期末学习报告安全人机工程学学习报告

1、西南交通大学课程学习报告 第页安全人机工程学学习报告摘要：本学期的安全人机工程学的学习，给了我极大的感触和冲击，在马老师的启发式的耐心教导下，我对安全人机工程方面的研究方向也有了一定认识，可以说，本课程的开展和学习具有重要意义。下面，我就安全人机工程学简介、安全人机工程研究内容、安全人机工程研究方法以及我比较感兴趣的几个安全人机工程学研究课题这几方面来介绍我在课程中的收获和感悟。1 引言人机工程学是以人的生理、心理特性为依据，应用系统工程的观点，分析研究人与产品、人与环境以及产品与环境之间的相互作用，为设计操作简便省力、安全、舒适，人-机-环境的配合达到最佳状态的工程系统提供理论和方法的学科。

2、它研究的对象是产品设计中与人有关的问题，将人的需求和能力置于设计技术体系的核心位置。目的是为产品、系统和环境的设计提供与人相关的科学数据。追求实现人类和技术完美和谐融合的目标。人机学的研究范围很广，涉及的学科领域很多，是一门多学科相互渗透的交叉性学科。从人机工程的研究对象来看，其可以分为宏观人机工程学（从系统科学和心理学发展而来，主要研究工作中，人和系统的集体表现与行为特征）和微观人机工程学（研究工作个体的特征，主要研究工具、工作区域规划、人的能力、作业环境等），二者相互依存，没有明确的界限。人机工程在交通方面的应用与发展，主要有：驾驶员座椅设计、驾驶室设计、照明设置、道路交通标志标线的设计、

3、路侧安全设施的设置等等。下面我就人机工程学在道路交通方面的应用展开讨论。2 研究内容人机学研究的主要内容就是“人机环境”系统，简称人机系统(Man-machine system)。构成人机系统“三大要素”的人、机、环境，可看成是人机系统中三个相对独立的子系统。根据系统学第一定律知道：系统的整体属性不等于部分属性之和，其具体状况取决于系统的组织结构及系统内部的协同作用程度。因此，对于人机系统的研究，不但要研究人、机、环各子系统的相关属性，还要研究人-机-环系统之间的相互关系，对于交通运输系统而言，人机环系统的相互关系主要是管理，人机学研究的主要内容归纳为四个方面：“人的因素”研究、“机的因素”研

4、究、“环境因素”研究、“交叉因素”研究。2.1 人的因素人的因素研究主要是为了设计出适宜人员操作的设备、交通设施，协调人机环系统相互关系，人的研究包括自然方面和社会方面两种。在自然方面的研究包括：人体尺寸参数。主要包括动态和静态情况下人的作业姿势及空间活动范围等，它属于人体测量学的研究范畴。这类研究主要应用于驾驶员的座椅设计、仪表仪器设计、操纵装置设计，保障驾驶员即能高效作业，又不至于过度舒适而产生疲劳。人的机械力学参数。主要包括人的操作力、操作速度和操作频率，动作的准确性和耐力极限等，它属于生物力学和劳动生理学的研究范畴。这类研究在道路交通方面主要应用于驾驶员操纵装置的设计方面，考虑到人的极

5、限操作，确立合理的人机匹配关系，使得人员可以舒适、有效地完成驾驶工作，制动装置的设置就是充分考虑人员机械参数的实例。人的信息传递能力。主要包括人对信息的接受、存贮、记忆、传递、输出能力，以及各种感觉通道的生理极限能力，它属于工程心理学的研究范畴。在道路交通信号灯、标志、标线方面对于上述信息应用得比较多，如预警标志就是考虑到人员接受、处理信息的能力，提前、连续地提醒驾驶员注意防范。同时，针对不同作用的标志合理选择标志颜色、形状，也是对于心理学知识的有效利用。人的可靠性及作业适应性。主要包括人在劳动过程中的心理调节能力，心理反射机制，以及人在正常情况下失误的可能性和起因，它属于劳动心理学和管理心理

6、学研究的范畴。关于驾驶员可靠性的研究也是为了识别出引起驾驶员操作不当、疲劳、分心等的主要因素，预防交通事故的发生。在社会方面的研究包括：人在驾驶过程的驾驶习惯、安全文化、价值观念等。目的是为了解决驾驶装置设计、道路交通环境与设施设计如何与人的生理、心理特点适应，从而才有可能为交通参与者创造安全、舒适、健康、高效的工作条件。人的因素研究涉及学科很广，在实际人机系统设计中应该根据需求合理选择参数，才能保障系统的高效、安全运行。2.2 机的因素操纵控制系统。主要指机器接受人发出指令的各种装置，如操纵杆、方向盘、制动装置等。这些装置的设计及布局必须充分考虑人输出信息的能力。信息显示系统。主要指机器接受

7、人的指令后，向人做出反馈信息的各种显示装置，如速度显示表、转速表等待。无论机器如何把信息反馈给人，都必须快捷、准确和清晰，并充分考虑人的各种感觉通道的“容量”。安全保障系统。主要指机器出现差错或人出现失误时的安全保障设施和装置。典型的交通系统的人员安全保障就是安全带和安全气囊，以人为主要保护对象，减少交通事故的人员伤亡。2.3 环境因素 道路交通系统面临着各种环境条件，无论行人、驾驶员、乘客都会受到环境的影响，环境与交通系统运作、安全息息相关。一般情况下，影响人们作业的环境因素主要有以下几种： 物理环境。主要有照明、噪声、温度、湿度、振动、辐射、粉尘、气压、重力、磁场等，在交通方面，我们关注的

8、比较多的是道路照明设计、温度、道路交通的噪声。化学环境。主要指化学性有毒气体、粉尘、水质以及生物性有害气体、粉尘、水质等。心理环境。主要指作业空间(如驾驶室布置，道路景观等)，美感因素(如车辆的形态、色彩、装饰以及功能音乐等)。道路交通环境景观的研究是交通运输对心理环境的考虑范例。此外，还有人际关系、法律法规等社会环境对交通参与者心理状态构成的影响，也可以称作交通运输软环境。2.4 交叉因素人机间的配合与分工（也称人机功能分配）。应全面综合考虑人与机的特征及机能，使之扬长避短，合理配合，充分发挥人机系统的综合使用效能。分析可知，人机合理分工为：凡是笨重的、快速的、精细的、规律的、单调的、高阶运

9、算的、操作复杂的工作，适合于机器承担；而对机器系统的设计、维修、监控、故障处理，以及程序和指令的安排等，则适合于人来承担。人机信息传递。人机信息传递是指人通过执行器官（手、脚、口等）向机器发出指令信息，并通过感觉器官（眼、耳等）接受机器反馈信息。人机界面至少有三种，即操纵系统人机界面、显示系统人机界面和环境系统人机界面。目的是使人与机器的信息传递达到最佳，使人机系统的综合效能达到最高。如：驾驶过程，驾驶人员踩下加速踏板，车辆通过感知加速踏板的位置提供相应的加速度，增加车辆速度，增加后的速度通过驾驶速度仪表盘显示出来。人的安全防护。人的作业过程是由许多因素按一定规律联系在一起的，为了共同的目的而

10、构成一个有特定功能的有机整体。因此，在系统过程中只要出现人机关系不协调，系统失去控制，就会影响正常作业，就交通系统而言，这种人机不协调，轻则发生事故，阻碍交通流正常运作，重则车辆损坏，人员伤亡。运用间接安全技术措施，使设备从结构到布局，均能保证其危险部位不被人体触及到，避免事故发生。要求大型货物运输车辆安装侧面及后下部防护装置，就是交通运输过程安全防护的典型代表。3 研究方法人机工程学的研究广泛采用了人体科学和生物科学等相关学科的研究方法和手段，也采用了系统工程、控制论、统计学等其他学科的一些研究方法，而且本学科的研究也建立了一些独特的新方法，以探讨人、机、环境要素间复杂的关系问题。常用的研究

11、方法有：1）自然观察法：是研究者通过观察和记录自然情景下发生的现象来认识研究对象的一种方法。对操作分析、车流分析、交通景观分析等都用此法。自然观察法是在不影响事件的情况下进行的有目的、有计划的科学观察。观察者不参与研究对象的活动，避免对其产生影响，可以保证研究的自然性与真实性。交通方面的自然观察法一般要借助摄像设备，如：对于机车司机操作观察，就是利用在机车司机作业过程安置视频装置，从中发现问题。2）实测法：借助仪器设备进行实际测量的方法，对人体静态与动态参数的测量，对人体生理参数的测量或对系统参数、作业参数的测量等，是研究人的机械参数时普遍使用的方法。如为了获得驾驶员座椅设计所需参数，我们需要

12、对不同地域取得驾照的人群进行实际测量，经过统计处理后，提供人体尺度依据，同时，为了满足不同驾驶人群，应将驾驶座位设计为可调的。3）实验法：当实测法受到限制时采用的一种方法，一般在实验室进行，但也可以在作业现场进行。如为了获得人对各种不同显示仪表的认读速度和差错率的数据时，一般在实验室进行。如需了解色彩环境对人的心理、生理和工作效率的影响的同时，由于需要进行长时间和多人次的观测，才能获得比较真实的数据，通常在作业现场进行实验。4）模拟和模型试验法：在现场作业过程比较复杂的情况下，在进行人机系统研究时常采用模拟的方法。模拟方法包括各种技术和装置的模拟，如操作训练模拟器、机械模型以及各种人体模型等。

13、通过这类模拟方法可以对系统进行逼真的实验，可以得到更符合实际的数据。西南交通大学仿真实验室的驾驶模拟器就是典型的模拟工具，该设备利用虚拟现实技术，实现对驾驶过程各项参数的测量与分析。5）数学模拟法：数学模拟法一般是在掌握一定运作规律的基础上，建立相应数学模型，模拟系统运作的方法，往往不能完全反映系统中生命体的特征，其结果与实际相比必有一定误差。相比模拟和模型实验法，数学模拟法成本更低、周期短，考虑到模拟和模型装置一经定型，就很难做修改变动，数学模拟法可变性强，可以根据系统实际建立相应模型。为此，一些更为理想而有效的方法逐渐被研究创建并得以推广，其中的计算机数值仿真法已成为人机工程学研究的一种现

14、代方法。基于社会力模型的行人仿真软件Anylogic、交通流仿真软件VISSIM、火灾模拟软件FDS等等都是数学模拟的典型代表。6）分析法：分析法是在上述各种方法中获得了一定的资料和数据后采用的一种研究方法。目前，人机工程学研究常采用如下几种分析法：瞬间操作分析法、知觉与运动信息分析法、动作负荷分析法、频率分析法、危象分析法、相关分析法、调查研究法。交通方面用得最多的研究方法是调查研究法，在对交通设施满意评价、交通标志辨识度研究、公共交通改进意见收集等等方面都会用到调查研究法，这类方法操作简单。瞬间操作分析法、知觉与运动信息分析法、动作负荷分析法在人因可靠性分析与装置设计验收过程用得比较多。频

15、率分析法、危象分析法在交通事故预测、道路交通事故黑点方面有比较重大的意义。4 安全人机工程学的可研究课题结合专业实际及马老师在课堂的点拨，在本学期的学习过程，我找出了几个我自己比较感兴趣的课题，想作为毕业论文研究，现写出我的初期想法，希望能得到马老师的指导和建议。4.1 行人红灯耐受限问题自从“中国式过马路”进入人们的视野，行人闯红灯问题逐渐受到人们的关注，行人闯红灯，是行人交通违法中最普遍、最明显、也是数量最多的一种交通违法行为。这种违法行为不仅对交通违法者本人的人身存在极大的危险，而且有碍保持道路畅通，更是造成交通事故发生的极大诱因。虽然，部分城市推出了行人闯红灯罚款、罚站的相关规定，但是

16、迫于执法人员的数量限制，无法完全杜绝行人闯红灯行为。一般来说，一次闯红灯行为的发生与红灯时间、过街距离、交通组织方式、车流量、左右转弯车流量、出行时间紧张度、年龄、人群规模有关，全面具体的评估因素可以根据问卷调查的方式获得，现有相关研究主要是对行人红灯耐受时间、人群规模与闯红灯行为关系的研究，尚未发现综合各项因素对行人闯红灯行为出现的概率评估。综上，我觉得针对行人闯红灯行为的研究可以根据以下几步着手研究：1）通过查阅资料、专家问询、事故分析等方式找出尽可能全面的潜在诱发行人闯红灯的因素。2）将上述因素综合归纳后，根据简便、易懂、方便区分、尽量少使用或不使用专业词汇的原则设计出合理的调查问卷，确

17、定调查人群，分发问卷，收集问卷，整理结果，找出诱发人员闯红灯行为的关键影响因素，依据因素相关关系，建立贝叶斯网络。3）采用现场观察或者视频录像的手段，获取实际状况下，人员闯红灯行为的主要因素，进一步评估贝叶斯网络合理性，并确定各因素的先验概率。4）进行因果推理和诊断推理，找出敏感因子，提出相应的措施。4.2 视错觉标线的设计与优化随着公路运输的快速发展，车速的不断提高，带来的交通事故也不断增加，给人民生命财产带来了巨大的隐患。分析证明，高速公路事故与机动车辆超速行驶有着密不可分的联系。为了保证驾驶能及时采取措施避免事故，合理设置限速标线提醒驾驶员保持安全速度是十分必要的。常见的减速标线有感觉性

18、减速标线和视觉性减速标线。感觉性减速标线主要通过车辆的震动提醒驾驶员注意减速，提示效果较佳，但会破坏车辆的舒适性。视觉性减速标线主要通过驾驶员的视觉来传递减速信息，主要依靠驾驶员主观判定，减速效果较佳，不会影响车辆舒适性，但过度使用会使驾驶员疲劳。视觉性减速标线有三维立体视错觉减速标线、平面视错觉减速标线、文字提示性减速标线三类。在本科阶段的课程设计中，我已经对几种不同减速标线的减速效果差异有了一个大致的研究，现已整理成一个小论文（见附录）。从研究中发现，几种常见视觉性减速标线中，鱼刺箭头减速标线的辨识性好、减速效果最为理想，因而，我考虑在鱼刺箭头标线的优化设计上在做进一步研究。主要采用人机工程学中的模拟和模拟实验法，采用虚拟现实技术来获取标线设计优劣。对鱼刺箭头的优化研究主要从以下几个方面进行：1）颜色设置。现有警告类的标示标线主要有黄、白、红三种颜色，鱼刺箭头的颜色优化主要研究从这三类颜色的最佳匹配。2）大小设置。公路交通视错觉减速标线过小，难以引起驾驶员的注意，辨识度低，可辨认距离短，而标线设计得过大，又会影响驾驶员对车道状况的把握，影响驾驶安全。3）标线交角设置。主要研究鱼刺箭头的最佳箭头角度。对鱼刺箭头设计的优劣评判，现考虑从以下几个方面入手：1）减速区段长度