期末學(xué)習(xí)報告安全人機(jī)工程學(xué)學(xué)習(xí)報告

1、西南交通大學(xué)課程學(xué)習(xí)報告 第頁安全人機(jī)工程學(xué)學(xué)習(xí)報告摘要：本學(xué)期的安全人機(jī)工程學(xué)的學(xué)習(xí)，給了我極大的感觸和沖擊，在馬老師的啟發(fā)式的耐心教導(dǎo)下，我對安全人機(jī)工程方面的研究方向也有了一定認(rèn)識，可以說，本課程的開展和學(xué)習(xí)具有重要意義。下面，我就安全人機(jī)工程學(xué)簡介、安全人機(jī)工程研究內(nèi)容、安全人機(jī)工程研究方法以及我比較感興趣的幾個安全人機(jī)工程學(xué)研究課題這幾方面來介紹我在課程中的收獲和感悟。1 引言人機(jī)工程學(xué)是以人的生理、心理特性為依據(jù)，應(yīng)用系統(tǒng)工程的觀點，分析研究人與產(chǎn)品、人與環(huán)境以及產(chǎn)品與環(huán)境之間的相互作用，為設(shè)計操作簡便省力、安全、舒適，人-機(jī)-環(huán)境的配合達(dá)到最佳狀態(tài)的工程系統(tǒng)提供理論和方法的學(xué)科。

2、它研究的對象是產(chǎn)品設(shè)計中與人有關(guān)的問題，將人的需求和能力置于設(shè)計技術(shù)體系的核心位置。目的是為產(chǎn)品、系統(tǒng)和環(huán)境的設(shè)計提供與人相關(guān)的科學(xué)數(shù)據(jù)。追求實現(xiàn)人類和技術(shù)完美和諧融合的目標(biāo)。人機(jī)學(xué)的研究范圍很廣，涉及的學(xué)科領(lǐng)域很多，是一門多學(xué)科相互滲透的交叉性學(xué)科。從人機(jī)工程的研究對象來看，其可以分為宏觀人機(jī)工程學(xué)（從系統(tǒng)科學(xué)和心理學(xué)發(fā)展而來，主要研究工作中，人和系統(tǒng)的集體表現(xiàn)與行為特征）和微觀人機(jī)工程學(xué)（研究工作個體的特征，主要研究工具、工作區(qū)域規(guī)劃、人的能力、作業(yè)環(huán)境等），二者相互依存，沒有明確的界限。人機(jī)工程在交通方面的應(yīng)用與發(fā)展，主要有：駕駛員座椅設(shè)計、駕駛室設(shè)計、照明設(shè)置、道路交通標(biāo)志標(biāo)線的設(shè)計、

3、路側(cè)安全設(shè)施的設(shè)置等等。下面我就人機(jī)工程學(xué)在道路交通方面的應(yīng)用展開討論。2 研究內(nèi)容人機(jī)學(xué)研究的主要內(nèi)容就是“人機(jī)環(huán)境”系統(tǒng)，簡稱人機(jī)系統(tǒng)(Man-machine system)。構(gòu)成人機(jī)系統(tǒng)“三大要素”的人、機(jī)、環(huán)境，可看成是人機(jī)系統(tǒng)中三個相對獨立的子系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)學(xué)第一定律知道：系統(tǒng)的整體屬性不等于部分屬性之和，其具體狀況取決于系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)同作用程度。因此，對于人機(jī)系統(tǒng)的研究，不但要研究人、機(jī)、環(huán)各子系統(tǒng)的相關(guān)屬性，還要研究人-機(jī)-環(huán)系統(tǒng)之間的相互關(guān)系，對于交通運(yùn)輸系統(tǒng)而言，人機(jī)環(huán)系統(tǒng)的相互關(guān)系主要是管理，人機(jī)學(xué)研究的主要內(nèi)容歸納為四個方面：“人的因素”研究、“機(jī)的因素”研

4、究、“環(huán)境因素”研究、“交叉因素”研究。2.1 人的因素人的因素研究主要是為了設(shè)計出適宜人員操作的設(shè)備、交通設(shè)施，協(xié)調(diào)人機(jī)環(huán)系統(tǒng)相互關(guān)系，人的研究包括自然方面和社會方面兩種。在自然方面的研究包括：人體尺寸參數(shù)。主要包括動態(tài)和靜態(tài)情況下人的作業(yè)姿勢及空間活動范圍等，它屬于人體測量學(xué)的研究范疇。這類研究主要應(yīng)用于駕駛員的座椅設(shè)計、儀表儀器設(shè)計、操縱裝置設(shè)計，保障駕駛員即能高效作業(yè)，又不至于過度舒適而產(chǎn)生疲勞。人的機(jī)械力學(xué)參數(shù)。主要包括人的操作力、操作速度和操作頻率，動作的準(zhǔn)確性和耐力極限等，它屬于生物力學(xué)和勞動生理學(xué)的研究范疇。這類研究在道路交通方面主要應(yīng)用于駕駛員操縱裝置的設(shè)計方面，考慮到人的極

5、限操作，確立合理的人機(jī)匹配關(guān)系，使得人員可以舒適、有效地完成駕駛工作，制動裝置的設(shè)置就是充分考慮人員機(jī)械參數(shù)的實例。人的信息傳遞能力。主要包括人對信息的接受、存貯、記憶、傳遞、輸出能力，以及各種感覺通道的生理極限能力，它屬于工程心理學(xué)的研究范疇。在道路交通信號燈、標(biāo)志、標(biāo)線方面對于上述信息應(yīng)用得比較多，如預(yù)警標(biāo)志就是考慮到人員接受、處理信息的能力，提前、連續(xù)地提醒駕駛員注意防范。同時，針對不同作用的標(biāo)志合理選擇標(biāo)志顏色、形狀，也是對于心理學(xué)知識的有效利用。人的可靠性及作業(yè)適應(yīng)性。主要包括人在勞動過程中的心理調(diào)節(jié)能力，心理反射機(jī)制，以及人在正常情況下失誤的可能性和起因，它屬于勞動心理學(xué)和管理心理

6、學(xué)研究的范疇。關(guān)于駕駛員可靠性的研究也是為了識別出引起駕駛員操作不當(dāng)、疲勞、分心等的主要因素，預(yù)防交通事故的發(fā)生。在社會方面的研究包括：人在駕駛過程的駕駛習(xí)慣、安全文化、價值觀念等。目的是為了解決駕駛裝置設(shè)計、道路交通環(huán)境與設(shè)施設(shè)計如何與人的生理、心理特點適應(yīng)，從而才有可能為交通參與者創(chuàng)造安全、舒適、健康、高效的工作條件。人的因素研究涉及學(xué)科很廣，在實際人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)該根據(jù)需求合理選擇參數(shù)，才能保障系統(tǒng)的高效、安全運(yùn)行。2.2 機(jī)的因素操縱控制系統(tǒng)。主要指機(jī)器接受人發(fā)出指令的各種裝置，如操縱桿、方向盤、制動裝置等。這些裝置的設(shè)計及布局必須充分考慮人輸出信息的能力。信息顯示系統(tǒng)。主要指機(jī)器接受

7、人的指令后，向人做出反饋信息的各種顯示裝置，如速度顯示表、轉(zhuǎn)速表等待。無論機(jī)器如何把信息反饋給人，都必須快捷、準(zhǔn)確和清晰，并充分考慮人的各種感覺通道的“容量”。安全保障系統(tǒng)。主要指機(jī)器出現(xiàn)差錯或人出現(xiàn)失誤時的安全保障設(shè)施和裝置。典型的交通系統(tǒng)的人員安全保障就是安全帶和安全氣囊，以人為主要保護(hù)對象，減少交通事故的人員傷亡。2.3 環(huán)境因素 道路交通系統(tǒng)面臨著各種環(huán)境條件，無論行人、駕駛員、乘客都會受到環(huán)境的影響，環(huán)境與交通系統(tǒng)運(yùn)作、安全息息相關(guān)。一般情況下，影響人們作業(yè)的環(huán)境因素主要有以下幾種： 物理環(huán)境。主要有照明、噪聲、溫度、濕度、振動、輻射、粉塵、氣壓、重力、磁場等，在交通方面，我們關(guān)注的

8、比較多的是道路照明設(shè)計、溫度、道路交通的噪聲?；瘜W(xué)環(huán)境。主要指化學(xué)性有毒氣體、粉塵、水質(zhì)以及生物性有害氣體、粉塵、水質(zhì)等。心理環(huán)境。主要指作業(yè)空間(如駕駛室布置，道路景觀等)，美感因素(如車輛的形態(tài)、色彩、裝飾以及功能音樂等)。道路交通環(huán)境景觀的研究是交通運(yùn)輸對心理環(huán)境的考慮范例。此外，還有人際關(guān)系、法律法規(guī)等社會環(huán)境對交通參與者心理狀態(tài)構(gòu)成的影響，也可以稱作交通運(yùn)輸軟環(huán)境。2.4 交叉因素人機(jī)間的配合與分工（也稱人機(jī)功能分配）。應(yīng)全面綜合考慮人與機(jī)的特征及機(jī)能，使之揚(yáng)長避短，合理配合，充分發(fā)揮人機(jī)系統(tǒng)的綜合使用效能。分析可知，人機(jī)合理分工為：凡是笨重的、快速的、精細(xì)的、規(guī)律的、單調(diào)的、高階運(yùn)

9、算的、操作復(fù)雜的工作，適合于機(jī)器承擔(dān)；而對機(jī)器系統(tǒng)的設(shè)計、維修、監(jiān)控、故障處理，以及程序和指令的安排等，則適合于人來承擔(dān)。人機(jī)信息傳遞。人機(jī)信息傳遞是指人通過執(zhí)行器官（手、腳、口等）向機(jī)器發(fā)出指令信息，并通過感覺器官（眼、耳等）接受機(jī)器反饋信息。人機(jī)界面至少有三種，即操縱系統(tǒng)人機(jī)界面、顯示系統(tǒng)人機(jī)界面和環(huán)境系統(tǒng)人機(jī)界面。目的是使人與機(jī)器的信息傳遞達(dá)到最佳，使人機(jī)系統(tǒng)的綜合效能達(dá)到最高。如：駕駛過程，駕駛?cè)藛T踩下加速踏板，車輛通過感知加速踏板的位置提供相應(yīng)的加速度，增加車輛速度，增加后的速度通過駕駛速度儀表盤顯示出來。人的安全防護(hù)。人的作業(yè)過程是由許多因素按一定規(guī)律聯(lián)系在一起的，為了共同的目的而

10、構(gòu)成一個有特定功能的有機(jī)整體。因此，在系統(tǒng)過程中只要出現(xiàn)人機(jī)關(guān)系不協(xié)調(diào)，系統(tǒng)失去控制，就會影響正常作業(yè)，就交通系統(tǒng)而言，這種人機(jī)不協(xié)調(diào)，輕則發(fā)生事故，阻礙交通流正常運(yùn)作，重則車輛損壞，人員傷亡。運(yùn)用間接安全技術(shù)措施，使設(shè)備從結(jié)構(gòu)到布局，均能保證其危險部位不被人體觸及到，避免事故發(fā)生。要求大型貨物運(yùn)輸車輛安裝側(cè)面及后下部防護(hù)裝置，就是交通運(yùn)輸過程安全防護(hù)的典型代表。3 研究方法人機(jī)工程學(xué)的研究廣泛采用了人體科學(xué)和生物科學(xué)等相關(guān)學(xué)科的研究方法和手段，也采用了系統(tǒng)工程、控制論、統(tǒng)計學(xué)等其他學(xué)科的一些研究方法，而且本學(xué)科的研究也建立了一些獨特的新方法，以探討人、機(jī)、環(huán)境要素間復(fù)雜的關(guān)系問題。常用的研究

11、方法有：1）自然觀察法：是研究者通過觀察和記錄自然情景下發(fā)生的現(xiàn)象來認(rèn)識研究對象的一種方法。對操作分析、車流分析、交通景觀分析等都用此法。自然觀察法是在不影響事件的情況下進(jìn)行的有目的、有計劃的科學(xué)觀察。觀察者不參與研究對象的活動，避免對其產(chǎn)生影響，可以保證研究的自然性與真實性。交通方面的自然觀察法一般要借助攝像設(shè)備，如：對于機(jī)車司機(jī)操作觀察，就是利用在機(jī)車司機(jī)作業(yè)過程安置視頻裝置，從中發(fā)現(xiàn)問題。2）實測法：借助儀器設(shè)備進(jìn)行實際測量的方法，對人體靜態(tài)與動態(tài)參數(shù)的測量，對人體生理參數(shù)的測量或?qū)ο到y(tǒng)參數(shù)、作業(yè)參數(shù)的測量等，是研究人的機(jī)械參數(shù)時普遍使用的方法。如為了獲得駕駛員座椅設(shè)計所需參數(shù)，我們需要

12、對不同地域取得駕照的人群進(jìn)行實際測量，經(jīng)過統(tǒng)計處理后，提供人體尺度依據(jù)，同時，為了滿足不同駕駛?cè)巳?，?yīng)將駕駛座位設(shè)計為可調(diào)的。3）實驗法：當(dāng)實測法受到限制時采用的一種方法，一般在實驗室進(jìn)行，但也可以在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行。如為了獲得人對各種不同顯示儀表的認(rèn)讀速度和差錯率的數(shù)據(jù)時，一般在實驗室進(jìn)行。如需了解色彩環(huán)境對人的心理、生理和工作效率的影響的同時，由于需要進(jìn)行長時間和多人次的觀測，才能獲得比較真實的數(shù)據(jù)，通常在作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行實驗。4）模擬和模型試驗法：在現(xiàn)場作業(yè)過程比較復(fù)雜的情況下，在進(jìn)行人機(jī)系統(tǒng)研究時常采用模擬的方法。模擬方法包括各種技術(shù)和裝置的模擬，如操作訓(xùn)練模擬器、機(jī)械模型以及各種人體模型等。

13、通過這類模擬方法可以對系統(tǒng)進(jìn)行逼真的實驗，可以得到更符合實際的數(shù)據(jù)。西南交通大學(xué)仿真實驗室的駕駛模擬器就是典型的模擬工具，該設(shè)備利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，實現(xiàn)對駕駛過程各項參數(shù)的測量與分析。5）數(shù)學(xué)模擬法：數(shù)學(xué)模擬法一般是在掌握一定運(yùn)作規(guī)律的基礎(chǔ)上，建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，模擬系統(tǒng)運(yùn)作的方法，往往不能完全反映系統(tǒng)中生命體的特征，其結(jié)果與實際相比必有一定誤差。相比模擬和模型實驗法，數(shù)學(xué)模擬法成本更低、周期短，考慮到模擬和模型裝置一經(jīng)定型，就很難做修改變動，數(shù)學(xué)模擬法可變性強(qiáng)，可以根據(jù)系統(tǒng)實際建立相應(yīng)模型。為此，一些更為理想而有效的方法逐漸被研究創(chuàng)建并得以推廣，其中的計算機(jī)數(shù)值仿真法已成為人機(jī)工程學(xué)研究的一種現(xiàn)

14、代方法?；谏鐣δＰ偷男腥朔抡孳浖嗀nylogic、交通流仿真軟件VISSIM、火災(zāi)模擬軟件FDS等等都是數(shù)學(xué)模擬的典型代表。6）分析法：分析法是在上述各種方法中獲得了一定的資料和數(shù)據(jù)后采用的一種研究方法。目前，人機(jī)工程學(xué)研究常采用如下幾種分析法：瞬間操作分析法、知覺與運(yùn)動信息分析法、動作負(fù)荷分析法、頻率分析法、危象分析法、相關(guān)分析法、調(diào)查研究法。交通方面用得最多的研究方法是調(diào)查研究法，在對交通設(shè)施滿意評價、交通標(biāo)志辨識度研究、公共交通改進(jìn)意見收集等等方面都會用到調(diào)查研究法，這類方法操作簡單。瞬間操作分析法、知覺與運(yùn)動信息分析法、動作負(fù)荷分析法在人因可靠性分析與裝置設(shè)計驗收過程用得比較多。頻

15、率分析法、危象分析法在交通事故預(yù)測、道路交通事故黑點方面有比較重大的意義。4 安全人機(jī)工程學(xué)的可研究課題結(jié)合專業(yè)實際及馬老師在課堂的點撥，在本學(xué)期的學(xué)習(xí)過程，我找出了幾個我自己比較感興趣的課題，想作為畢業(yè)論文研究，現(xiàn)寫出我的初期想法，希望能得到馬老師的指導(dǎo)和建議。4.1 行人紅燈耐受限問題自從“中國式過馬路”進(jìn)入人們的視野，行人闖紅燈問題逐漸受到人們的關(guān)注，行人闖紅燈，是行人交通違法中最普遍、最明顯、也是數(shù)量最多的一種交通違法行為。這種違法行為不僅對交通違法者本人的人身存在極大的危險，而且有礙保持道路暢通，更是造成交通事故發(fā)生的極大誘因。雖然，部分城市推出了行人闖紅燈罰款、罰站的相關(guān)規(guī)定，但是

16、迫于執(zhí)法人員的數(shù)量限制，無法完全杜絕行人闖紅燈行為。一般來說，一次闖紅燈行為的發(fā)生與紅燈時間、過街距離、交通組織方式、車流量、左右轉(zhuǎn)彎車流量、出行時間緊張度、年齡、人群規(guī)模有關(guān)，全面具體的評估因素可以根據(jù)問卷調(diào)查的方式獲得，現(xiàn)有相關(guān)研究主要是對行人紅燈耐受時間、人群規(guī)模與闖紅燈行為關(guān)系的研究，尚未發(fā)現(xiàn)綜合各項因素對行人闖紅燈行為出現(xiàn)的概率評估。綜上，我覺得針對行人闖紅燈行為的研究可以根據(jù)以下幾步著手研究：1）通過查閱資料、專家問詢、事故分析等方式找出盡可能全面的潛在誘發(fā)行人闖紅燈的因素。2）將上述因素綜合歸納后，根據(jù)簡便、易懂、方便區(qū)分、盡量少使用或不使用專業(yè)詞匯的原則設(shè)計出合理的調(diào)查問卷，確

17、定調(diào)查人群，分發(fā)問卷，收集問卷，整理結(jié)果，找出誘發(fā)人員闖紅燈行為的關(guān)鍵影響因素，依據(jù)因素相關(guān)關(guān)系，建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。3）采用現(xiàn)場觀察或者視頻錄像的手段，獲取實際狀況下，人員闖紅燈行為的主要因素，進(jìn)一步評估貝葉斯網(wǎng)絡(luò)合理性，并確定各因素的先驗概率。4）進(jìn)行因果推理和診斷推理，找出敏感因子，提出相應(yīng)的措施。4.2 視錯覺標(biāo)線的設(shè)計與優(yōu)化隨著公路運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，車速的不斷提高，帶來的交通事故也不斷增加，給人民生命財產(chǎn)帶來了巨大的隱患。分析證明，高速公路事故與機(jī)動車輛超速行駛有著密不可分的聯(lián)系。為了保證駕駛能及時采取措施避免事故，合理設(shè)置限速標(biāo)線提醒駕駛員保持安全速度是十分必要的。常見的減速標(biāo)線有感覺性

18、減速標(biāo)線和視覺性減速標(biāo)線。感覺性減速標(biāo)線主要通過車輛的震動提醒駕駛員注意減速，提示效果較佳，但會破壞車輛的舒適性。視覺性減速標(biāo)線主要通過駕駛員的視覺來傳遞減速信息，主要依靠駕駛員主觀判定，減速效果較佳，不會影響車輛舒適性，但過度使用會使駕駛員疲勞。視覺性減速標(biāo)線有三維立體視錯覺減速標(biāo)線、平面視錯覺減速標(biāo)線、文字提示性減速標(biāo)線三類。在本科階段的課程設(shè)計中，我已經(jīng)對幾種不同減速標(biāo)線的減速效果差異有了一個大致的研究，現(xiàn)已整理成一個小論文（見附錄）。從研究中發(fā)現(xiàn)，幾種常見視覺性減速標(biāo)線中，魚刺箭頭減速標(biāo)線的辨識性好、減速效果最為理想，因而，我考慮在魚刺箭頭標(biāo)線的優(yōu)化設(shè)計上在做進(jìn)一步研究。主要采用人機(jī)工程學(xué)中的模擬和模擬實驗法，采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來獲取標(biāo)線設(shè)計優(yōu)劣。對魚刺箭頭的優(yōu)化研究主要從以下幾個方面進(jìn)行：1）顏色設(shè)置?，F(xiàn)有警告類的標(biāo)示標(biāo)線主要有黃、白、紅三種顏色，魚刺箭頭的顏色優(yōu)化主要研究從這三類顏色的最佳匹配。2）大小設(shè)置。公路交通視錯覺減速標(biāo)線過小，難以引起駕駛員的注意，辨識度低，可辨認(rèn)距離短，而標(biāo)線設(shè)計得過大，又會影響駕駛員對車道狀況的把握，影響駕駛安全。3）標(biāo)線交角設(shè)置。主要研究魚刺箭頭的最佳箭頭角度。對魚刺箭頭設(shè)計的優(yōu)劣評判，現(xiàn)考慮從以下幾個方面入手：1）減速區(qū)段長度