1、 包 装 工 程 第 44 卷 第 6 期 410 PACKAGING ENGINEERING 2023 年 3 月 收稿日期：20221105 基金项目：上海工程技术大学博士单位培育-艺术学院申博学科支撑项目 作者简介：高瞩（1965），男，博士，教授，主要研究方向为交通工具设计形态学及其产业化。基于场景交互理论的智能道路清扫车安全设计研究 高瞩1,2，丁栋1，姜乾喆1，刘昊鑫1（1.上海工程技术大学，上海 201620；2.同济大学 上海国际设计创新研究院，上海 200092）摘要：目的目的 通过“场景交互理论”分析智能道路清扫车作业安全问题，以进行科学、合理的作业安全警示方式创新设计。方
2、法方法 基于场景交互理论内涵，将城市智能清扫语境下的交互场景细分为内部智能场景和外部现实场景；依据现实场景中道路使用者与智能道路清扫车交互关系的特殊性，构建以作业安全设计为目标的场景交互五要素，对主流作业安全警示方式进行分析得出创新方向；基于投影技术进行作业安全警示方式的框架构建和模块的结构设计，完成了作业安全警示图案的尺寸设计、位置设计及图案内容设计的方法构建。结果结果 利用 Lumion 对设计方案进行了 3D 模拟，验证了其合理性。结论结论 基于场景交互五要素设计的投影作业安全警示图案可为道路使用者营造更为安全的道路交通环境。关键词：场景交互理论；智能道路清扫车；作业安全设计；投影警示图
3、案 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)06-0410-10 DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.06.047 Safety Design of Intelligent Road Sweeper Based on Scene Interaction Theory GAO Zhu1,2,DING Dong1,JIANG Qian-zhe1,LIU Hao-xin1(1.Shanghai University of Engineering Science,Shanghai 201620,China;2.Shanghai Inte
4、rnational Institute of Design and Innovation,Tongji University,Shanghai 200092,China)ABSTRACT:The work aims to analyze the operation safety of intelligent road sweepers through the scene interaction theory to carry out scientific and reasonable innovative design on operation safety warning methods.B
5、ased on the con-notation of scene interaction theory,the interaction scene in the context of urban intelligent cleaning was subdivided into internal intelligent scene and external realistic scene.According to the particularity of the interactive relationship between road users and intelligent road s
6、weepers in real scenes,five elements of scene interaction aiming at operation safety de-sign were constructed,and the innovation direction was obtained by analyzing the mainstream operation safety warning methods.Based on the projection technology,the framework construction and module structure desi
7、gn of the operation safety warning mode were carried out,and the size design,location design and pattern content design methods of the op-eration safety warning pattern were completed.The design scheme was simulated by Lumion in 3D and its rationality was verified.The projection operation safety war
8、ning pattern designed based on the five elements of scene interaction can create a safer road traffic environment for road users.KEY WORDS:scene interaction theory;intelligent road sweeper;operation safety design;projection warning pattern 随着国内经济与社会的快速发展，城镇化进程不断加快，2020 年末城镇化率已超 60%，给城市环卫行业带来极大的压力。国家
9、统计局数据表明，为应对多方清扫压力，多年来各级政府不断提高环卫专用车辆保有量。然而随着居民对城市公共卫生要求的提高，需要清扫的场景也更加多样、复杂，迫使传统环卫车辆升级换代，智能道路清扫车也就应运而生。但城市道路的清洁环境充斥着许多不确定性，道路使用者的行为也具有随机性，导致近几年内发生了多起有关道路清扫车的交通安全事故，在很大程度上是由于 第 44 卷 第 6 期 高瞩，等：基于场景交互理论的智能道路清扫车安全设计研究 411 道路清扫车在作业时未能提供有效、及时的安全警示。为增强城市道路智能清扫车的作业安全性，本文将通过对作业安全警示方式的分析，开发基于投影的作业警示方式，增强其作业安全性
10、，以有效保护清洁车自身和其他道路使用者的安全。1 智能道路清扫车与场景交互理论 1.1 智能道路清扫车定义及其分类 智能道路清扫车是依托智能控制系统，借助吸盘、刷头对地面污水、垃圾进行清洁、清运、回收处理的环卫设备1，被广泛应用于市区道路、工业厂区、机场车站、码头港口、物业小区等场所。从除污方式角度对其进行分类，可以分为干式道路清扫车、湿式道路清扫车和干湿两用道路清扫车，且干式清扫车和湿式清扫车具有不同的特点，见表 1。本文主要对适用于各级城市道路与内部道路的无人智能道路清扫车进行安全设计探索，以期提出一种无人作业的智能道路清扫车安全警示方式，以保障行车、行人的道路安全。1.2 场景交互理论在
11、城市智能清扫语境下的延伸 场景交互理论是场景理论和交互理论的交叉衍生体2，既是场景理论在交互设计中的实践和应用，也是以交互设计原理为基础的细化和衍生，主要研究特定场景中人的行为，并以此对用户产品提出新的交互设计模式。在既往的研究中，学者倾向于按照场景结构对场景进行分类，但无论怎样划分，场景中人与产品的交互始终是一种主动发生的行为，即客观场景激发了用户需求，用户为达到特定目标，从而对产品建立使用场景。事实上，在场景交互研究中人的参与并非一直处于主导地位，人与产品之间的联系也并非都是直接建立的。在城市智能无人清扫的语境下，智能道路清扫车取代了以往环卫工人的角色，在清扫能力、清扫效率和作业安全等方面
12、进行了诸多提升，但同时交互场景也变得更加复合与细化，如无人驾驶技术的植入增加了清扫车的内部智能交互场景。复合了多重传感技术的智能场景主要由导航场景、行走场景、识别场景和作业场景构成。传统导航场景依赖于 SLAM 地图的绘制、路径规划和运动控制，现在深度学习成为无人驾驶领域自主定位导航的新方式；行走场景包括循迹场景和避障场景，循迹场景下的智能清扫车所触发的行为包括自动唤醒、正常行进、自动泊车，避障场景下的行为包括停止、绕行和急停；识别场景一般由激光雷达和计算机视觉辅助搭建而成，包括距离识别、表 1 干式、湿式道路清扫车作业详情 Tab.1 Dry type,wet type road-sweep
13、er operation details 分类 作业方式及示例 作业原理 适应性 优点 缺点 纯扫式 一组刷盘或其他机械装置通过旋转将道路垃圾扫至道路两侧或垃圾箱 市区街道 大颗粒垃圾较多的场合 结构简单 噪音低 易产生扬尘 小颗粒垃圾控制较差 吸扫式 刷盘或其他作业装置通过旋转将路面垃圾扫至吸盘前面，通过风道负压将垃圾吸入 较广 效率高 适应性广 易产生扬尘 盘刷易磨损 干式清扫 纯吸式 利用风道负压吸入灰尘及垃圾 高架、矿区等以粉尘垃圾为主的区域 吸尘范围广 效率高 维护方便 能耗较大 无法清扫潮湿路面 操作简单 湿式清扫 冲吸式 通过一组高压喷水设备将路面垃圾冲至吸盘前面，然后将污水与垃
14、圾吸入垃圾箱 路面污渍较多的区域 无扬尘 路面污渍清扫力强 冬季易失效 污水吸不净 作业续航短 水资源匮乏区域无法用 412 包 装 工 程 2023 年 3 月 信号识别和图像识别三种主要类型；作业场景可分为垃圾清扫场景和垃圾处理场景。在内部智能场景中，用户的概念开始变得模糊。从任务执行的角度来说，用户从清扫车的驾驶员转变为云端在线操作人员，依靠车体搭载的 5G 远程驾驶技术，通过驾驶指控中心调度台对外部运行的无人驾驶消扫车进行远程监控与车辆控制3。用户与车辆的直接交互行为消失不见，场景交互的核心发生了迁移，人的参与则从主导地位退为从属地位。除上述内部智能场景外，智能道路清扫车与周围环境的交
15、互行为构筑了外部的现实场景。在现实场景中，道路使用者成为场景交互设计的核心，其与智能道路清扫车进行交互的条件往往是双方处于同一车道，并因不同的道路通行需求产生多样的交互行为。中华人民共和国道路交通安全法第五十四条规定：洒水车、清扫车等机动车应当按照安全作业标准作业；在不影响其他车辆通行的情况下，可以不受车辆分道行驶的限制。由此，根据不同车道的道路使用者，现实场景可细分为三种交互场景：第一种是驾驶人员与智能道路清扫车的交互场景；第二种是骑行人员与智能道路清扫车的交互场景；第三种是行人与智能道路清扫车的交互场景。1.3 以作业安全设计为目标的智能道路清扫车场景交互核心要素 在现实场景中，作业安全构
16、筑了智能道路清扫车与道路使用者之间的问题场景。由于城市环卫行业的特殊性，无人驾驶技术应用于道路清洁车，可以有效解决工人凌晨工作、作业不安全的问题，但也因其“24小时均可工作”的特征，更需要提供较强的作业安全警示，在特殊时间段对其他的道路使用者进行提醒。为解决正常作业场景下可能与道路使用者发生的系列交互问题，需提出以安全设计为目标的智能道路清扫车场景交互核心要素。2015 年，辛向阳4在交互设计：从物理逻辑到行为逻辑一文中，提出传统设计可理解为对“物”的创造，在交互设计中“物”成为了研究人类行为的工具或媒介，认为“人、动作、工具或媒介、目的和场景”是交互设计的核心五要素，这里的人特指产品用户。而道路使用者与智能道路清扫车之间不是“使用”与“被使用”的关系，对道路使用者而言，与之直接发生交互动作的产品是汽车、电瓶车、自行车等载运工具；对智能道路清扫车而言，其全部作业行为由智能终端操控，不存在用户概念。因此，两者交互行为的出现以双方目标场景的交集为背景，即智能道路清扫车介入了道路使用者的通行场景，或道路使用者介入了智能道路清扫车的作业场景，在这两类场景下的智能道路清扫车作业安全警示问题是本文
