在可持续交通的背景下,提升公共交通吸引力不仅依靠运营效率,更需关注乘客体验。传统研究方法(如问卷调查)难以捕捉用户实时、无意识的视觉互动。因此,本研究旨在通过眼动追踪技术,客观揭示乘客如何通过视觉与车厢环境互动,以及人口统计学因素(如种族、出行习惯)如何影响这种互动,以指导“以人为中心”的车厢设计。
本研究通过眼动追踪技术结合问卷调研,探究6种车厢设计对乘客视觉注意力的影响,分析人口统计学特征的调节作用,验证 “车厢设计与视觉注意力及人群特征存在交互效应” 的假设。
01. 研究对象筛选
采用严格标准招募304名美国东北部地区参与者,经数据质量筛选后最终纳入273人。
参与者涵盖不同性别、种族、年龄(19-78岁)及教育背景,确保样本多样性。
收集参与者公交使用频率、出行目的、使用时长等信息,为人群差异分析提供依据。
02. 车厢设计方案
设计6种不同车厢内部方案,覆盖现有及未来潜在配置:
•现有版本:美国东北地区区域列车标准设计;
•维护不佳版:座椅磨损、照明不足、空间杂乱的现有版本;
•骑行友好版:设置专用自行车存放区;
•生态友好版本:融入绿植、自然光模拟等自然元素;
•改进版本:优化材料、人体工学座椅、先进照明及简洁标识;
•专注效率版:配备USB充电接口、折叠桌及半私密工作隔断。
03. 眼动追踪数据采集与分析
采用眼动追踪技术,结合问卷收集数据:
•参与者随机观看6种车厢设计图片(每张10秒),平台记录注视次数、首次注视时间(TFF)、首次注视时长(FFD)、静态注视熵(SGE)、注视转换熵(GTE) 等指标;
•采用10×10网格划分兴趣区域(AOI),确保不同设计间分析标准统一;
•通过线性混合效应模型、回归分析等方法,结合人口统计学数据,探究设计与视觉指标的关联。

图一 公共交通用户体验影响因素框架示意图

图二 研究设计与数据收集流程的视觉概要

图三 舱室设计及其定义的感兴趣区域的视觉对比
如图3所示舱室设计及其定义的感兴趣区域的视觉对比。该图展示了研究中使用的六种不同舱室配置,每种配置均设有AOI边界:a当前版本,b维护不佳的当前版本,c骑行友好版,d生态友好版本,e改进版,f专注效率版。
表1 参与者人口统计学特征(N=304)

表2 纳入受试者的人口统计学特征(N=273)

三、
01.视觉注意力行为学结果
•与现有版本相比,升级版、生态友好版、骑行友好版、专注效率版的首次注视时间(TFF)显著更短,静态注视熵(SGE)和注视转换熵(GTE)显著更低,表明乘客能更快定位目标、保持集中注视模式。
•维护不佳版的SGE和GTE显著升高,视线分散,视觉参与度下降;亲生物版和功能化布局设计(专注效率版、骑行友好版)提升了视觉参与度。

图四 六种舱室设计方案的注视模式热力图
图四的可视化结果展示了各配置在定义的AOI(关注区域)内的注视集中度:a当前版本,b维护不佳的当前版本,c骑行友好版,d生态友好版,e改进版,f专注效率版。

图五 不同图像的首次注视时间与时间分布
表3 采用线性混合效应模型比较不同舱室设计的TFF


图六 不同图像间的静态注视熵
表4 所有条件下静息注视熵的线性混合效应模型结果


图七 不同图像间的注视转换熵(GazeTransitionEntropy,GTE)
表5 所有条件下注视转换熵的线性混合效应模型结果

02.人群差异相关结果
•公交使用频率:不常乘坐公交(使用频率≤50%)的参与者,在维护不佳版和生物友好版中FFD显著短于高频使用者,对改进设计的适应更快。
•种族因素:非白人参与者在增强版中表现出更短的FFD,视觉定位速度更快。

图八 不同舱室设计中公共交通使用频率与首次注视时长的分布关系
如图八所示,对比了公共交通使用频率最高的参与者与使用频率约一半或更低的参与者在FFD上的差异,揭示了不同设计中使用群体在早期视觉处理能力上的差异。
表6 公共交通使用频率对‘维护状况不佳的现行版本’FFD影响的回归分析结果

表7 公共交通使用频率对‘生物友好’舱室设计FFD影响的回归分析结果


图九 不同图像的首次注视时长
表8 公共交通使用频率对‘当前版本’中FFD影响的回归分析结果

表9 “增强版”客舱设计中公共交通使用频率对FFD影响的回归分析结果

本研究通过眼动追踪与问卷结合的方法,首次系统证实了车厢设计、视觉注意力与人群特征的关联,具有重要理论与实践意义:
•理论层面:明确了车厢设计中“自然元素”“功能化布局”“维护状况”对视觉注意力的核心影响,丰富了建成环境与人类视觉互动的研究,为公交空间设计的理论模型提供实证支持。
•方法学层面:验证了眼动追踪技术在公共交通环境评估中的适用性,其客观性、实时性为大规模设计优化、效果评估提供了可行工具。
•实践层面:为公交车厢设计提供精准方向,建议优先融入自然元素、优化功能分区、保障环境维护;同时考虑人群差异,实现包容性设计,提升公交使用率,助力城市可持续出行目标。
https://doi.org/10.1038/s44333-025-00064-2
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