理的具体表述分别为：普遍性、分隔、改变颜色。通过具体分析各原理内容，这里采用原理32解决能达到很好的效果。原理32提出的解决方案是改变物体或外部环境的颜色，结合本冲突，为了提高白天驾驶员的视认性的同时不影响晚上的视认效果，考虑将标志版面和字符颜色采用具有荧光效果的暗色来降低白天的透明度提高晚上的亮度。但是对于字符、背景颜色与白昼的冲突，冲突矩阵没有给出解决方法。因为三者之47 基于可用性的交通标志设计方法间互相牵扯互相冲突很难找到彻底解决的方案，所以选用田口方法通过正交实验试图寻找三者之间最合适的参数搭配从而达到最佳的视认效果。4.5.4利用田口方法实现设计优化通过上述分析，利用TRIZ理论解决的问题主要有两方面即标志牌的形状和版面。为实现量化分析，根据Taughi方法建立评价系统，确定系统输入为道路使用者反应时间，因素为形状和版面信息，并对两因素实现水平划分，建立正交表（图4.13），通过实验得出数据再进行分析（图4.14）。据信噪比结果分析当采用基本形状以及版面信息量少时实验结果较好。为了确定字符尺寸、颜色与标志版面的参数组合，设计正交表进行正交试验。将控制因子确定为字符尺寸、版面颜色和字符颜色，噪声因子为车速、天气和车流量，目标为视认距离，采用望大特性。试验中采用混合水平设计，将字符尺寸的水平确定为35-45cm，版面颜色选择蓝色和绿色，字符颜色选择白色和黑色，进行16次实验，设计的正交表见图4.13。图4.13田口实验正交表Fig.4.13TheorteogonaltableofTaughiexpriement经过田口实验，所得信噪比主效应图见图4.14。48 第四章基于QFD、TRIZ和Taughi的交通标志设计方法图4.14信噪比主效应图Fig.4.14ThemaineffectdiagramofSN由上述田口实验信噪比主效应图可知，当字符为40cm、版面为绿色、字符采用白色这三个参数时能达到最佳的设计效果。由此设计出来的标志牌示例见图4.15。图4.15设计方案图Fig.4.15Designscheme4.6小结QFD、TRIZ和田口方法都是产品开发的先进方法，在产品创新设计方面有卓越的优势，立足于最根本的使用者是它最大的特点。将QFD、TRIZ理论以及田口方法结合起来可以实现道路标志牌设计理念的突破与创新，本章通过集成三种方法解决设计问题并结合国外优秀标志牌的设计提出对于交通标志牌的改进方案。49 基于可用性的交通标志设计方法50 第五章基于模糊层次分析法的交通标志可用性评价第五章基于模糊层次分析法的交通标志可用性评价5.1模糊层次分析法理论介绍5.1.1模糊层次分析法理论的基本概念模糊层次分析法(Fuzzyanalytichierarchyprocess，FAHP)是在层次分析法基础上建立的一种系统分析的方法，这种方法结合定性与定量分析。层次分析法首先是将所要研究的问题进行分层，一般分为目标层，准则层和方案层三层[58]。然后建立分层的结构模型，构造出判断的矩阵，然后确定每个层次的要素对于总目标层的权重，从而求出不同方案的最终评价值，进行方案的排序，最终方案的优劣将一目了然。层次分析法的结构图见图5.1。问题分析建立层次结构构造判断矩阵A求A的特征向量及最大特征值修改判断矩阵A的数据一致性检验NoYes结束图5.1层次分析法的结构图Fig.5.1ThestructurechartofAHP层次分析法是方案决策的一种最基本方法，已经在各个领域有了很多的应用。但是在研究中发现，层次分析法有一些不足，层次分析法对于判断矩阵是否存在一致性很难进行判断，而层次分析法的核心内容就是构建判断矩阵，判断矩阵建立的科学合理才能得到正确的结果。为了解决这一问题引入模糊层次法的概念。也就是模糊层次分析法是层次分析法的完善，在层次分析法的基础上构建了模糊一51 基于可用性的交通标志设计方法致矩阵。在层次分析法中利用将元素进行两两比较来构建判断矩阵，但是在模糊层次分析法中通过元素间的两两比较来构建模糊一致判断矩阵，而且利用模糊判断矩阵求的各元素间的权重的方法不同于判断矩阵中求权重的方法[59]。下面介绍模糊层次分析法的有关概念：1）模糊矩阵，模糊矩阵是指当构建的判断矩阵中所有元素都在0-1范围时，这样的矩阵称为模糊矩阵，是指专家评委对指标的模糊评价。如下式：0r1，i1,2,,n;j1,2,,n（5.1）ij2）模糊互补矩阵，模糊互补矩阵是矩阵中两个对应的元素之和为1，这样两元素形成互补，见下式：rr1，i1,2,,n;j1,2,,n（5.2）ijji3）模糊一致矩阵，当模糊矩阵和模糊互补矩阵满足下式时，称为模糊一致矩阵：rrr0.5（5.3）ijikjk5.1.2模糊层次分析法求解步骤模糊层次分析法在进行系统分析的时候，首先要将所要分析的问题划分层次，根据本次的最高层总目标以及问题的特点将提取问题的主要因素。然后根据因素间的隶属关系，将这些因素按不同的层次组合成多层次的结构模型，最终依据准则层的权重和最后方案的隶属[60]，确定最终方案。模糊层次分析的步骤简图见图5.2。建立评价递阶层次结构确定同一层次指标的相对重要性，建立模糊判断矩阵计算各指标的重要权重建立底层指标的隶属函数，计算隶属度综合评价图5.2模糊层次分析的步骤简图Fig.5.2ThediagramstepsofFAHP模糊层次分析法的关键内容是建立模糊一致判断矩阵，下面详细介绍模糊判断矩阵52 第五章基于模糊层次分析法的交通标志可用性评价的构建方法。模糊一致判断矩阵表示的是与上一层的元素进行两两比较，比较所得的结果就是两因素之间的相对重要性[61]，通常使用下表中的0.1-0.9进行标度，详见表5.1。表5.1权重判断标准Tab.5.1Thestardardofdeterminetheweight通过对元素之间的量度确定每个隶属度，就可以构造模糊判断矩阵，见下式：（5.4）矩阵中每个元素的意义为：r表示为元素a与元素a进行比较时，元素a相对于元ijiji素a的重要性程度，用实际的数值进行量度，这就是元素a与元素a之间的隶属度。jij在该判断矩阵中具有如下规律：1）r0.5，表示的是两相同元素进行比较，它们之间的重要性相同；ii2）rr1，这一关系反映了模糊判断矩阵的特点元素之间互补，反映了思维的ijji一致性；5.1.3运用1.模糊互补的判断矩阵求权重的公式如下：nanj1ij1W2i，i1,2,,n（5.5）nn1该公式能够很好的吸收模糊一致性判断矩阵的好的特点，并且能很好反应判断信息，而且计算量较小，为实际的运用带来很多方便，而且运用此公式计算的结果具有可53 基于可用性的交通标志设计方法靠性。2.为了衡量由上式得到的权重值是不是合理，还要检验模糊判断矩阵是否具有一致性。为了更好的描述检验方法，先介绍两个定义[62]：1）相容性指标，设矩阵Aa和Bb都是模糊判断矩阵，称ijnnijnn1nnIA,Bab1（5.6）ijijn2i1j1为A和B的相容性指标。T2）设WW,W，,W是模糊判断矩阵A的权重向量，其中12nnWisWi1,Wi0i1,2,,n，令WijWWi,j1,2,,n，则称n阶矩阵WWijnn为i1ij判断矩阵A的特征矩阵。s设决策者的满意度为，当由上式得到的相容性指标IA,W时，认为判断矩阵满足一致性。越小，表明限制条件越严苛，得到的结果越具有参考价值，一般取=0.1。在实际的问题中，大多都是根据多个（设k个，k=1,2,...,m）专家给出确定隶属度的意见，从而构建同一因素集X上的两两比较判断矩阵：Aak,k1,2,,m（5.7）kijnn这些矩阵都是互补的模糊判断矩阵，则得到权重集的集合为：kkkkWW,W,,W,k1,2,,m（5.8）12n所以想要检验模糊互补判断矩阵是否具有一致性，要进行以下两步骤[62]：1检验由专家给出的m个互补判断矩阵的一致性，即满足下式：kIA,W,k1,2,,m（5.9）k2检验判断矩阵是否具有相容性，既：IA,A,kl;k,l1,2,,m（5.10）kl经证明，当模糊互补判断矩阵Ak(k=1,2,...,m)具有一致性时，即可取综合判断矩阵作为权重值。即只要满足以上两个条件时，可以取这m个权重集的均值，权重的向量表达式为：WW，W，,W（5.11）12n最终权重为：1mkWiWi,i1,2,,n（5.12）nk154 第五章基于模糊层次分析法的交通标志可用性评价5.2案例分析通过对指路指标的特性和功能进行分析，从人的角度出发，将众多因素进行分类。采用模糊层次分析法，分为目标层、准则层和决策层，每一层对下一层都有指导含义。上一层是下一层评价依据，层次间互相联系。在本章的评价中选用第三章的二级指标作为准则层，将驾驶员分组作为决策层对第四章提出的设计方案进行评价。对应的需求分析层次结构见图5.3。图5.3需求分析层次结构图Fig.5.3Hierarchicalanalysisdiagramofdamand5.2.1确定权重矩阵指路标志是一项关于城市公共系统设施建设的工程，它的服务对象涉及城市所有中所有人群，包括了各个年龄段、不同性别，不同国家，不同职业，不同教育程度的人群。在前文已经介绍了可用性的特点，即满足人类的各种需求，以及达到人们使用的满意度。本文根据将上图准则层的各个需求指标作为评价满意度的指标，下面对各指标进行详细介绍。1感知距离：是指驾驶员能发现标志的距离，它体现的是指标设置的明显程度，是驾驶员识别标志的先决条件。2标志参数：这项指标包含标志设计的基本实现参数，如标志牌的尺寸、标志牌背景的亮度、背景的颜色、设置的高度等等因素。是标志能够被及时发现的重要指标。3遮挡程度：指的是标志在使用过程中不及时清理造成标志牌表面脏损，或者被55 基于可用性的交通标志设计方法树木或建筑物遮挡造成的难以发现的程度。4背景对比度：指的是标志牌背景颜色和字符图案的对比程度，也叫透明度。5易辨性：尽量使使用者在使用过程中感到舒适，而不会造成身体的负担。6识读距离：标志能被识别的最远距离。7易记性：标志能被记忆的程度。8主观服从度：驾驶员在行驶过程中，认为识读标志耽误时间所造成的主观不愿意遵守标志。9操作距离：驾驶员从发现标志到识读完成进行操作的有效距离。10信息量：标志牌所能容纳的交通信息量。11连贯性：标志在设置过程中是否前后一致，连续设置。对于权重的确定，本文采用专家打分制，根据11个指标的特点和表1的打分方法，对因素进行两两比较，确定模糊判断互补矩阵R。本文为了得到更加合理有效的权重值，决定采用两组专家分别打分法。1）由上表可知专家组1的模糊互补判断矩阵为：0.50.30.30.20.30.40.30.50.40.30.30.70.50.70.80.70.60.70.90.70.60.50.70.30.50.60.50.70.50.80.30.60.50.80.20.40.50.30.30.60.70.60.30.80.70.30.50.70.50.80.70.60.50.60.7R10.60.40.30.70.20.50.70.80.50.50.60.70.30.50.40.30.30.50.70.30.30.40.50.10.20.30.40.20.30.50.40.30.30.60.30.70.40.50.50.70.60.50.60.70.70.40.40.70.40.50.70.70.40.50.80.70.50.50.20.30.40.60.70.30.20.5计算得出的权重向量：W0.0750.1080.0950.140.0950.0940.0840.0730.0960.0970.0855.141R1的特征矩阵计算结果为：56 第五章基于模糊层次分析法的交通标志可用性评价0.50.410.440.350.440.440.470.510.440.440.470.590.50.530.440.530.530.560.600.530.530.560.560.470.50.40.50.50.530.570.50.50.530.650.560.60.50.60.60.630.660.60.60.630.560.470.50.40.50.50.530.570.50.50.53ws0.560.470.50.40.50.50.530.570.50.50.5310.530.440.470.380.470.470.50.540.470.470.50.490.40.430.340.430.430.460.50.430.430.460.560.470.50.40.50.50.530.570.50.50.530.560.470.50.40.50.50.530.570.50.50.530.530.440.470.380.470.470.50.540.470.470.5ssR1与W的相容性计算结果为：IR，W0.050.1，由此可以判断出判断矩阵R1111是具有一致性的，由此可知得到的权重向量W1是合理的。2）由专家组2确定的模糊判断矩阵为：0.50.40.30.30.30.30.40.50.40.30.30.60.50.70.90.70.60.60.80.70.60.40.70.30.50.60.60.70.60.80.30.60.50.70.10.40.50.20.30.60.70.60.30.80.70.30.40.80.50.80.70.60.50.60.7R20.70.40.30.70.20.50.60.80.60.50.60.60.40.40.40.30.40.50.80.20.30.50.50.20.20.30.40.20.20.50.30.40.30.60.30.70.40.50.40.80.70.50.80.70.70.40.40.70.40.50.70.60.20.50.70.70.60.50.20.30.40.50.70.30.30.5同理，得到的权重向量为：W20.0770.1050.0970.0880.1010.0950.0850.0730.0990.0940.086可知R2的特征矩阵是：57 基于可用性的交通标志设计方法0.50.420.440.470.430.450.480.510.440.450.470.580.50.530.440.530.530.560.600.530.530.560.550.470.50.460.50.50.530.570.50.50.530.640.560.590.50.590.60.620.650.60.60.620.550.430.50.390.50.50.530.570.50.50.53ws0.50.470.50.40.50.50.530.560.50.50.5220.520.440.550.380.470.470.50.540.470.470.50.480.40.420.340.420.430.460.50.430.430.450.550.470.490.40.50.50.530.570.50.50.520.550.460.50.390.50.50.520.570.50.50.530.520.440.450.370.460.470.50.540.470.470.5s矩阵R2与W的计算得出的相容性结果为：2sIR2，W20.0570.1所以可知判断矩阵R2是具有一致性的，所以可知权重向量W2同样也是合理的。另外计算判断矩阵R1与R2之间的相容性，即：IR，R0.050.112由此可知模糊判断矩阵R1与R2之间也是相容的。由上述分析可知，可以将权重向量W1和W2作为最终的权重分配集，即：W0.0760.1070.0960.1140.0980.0950.0840.0730.0980.0960.0865.2.2确定评价矩阵并计算上文中已对指标进行了权重量化，下面通过三个测评组经过测试对指标进行综合量化打分，评分标准见表5.2。表5.2评分标准Tab.5.2Standardforevaluation程度非常好好一般差极差分值0.8-10.6-0.80.4-0.60.2-0.40-0.2测评组对指标的评分情况见表5.3。表5.3指标评分表Tab.5.3Scoreofindex感知标志遮挡背景对易辨识读易记主观服操作信息连贯距离参数程度比度度距离度从度距离量性测评组10.70.80.90.80.70.80.40.40.80.80.9测评组20.70.90.90.80.80.70.40.30.90.80.9测评组30.80.80.80.90.80.70.40.50.80.80.9由此得到的评价矩阵为：58 第五章基于模糊层次分析法的交通标志可用性评价0.70.70.80.80.90.80.90.90.80.80.80.90.70.80.8E0.80.70.70.40.40.40.40.30.50.80.90.80.80.80.80.90.90.9评价结果为：PWE0.670.720.69由此可知3个测评组的评价结果都为好，所以该方案是合适可用的。5.3小结模糊层次分析法是对传统层次分析法的改进，本章采用基于模糊一致性矩阵的模糊层次分析法对提出的设计方案进行评价，以此来验证本文提出的基于可用性的交通标志设计方法的可行性。59 基于可用性的交通标志设计方法60 第六章结论与展望第六章结论与展望6.1研究总结为了提高交通标志的使用效率，改善交通标志的用户使用体验，满足驾驶员的行车需求，解决现有交通标志的设计问题，本论文对交通标志可用性进行了研究，并构建了集成QFD、TRIZ与Taughi的交通标志设计方法，主要研究成果如下：（1）通过分析产品设计中可用性研究方法，结合交通标志研究的特点，构建了适用于交通标志研究的可用性研究方法体系。（2）应用人机工程心理学，通过对驾驶员特殊心理和人类信息识别过程的研究确定驾驶员对交通标志认知的心理、对标志信息的认知顺序、认知速度，从而构建了驾驶员识别交通标志信息的模型。（3）通过对驾驶员识别对标志识别过程和心理需求的分析，并结合对驾驶员的调查分析，确定驾驶员对交通标志的需求，并利用主因素分析法，将所得的需求指标进行分析总结，最终确定驾驶员的需求指标。（4）利用质量功能配置法（QFD）在需求与设计要求（技术措施）之间搭建质量屋，利用判断矩阵确定设计要求权重，以及在设计中存在的技术冲突。利用发明问题解决理论（TRIZ）中参数和原理的应用解决设计要求中的冲突问题和瓶颈问题。并利用田口方法（Taughi）将实验和数学分析相结合，对权重最大的设计要求标志参数问题进行参数优化，提出改善方案。（5）利用模糊层次分析法构建交通标志可用性评价模型，最终验证基于可用性的交通标志设计方法的可行性。6.2展望交通标志的设计关系到驾驶员、所有道路使用者的顺利出行，甚至会影响到整个交通系统的正常运行。关于交通标志的研究越来越多的国家重视起来，许多学者对这一领域进行了探索，做出了很多的贡献。本文以前人的研究为基础，探索了将先进的产品设计方法引入到交通标志中的可行性，虽然笔者尽可能对所研究过程进行全面的论述，但仍有不足，具体如下：（1）体验经济时代，人们对交通标志的设计需求也相应上升到更高的层次，更高的可用性体验将会借助更深入的视觉心理学研究以及新科技的发展得以提升。（2）对方案进行测试评估是可用性研究方法中最重要的一环，本文采用了定量与定性结合的方法进行论证。虽然通过驾驶员的评价进行了一定的方案验证，但缺乏实际61 基于可用性的交通标志设计方法的测试数据，仍有待完善。解决方法是利用虚拟现实技术，建立人、车、路和环境的模型，通过模拟驾驶员的实际行车来获得交通标志的测评数据。62 参考文献参考文献[1]姜军，陆建.基于驾驶人视认特性的城市道路指路标志设置[J].东南大学学报（自然科学版），2010，40(5):1089-1092.[2]肖润谋，赵金龙等.山区公路交通安全标志设计[J].长安大学学报(自然科学版)，2006，26(3):63-65.[3]刘浩学.公路交叉口交通标志设置的工效学分析[J].交通运输工程学报，2001，1(3):100-103.[4]袁修荣.城市道路交通标志设计与设置研究[D].西安:长安大学，2005.[5]孙兴堂.城市道路指路标志系统设计研究[D].西安:长安大学，2009.[6]丛涛.北京市道路交通标志指路标志的设置[J].道路交通安全，2002，(6):35-38.[7]任锐，李文权.路侧交通标志设置数量及位置研究[J].公路交通科技，2006，23(11):111-115.[8]朱松坚.交通可变信息标志设计研究[D].北京:北京工业大学，2007.[9]U.S.FederalHighwayAdministration.ManualonUniformTrafficControlDevicesforStreetsandHighways[M],2003.[10]JibingLi,DeoChimba.ASupplementtoAdvanceGuideSignPlacementGuidelinesinMUTCD[J].TransportationResearchBoardAnnualMeeting2006Paper:5-17[11]Fre′de′ricLetirand,PatriciaDelhomme.Speedbehaviorasachoicebetweenobservingandexceedingthespeedlimit[J].TransportationResearchPartF,2005Vol8(6):481-492.[12]JakobNieSne著，刘正捷等译.可用性工程[M].北京:机械工业出版社，2004.[13]罗仕鉴，朱上上等.人机界面设计[M].北京:机械工业出版社，2002.[14]潘晓东，林雨等.逆光条件下交通标志的可视距离研究[J].公路交通科技，2006，23(5):118-120.[15]林雨，潘晓东，方守恩.指路标志信息量与认知性关系研宄[J].交通运输工程与信息学报，2005，3(3):73-77.[16]初秀民，严新平，章先阵等.道路交通标志标线视认性虚拟测试系统设计[J].武汉理工大学学报，2005，27(4):135-138.[17]杜志刚，潘晓东等.交通指路标志信息量与视认性关系[J].交通运输工程学报，2008，8(1).118-122.[18]刘颖.人机交互界面的可用性评估及方法[J].人类工效学，2002，Vol6(2):35-38.63 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附录附录附录1表1区域问卷调查设计基本信息请您根据真实情况在相应选项后打√，感谢您的配合！性别男□女□年龄20以下□20-30□30-40□40以上□文化程度本科以上□大专□中专□中专以下□职业工人□干部□农民□自由职业□学生□驾龄5年以下□5-15年□15年以上□出行目的工作出差□探亲访友□旅游度假□1、在您准备驾车去一个陌生地方时，您会通过哪种方式找到目的地？地图问人交通标志其他：2、如果您使用地图，最关注哪些信息？大致方向道路路线所经区域其他：3、现有的指路标志是否让您容易看懂行车方向？勉强很容易完全看不懂其他：4、通过现有指路标志您是否很容易清楚所在道路？勉强很容易完全不清楚其他：5、您觉得依靠现在的标志是否容易找到目的地？很容易容易困难找不到6、您希望指路标志提供哪些信息？道路名行车方向道路示意图其他：7、您认为现在的一个指路标志上的信息内容多还是少？太多不全适中其他：8、您认为在标志牌上什么信息对您找路帮助更大？路名信息地名信息路名为主地名为辅地名为主路名为辅69 基于可用性的交通标志设计方法附录2表2交叉路口调查问卷设计基本信息请您根据真实情况在相应选项后打√，感谢您的配合！性别男□女□年龄20以下□20-30□30-40□40以上□文化程度本科以上□大专□中专□中专以下□职业工人□干部□农民□自由职业□学生□驾龄5年以下□5-15年□15年以上□出行目的工作出差□探亲访友□旅游度假□1、您是否熟悉这条路上的标志？熟悉不熟悉1、您容易知道接下来要走的道路的名称吗？不容易很容易找不到其他：2、您知道现在所在地的地名吗？知道不知道3、通过什么方式知道？地图标志问人其他：4、您知道下一地点的地名吗？知道不知道5、通过什么方式知道？地图标志问人其他：6、您觉得依靠现在的标志是否容易找到目的地？很容易容易困难找不到7、您希望指路标志提供哪些信息？道路名行车方向道路示意图其他：8、您认为现在的一个指路标志上的信息内容多还是少？太多不全适中其他：9、您认为在标志牌上什么信息对您找路帮助更大？路名信息地名信息路名为主地名为辅地名为主路名为辅70 附录附录3质量屋71 基于可用性的交通标志设计方法72 攻读学位期间发表的学位论文目录攻读学位期间发表的学位论文目录[1]李美佳，杨刚俊，杨春霞等.基于QFD和TRIZ和Taughi的交通标志设计方法.太原科技大学学报，已录用.73