摘要：陆空两用座舱是未来智能出行的重要方向，其交互界面设计需满足用户对安全性、效率、体验的多重需求。本文通过问卷调查、用户访谈和实地调研，系统梳理了陆空两用座舱的信息架构与功能模块。基于调研结果研究设计并迭代。在可用性测试中，发现并优化了界面易学性、直观性等问题。本文研究为陆空两用座舱的交互界面设计提供了初步指导，旨在推动其在智能交通领域的应用与普及。

关键词：界面设计；可用性；情感化设计；陆空两用座舱

引言

城市空中交通（Urban Air Mobility， UAM）指的是在城市或近郊区域，通过高自动化飞行器实现低空客货运输等空中交通服务。作为缓解城市交通压力的一种低空飞行方案，UAM具有广阔的市场前景，摩根士丹利预测，到2030年，全球UAM的可触达市场将超过550亿美元，到2040年和2050年，全球UAM市场规模预计将分别达到1万亿美元和9万亿美元。

电动垂直起降飞行器（Electric Vertical Takeoff and Landing，eVTOL）相较传统飞行器，具有绿色环保、低噪音、体积小巧以及更高的飞行与停放自由度等优点，是未来UAM市场的主流选择。飞行汽车在此基础上具备空中飞行与地面行驶的双重能力，用户可在飞行与驾驶模式间便捷切换。如奥迪、吉利、小鹏等，已推出自己的分体式或折叠式飞行汽车概念。然而，研究主要集中在产品设计，而人机交互界面缺乏深入研究。

与汽车相比，飞行汽车的复合功能使其在信息内容上更复杂。由于普通用户对飞行汽车的不熟悉以及空中环境的特殊性，容易产生安全顾虑。另外，在成熟的UAM系统中，远程驾驶与自动驾驶的支持将成为常态，与汽车自动驾驶类似，用户的信任问题将成为亟待解决的挑战。因此，研究陆空两用座舱的界面可用性，对于提升用户信任和接受度具有重要意义。

本研究旨在探索陆空两用座舱人机交互界面的可用性，结合情感化设计的方法设计座舱的交互界面，使功能和信息对用户可用，提高座舱界面的整体可用性。

首先，本研究回顾了UAM的发展以及人机交互领域的可用性研究与情感化设计研究。通过实地调研、用户调研等方式，确定陆空两用座舱中的功能与信息范围，并构建一套基于用户的界面设计，通过可用性测试验证。接着，采用原型迭代的方法，不断优化界面设计方案。通过多次迭代，逐步完善界面布局、图标设计、色彩搭配等细节。最后，为了验证界面设计的可用性，本文展开可用性测试，并主要包括用户试用、任务完成时间记录、用户满意度调查等多个环节。通过收集和分析测试数据，评估用户在使用界面时的操作效率、错误率以及主观感受，从而进一步指导了界面的优化设计，旨在通过界面设计激发用户的积极情感，提高用户的使用体验。

一、文献综述

（一）城市空中交通

UAM作为一种新兴的空中运输模式，利用安静且高效的有人驾驶与无人驾驶飞行器，提供按需或预定的服务，包括紧急医疗转运、救援行动、新闻采集、地面交通流量监测、包裹配送以及乘客运输等[1]，用于解决城市人口密集、交通拥堵和污染等问题。

在UAM的运营模式中，旅程的初段通常采用自动驾驶汽车，从起点驱车前往垂直起降点。随后，乘客将在垂直起降机场转换至飞行座舱，飞行至目的地的停机坪，再乘车前往最终目的地[2]。对于飞行汽车，乘客将在同一座舱内完成陆地与空中的模式转换。因此，座舱的交互界面需要兼顾汽车与飞行操作需求。

UAM的公众接受度也是相关研究中的重要议题。Yedavalli等人[3]提出，飞行器产生的噪音类型、噪音量以及飞行的时间和高度都会直接影响公众的接受度。Balazi等人[4]进一步表明，安全性、行程持续时间和旅行成本是影响用户接受度的关键因素，社会人口学特征也在一定程度上决定了用户的选择偏好。Hadded等人[5]提出了一套UAM评估框架，指出安全性是影响公众接受度的最重要因素，其后是成本、旅行时长与服务质量。这些研究为提高用户对城市空中交通的接受度提供了重要的理论支持与实践启示。

总体来看，UAM在应用、运营模式、服务形式及公众接受度等方面已有诸多研究，但在座舱内部的人机交互界面可用性研究方面仍存在空白。因此，如何设计高效、可用、用户友好的座舱人机交互界面，成为推动UAM技术广泛应用的重要课题。

（二）可用性

可用性是人机交互领域的核心研究主题之一。根据ISO/IEC 9126-1标准，可用性与产品的可理解性、可学习性、易用性和吸引力密切相关。在以往的研究中，可用性已被广泛证明与用户的信任度和接受度存在显著关联[6，7]。用户体验与界面可用性之间存在着密切的联系：高可用性的界面能够减少用户的认知负荷，提升任务完成效率，从而增强用户的正面情感和满意度，优化整体的用户体验。现有的智能汽车交互设计的可用性准则通常涵盖以下几个关键要素：

人类认知负荷：系统的易用性与用户的认知工作量密切相关。认知负荷是指用户在处理信息、做出决策和执行操作时所需的心理资源和注意力。鉴于人类认知能力的有限性，界面设计应充分考虑用户在执行多任务时的认知负荷。这包括避免信息超载，即提供的信息量不应超过用户的处理能力；同时，也要避免操作复杂性过高，确保用户能够轻松理解和执行各项操作。

注意力：基于注意力的自适应人机交互界面已被证明能提升系统的易用性。这种界面能够识别并响应用户的注意力变化，从而调整信息的呈现方式和操作的复杂性。通过优化界面布局、颜色对比、动画效果等手段，可以有效提高用户的集中度和信息处理效率。这不仅有助于提升系统的整体易用性，还能增强用户的满意度和信任感。

易理解和预测性：界面应根据用户的行为模式和偏好进行个性化设计，提供适应性强且具有预测性的交互体验。这意味着界面元素和操作流程应符合用户的直觉和期望，使用户能够轻松理解和预测系统的行为。通过用户研究和原型测试等手段，可以不断优化界面设计，使其更加符合用户的需求和偏好。

普遍可接受的图标和符号：界面中应使用易于理解的符号和图标，以减少用户对文本信息的记忆和解释负担。选择具有普遍认知度和一致性的图标和符号可以确保不同用户群体都能轻松理解其含义。同时，通过合理的排版和布局设计，可以进一步提高图标的可读性和辨识度。

明确和一致的反馈：系统应提供明确且一致的反馈机制，以确保用户能够准确理解其操作带来的后果。反馈可以是视觉上的（如颜色变化、动画效果等）、听觉上的（如声音提示）或触觉上的（如震动反馈）。通过提供及时、准确和一致的反馈，可以增强用户的掌控感和信任度，从而提高系统的整体可用性。

在随后的座舱界面设计中，以上准则应当被充分考虑，以最大限度地提升可用性，从而提升用户信任度和接受度，帮助用户更好地接收陆空两用共享出行服务。

（三）情感化设计

情感化设计在人机交互界面中扮演着至关重要的角色，它不仅关注产品的功能性，还深入探讨产品如何与用户产生情感共鸣，以创造出令人愉悦的使用体验。

在情感化设计的研究现状及发展趋势中，学者们提出了几个关键的理论框架。Desmet开发出非口述情感测量工具，并基于自身的情感系统，阐述了产品是怎样产生情感的。Kansei工程则通过捕捉和解析用户的情感反应，指导设计过程。唐纳德·诺曼在《情感化设计》中提出了情感设计的三个层次：本能层设计、行为层设计和反思层设计，这三个层次为设计师提供了一个全面的框架，以理解和实施情感化设计。

在人机交互界面设计中，情感化设计的应用表现在美观性设计、趣味性设计、功能性设计等方面，这些设计不仅提升了界面的可用性，还增强了用户的情感体验。

综上所述，情感化设计在人机交互界面设计与可用性研究中占据了核心地位。情感化设计通过满足用户的情感需求，增强了人机互动质量，提升了整体的用户体验。这种以用户为中心的设计方法能够提高产品的可用性，能让用户投入更多的注意力和耐心来克服操作上的困难。

二、基于情感化设计的虚拟机长设计策略

情感化设计在提升界面可用性和用户体验的方面具有重大作用，因此，将情感化设计引入陆空两用座舱的界面设计中，帮助用户用户克服对飞行汽车的不熟悉以及对于空中环境的恐惧心理。

基于此，在座舱界面设计中引入了“虚拟机长”的概念，虚拟机长可在常显的小机器人和模拟真实机组人员两种形态中切换，在不同的情况下切换形态帮助用户。创造亲切、可用的交互体验，在用户与座舱之间建立起情感连接。对于虚拟机长的设计也遵循了唐纳德·诺曼提出的三个层次，从感官体验、操作体验到引发用户深层的情感共鸣。

在本能层次上，虚拟机长采用了亲切的面孔和声音，使用户能够迅速建立起对座舱的信任感。这种信任感能让用户愿意与座舱进行互动，这也是提升座舱可用性的关键因素。

在行为层次上，虚拟机长能够根据用户的驾驶行为和座舱环境，提供实时的反馈和建议，从而提高用户的驾驶体验和感知安全性。帮助用户更快地熟悉座舱的界面与操作。

在反思层次上，虚拟机长考虑了用户的个性化需求和长期情感。通过记录和学习用户的偏好，虚拟机长提供更加个性化的服务，使用户在使用座舱的过程中感受到被理解和尊重。

三、设计调研

（一）实地调研

为了全面了解空侧座舱的功能与信息，研究团队在飞行体验馆体验空客A320模拟飞行。过程中，研究人员模拟了包括起飞、自动驾驶启动/关闭、高度爬升、飞行姿态调整及航线信息切换等操作。

随后，研究人员访谈了飞行体验馆的工作人员（前民航飞行员），进一步了解自动飞行控制系统的组成、飞行器按键设计等方面的细节。例如，系统关键的显示屏和系统部件会有双重备份，在某一屏幕损坏时，用户可以继续查看信息内容，提升系统的可靠性与安全性，减少系统故障时的操作难度。

研究团队借鉴了飞行器系统的双重备份设计，设计了警告屏单独归类紧急信息并突出展示。不仅提供了信息备份，还能帮助用户迅速定位和识别紧急情况，提高系统的可用性和应急响应速度。

（二）用户调研

通过问卷调研和深度访谈，研究团队能够了解用户对陆空两用座舱出行模式的看法与需求，识别设计潜在机会点。

调研开始前，研究人员介绍了服务流程和虚拟机长功能。服务流程大致分为以下阶段：（1）在出发点下单出行服务；（2）乘坐陆空两用座舱行驶至垂直起降机场；（3）座舱模式切换；（4）在机场起飞；（5）飞行至目的地附近的垂直起降机场（6）再次进行模式切换（7）行驶至目的地。

主要针对以下问题展开调研：

Q1：用户人口统计学信息。

Q2：在陆空两用共享出行服务中，用户最关注的内容是什么？

Q3：在乘坐陆空两用座舱时，哪些环节可能影响用户的安全感？为什么？

Q4：对于虚拟机长服务，用户有哪些期望。

1.调研结果

问卷调研共收集有效问卷37份，男女比例约为1：3，受访者的年龄主要集中在18至25岁之间。分析结果后，总结出如下结论：

用户最关心服务的安全性，其次是价格与出行效率，最后是出行体验。这一点在深度访谈中得到了验证：“首先，安全性必须得到保障，其次，飞行路线与高度的规划应该更加高效。”

服务的不同阶段，用户的安全感差异明显。起飞和降落时用户不安全感最强，其次是模式切换，接近目的地时用户的安全感逐渐增强。

安全感需求的调研显示，用户对技术安全的需求最迫切，其次是安全检查的展示。大部分用户对自动驾驶或远程驾驶模式的接受度较高。此外，约43.24%的用户认为物理按键的危险报警按钮能够提升安全感。在随后的深度访谈中，用户对提升安全感的信息表达了明确需求，以下是他们希望看到的模块：

座舱监控模块：显示电量状态、飞行高度、载具运行状态、设备维护情况、座舱硬件检查（如车门启闭情况、安全带解开情况）等；

导航模块：提供与目的地的距离、剩余行程时间、行驶路线及天气状况等；

自动驾驶模块：明确显示当前驾驶模式（自动驾驶、手动驾驶、远程驾驶等）；

安全模块：包括紧急求生设备位置、模式切换后的安全检测结果、应急求助按钮等。

另外，用户对于虚拟机长服务有明确期望。几乎所有受访者都认为常显虚拟机长可以显著提升安全感。结果还表明，用户最青睐全息投影数字形象，其次是中控屏、仪表盘以及台面上的车载机器人。

2.设计策略

基于调研结果，研究团队提出了以下设计策略，以提高用户接受度与界面可用性：

提升安全感：设计中应重点关注如何提升用户的安全感，尤其是在模式切换、起飞和降落等关键环节。

信息展示内容：加强技术安全科普、提供实时安全提示、展示更多环境和座舱状态信息，提高用户对技术安全的感知。

信息透明度：在呈现方式上，应提升信息透明度。使用户易于感知、理解信息。

虚拟机长：将提供两种虚拟机长服务。在日常情况下，提供中控屏上的常显车载机器人，为用户提供问题答疑、情感陪伴等。在紧急状态或用户主动唤醒的情况下，将切换成全息投影的模拟真人机组成员的形象，指导用户操作。

四、设计方案及可用性测试

（一）信息架构

警告屏作为应急信息显示区，专门用于展示紧急情况、异常状态等的关键信息。仪表盘作为座舱的核心显示区域，主要展示飞行和驾驶的关键数据，帮助用户实时监控座舱的运行状态。中控屏用于显示与导航、服务、互动相关的信息，并提供与虚拟机长的交互界面，它是用户与座舱系统交互的主要入口。

（二）原型及可用性测试

1.测试原型

研究人员为警告屏、仪表盘和中控屏绘制了测试原型，用于随后的可用性测试中。部分界面如图：

2.可用性测试

参与人员：我们邀请了6名具有车辆驾驶经验被试参与可用性测试实验，男女比例1：1，平均年龄23岁。

实验装置：测试使用电脑模拟中控屏与仪表屏，通过电脑展示低保真原型，被试拖动鼠标来示意行动轨迹。此外，还配备了座舱操作杆模拟器、用于模拟警告屏的纸上原型以及一名扮演虚拟机长的演员。其他实验设备包括访谈录音设备、摄像机等。

实验设计：实验任务分两种，一般任务旨在测试用户与座舱界面交互的基本能力，紧急任务则模拟紧急状态下用户的操作。任务完成后，填写用于评估系统可用性的可用性测试量表（The system usability scale， SUS），用以量化评估界面的可用性。具体的任务如下：

一般任务1：观察中控屏读取导航界面的信息。读取本趟旅程的相关信息，包括起始点、时间、剩余距离等。读取周边信息，包括附近站点、备降点等。

一般任务2：自由探索界面原型，并表达对界面的看法。

紧急任务：危险报警信息出现时，被试需要联系“虚拟机长”，并在机长提示下操作飞机摆脱危险。

实验流程：在实验开始前，研究者将所有设备（电脑、操作杆、纸上原型等）按预设位置布置，随后，向被试解释实验目的，并提供简单的培训。实验开始后，被试依次完成任务。实验全程录音录像，操作行为以录屏形式记录。实验结束后，研究人员对被试进行访谈。

3.结果分析

所有被试均成功完成任务，初步验证了界面可用性。

SUS可用性量表数据中，总体可用性维度的平均得分为59.17，可用性评级为OK，说明系统达到了初步可用性目标。易学性维度平均得分为35.4，反映出用户在初次接触时仍需较多时间适应和学习。

在分析测试过程的录像时发现，三分之二的用户在读取信息时出现迟疑、错误或遗漏。尤其是飞行器状态指示灯和导航信息展示部分。

在用户访谈中，我们收到了如下反馈：“高度层的信息不应当用圆盘来象征”、“鸟瞰图的航线展示很难看懂”、“可以在座舱设置中加动画演示、语音说明或是文字说明来辅助我理解”。这些建议反映了用户理解界面的需求。“运动状态分类得太细致了，我只需要一个全局的自动驾驶设置，当我需要时再详细设置就好了”。这部分建议反映了用户对简洁性和认知负荷的要求。

综上所述，本研究通过系统的文献综述、设计调研、原型设计及可用性测试，对陆空两用座舱的人机交互界面设计进行了全面探索。调研结果揭示了用户对安全性、信息透明度以及情感化设计的强烈需求，特别是在模式切换、起飞和降落等关键环节中，用户对安全感的需求尤为突出。基于此，研究团队引入了“虚拟机长”的概念，旨在通过情感化设计增强用户与座舱之间的情感连接，提升用户的信任度和接受度。并且在原型设计及可用性测试中，研究团队构建了包含警告屏、仪表盘和中控屏的信息架构，并绘制了相应的测试原型。通过邀请具有车辆驾驶经验的被试参与测试，收集并分析了用户的行为数据和反馈意见。结果显示，界面在整体可用性方面达到了初步目标，但在易学性和信息理解方面仍有待优化。

针对测试中发现的问题，研究团队提出了具体的改进建议，如优化界面元素的设计、增加动画演示和语音说明等辅助手段，以及简化运动状态分类等。这些建议将为后续的界面迭代设计提供有力支持。本研究不仅为陆空两用座舱的交互界面设计提供了初步指导，也为推动其在智能交通领域的应用与普及奠定了坚实基础。在未来，研究人员总结出以下的改进措施，可用于后续的界面界面中迭代：

直观化：使用更贴近用户认知的线性或文字式展示。

信息简化：在鸟瞰图中增加关键路径标注与简洁的文字说明。

增强易学性：在界面中提供交互式的动画演示，分步骤讲解飞行器的各个状态功能。

增强可理解性：放大字体，增加界面颜色的对比度等。使用更具语义明确性的图标或通过文字说明来辅助图标，增强信息传达的清晰度。

增强主动性：紧急情况下，系统主动检测异常并发出警告。紧急报警按钮在按钮大小、颜色等方面做明显变化，以吸引用户注意并确保其及时反应。

五、结语

研究围绕陆空两用座舱的人机交互界面设计与可用性研究，通过深入调研、原型迭代与可用性测试，提出了符合用户需求与体验的设计方案。

本研究仍存在一些局限性。首先被试基本集中在25岁以下，且多数受过高等教育，研究结果存在教育背景、年龄的局限性。测试主要基于用户的自报告和行为录像，缺乏生理数据支持，可能难以准确捕获用户的心理负荷。建议在后续研究中扩大被试样本规模，同时引入眼动追踪、脑电或皮肤电等客观数据采集工具，更全面分析用户的注意力分布和情绪状态。并且，本研究在认识到当前研究局限性并展望陆空两用出行服务的未来发展时，得出尽管本次研究通过精心设计的调研与测试流程，已初步探索出符合特定用户群体的座舱人机交互界面设计方案，但要确保这一设计能够广泛适用于不同年龄层、教育背景及社会群体的用户，还需更加细致入微地洞察其真实需求与体验反馈。因此，引入更为先进的生理数据采集技术，如眼动追踪、脑电或皮肤电等，不仅能够弥补当前研究在数据维度上的不足，还能帮助我们更科学地评估用户在使用过程中的认知负荷、情感波动等深层次体验指标，从而为陆空两用座舱人机交互界面的优化设计提供更加全面、精准的支撑。在此背景下，对座舱内交互界面的持续可用性研究，无疑将成为推动陆空两用出行服务迈向更高水平的关键力量。因此，陆空两用出行服务已在逐步建设，在未来将彻底改变人们出行的方式，对座舱内交互界面的可用性研究将提升用户体验，进一步推动陆空两用出行服务的发展。

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姓名：杨洁琪，出生日期：2000.08.07，性别：女，籍贯：广东省揭阳市，民族：汉族，最高学历：硕士研究生，研究方向：人机交互