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1、1,2.2 人的生理特性,第二章 人机系统中人的基本特性,一、人的感觉,1、人机系统（见图1）,2、人在系统中的作用,2,第二章 人机系统中人的基本特性,图1 人机系统图,返回,3,把操作者作为人机系统中的一个“环节”来研究，人与外界发生联系的主要是三个子系统，即感觉系统、神经系统、运动系统，如右图所示。,2、人在系统中的作用,4,第二章 人机系统中人的基本特性,3、感觉的基本特征人的各种感觉器都有一定的感受性和感觉阈限。从人的感觉阈限来看，刺激本身必须达到一定强度才能对感受器官发生作用。一种感受器官只能接受一种刺激和识别某一种特征，眼睛只接受光刺激，耳朵只接受声刺激。人的感觉印象80%来自眼
2、睛，14%来自耳朵，6%来自其他器官。同时有多种视觉信息或多种听觉信息，或视觉与听觉信息同时输入时，人们往往倾向于注意一个而忽视其它信息，如果同时输入的是两个强度相同的听觉信息，则对要听的那个信息的辨别能力将下降50%，并且只能辨别最先输入的或是强度较大的信息。感觉器官经过连续刺激一段时间后，敏感性会降低，产生适应现象。,人机系统中的最常用的感觉通道是视觉通道、听觉通道和触觉通道。不同感觉通道的适用场合如下表所示：,6,第二章 人机系统中人的基本特性,4、人的视觉特性（1）人眼的构造 眼球的基本结构（见图3）眼球的水平解剖图（见图4）（2）视觉的基本参数 波长、视角、视力、视距、色觉、视野,7
3、,第二章 人机系统中人的基本特性,图 3 人眼球的基本结构,眼睛是视觉的感受器官，人眼是直径为2125mm的球体，其基本构造与照相机类似。视网膜最外层细胞包括视杆细胞和视锥细胞，它们是接受信息的主要细胞。,8,视觉-成像,返回,9,第二章 人机系统中人的基本特性,图4 眼球的水平解剖图,返回,10,视觉的适宜刺激是光。人的两眼可以感受到的光波只占整个电磁光谱的一小部分，其波长为380780nm。,1）波长,11,视角：确定被看物尺寸范围的两端点光线射入眼球的相交角度。=2arctg(D/2L)式中：视角；D被看物体上两端点的直线距离；L眼睛到被看物体的距离；,2）视角,12,视力：眼睛分辨物体
4、细微结构能力的一个生理尺度，以临界视角的倒数来表示。视力=1/能够分辨的最小物体的视角,3）视力,13,小数：0.1,0.12,0.15,0.2,0.25,0.3,0.4,0.5,0.6,0.8,1.0,1.2,1.5,2.0 对数：4.0,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6,4.7,4.8,4.9,5.0,5.1,5.2,5.3换算公式：L=5+lgV。L：对数视力；V：小数视力 对数视力表是我国缪天荣教授创造的。比较合理的增加了0.10.2之间的视标，所以，视力检查的结果更加科学、准确。,小数（1.0版）与对数（5.0版）视力表对照表：,视角与视力的关系,14,视野：指人的头部
5、和眼球固定不动的情况下，眼睛观看正前方物体时所能看得见的空间范围，常以角度来表示。分水平视野（单视野/双视野）和垂直视野，见图6。视距：指人在操作系统中正常的观察距离。,4）视野、视距,15,图6人的水平视野和垂直视野,16,中央视觉：视维细胞（感色能力强、能清晰分辨物体）。周围视觉：视杆细胞（观察空间范围和正在运动的物体）。双眼视觉和立体视觉：双眼视物时，具有分辨物体深浅、远近等相对位置的能力，形成立体视觉。,5）视觉,17,色觉和色视野,如下图所示。,6）色觉和色视野,18,第二章 人机系统中人的基本特性,（3）常见的几种视觉现象 暗适应与明适应眩光 视错觉,19,定义：人眼对光亮度变化的
6、顺应性。特点：明适应约需要1min就能完全适应;暗适应约需要30min才能完全适应;人在明暗急剧变化的环境中，视力会出现短暂的下降，频繁出现则易导致视觉疲劳。,1)明适应与暗适应,20,暗适应与明适应曲线,6.暗适应和明适应。暗适应与明适应曲线如下图所示。,21,定义视野中有极强的亮度对比时，由光源直射或由光滑表面反射出的刺激或耀眼的强烈光线。主要有害影响：破坏暗适应，产生视觉后像；降低视网膜的照度；减弱被观察物体与背景的对比度；观察物体时出现模糊感觉。,眩光,22,定义 视觉印象与实际物体存在差异的现象。视错觉的类型形状错觉长短、方向、对比、大小、远近和透视等错觉；色彩错觉对比、大小、温度、
7、距离和疲劳等错觉；物体运动错觉,视错觉,23,常见的图形错觉,有几个黑点？,24,柱子是圆的还是方的？,25,那个女人是真实的还是拼图里的？,26,是静的还是动的？,27,看着黑点身体前后移动,28,这是静止的图片，图片与心理压力有关，你的心理压力越大，图片转动越快。美国曾经以此作为犯罪嫌疑人的心理测试，他看到的图片是高速旋转的，而大部分的 儿童看这幅图片是静止的。,测试一下你的心理压力,29,几种常见视觉错误,30,疲劳程度：水平优于垂直。视线变化习惯：左右，上下，顺时针。准确性：水平尺寸和比例的估计更准确。观察情况的优先性：左上右上左下右下。视区内的仪表布置必须考虑这一点。,（4）视觉运动
8、规律,31,设计依据：以双眼视野为设计依据。接受程度：直线轮廓优于曲线轮廓。颜色的易辨认顺序：红、绿、黄、白；颜色相配时的易辨认顺序：,（4）视觉运动规律,测试,黄底黑字、黑底白字、蓝底白字、白底黑字,32,人机工程,人机工程,人机工程,人机工程,33,第二章 人机系统中人的基本特性,5、人的听觉特性（1）人耳构造和听觉过程（前进）（2）听觉特征 1）可听范围人耳能听到的声音频率是2020000Hz；2）可听声音的强度3）听觉的动态范围4）听觉的频率响应5）方向敏感度6）掩蔽效应,前进,34,（1）人耳构造和听觉过程,起主要作用的部位：内耳耳蜗；起辅助作用的部位：外耳、中耳、内耳的其它部分，见
9、下图。,返回,35,声强的单位是 W/m2，即声波的能流密度，即在单位时间内，通过与传播方向相垂直的单位面积上的声波能量。人可听见的最小声音强度（1000HZ）约为：Imin10-12 W/m2人可忍受的最大声音强度（1000HZ）约为：Imin1 W/m2 因此人们耳朵可听得到的最大声音与最小声音的强度比约1012的范围。声强级的单位：分贝(dB)10lg(I/Imin)声强测量：,不同分贝水准声音示例,2）可听声音的强度,返回,36,听觉声强的动态范围=正好可忍受的声强/正好能听见的声强。听阈：在最佳的听闻频率范围内，一个听力正常的人刚刚能听到给定各频率的正弦式纯音的最低声强Imin。如右
10、图。痛阈：对于感受给定各频率的正弦式纯音，开始产生疼痛感的极限声强Imax。与 都与频率有关系，是在某一频率下的听阈值或痛阈值。,听觉范围：由听阈和痛阈两曲线所包围的听觉区，如右图所示。,3）听觉的动态范围,返回,37,人耳能听闻的频率比为：fmin/fmax=1:1000；频率感受的上限随着年龄的增长而逐年连续下降，如右图所示；听觉的频率响应特性对听觉传示装置的设计是很重要的。,4）听觉的频率响应（感受性）,38,老年人听阈曲线,正常人听阈曲线,返回,39,5）方向敏感度（双耳效应）,（2）由于头部的阻挡效应，造成声音频谱的改变。,（1）时差：t=声源到两耳的时间差。人耳可觉察到的声信号入射
11、的最小偏角为3。,原因？,人右耳对各种不同频率纯音进行单耳听闻的方向敏感度如右图所示。,人耳对不同频率、不同方向的声音的感受能力是不一样的,返回,40,掩蔽：一个声音被另一个声音所掩盖的现象。掩蔽效应：一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的效应。（换句话说：就是指环境中的一种声音使得耳朵对另一种声音的敏感度降低的现象。）残余掩蔽（听觉残留）：掩蔽声去掉以后，掩蔽效应并不立即消除的现象。,6）掩蔽效应,返回,41,听觉是仅次于视觉的重要感觉。听觉的适宜刺激是声音，声音的声源是振动的物体。人的听感范围：2020000HZ。听觉通道适用的场合：传递比较简单简短的信息传递要求立即作出快速响应的信
12、息作业情况要求操作者不断走动的场合所处环境不适合使用视觉通道的场合虽适合视觉传递，但视觉通道已过载的场合,（3）听觉刺激及其适用场合,42,（1）嗅 觉（2）味 觉（3）肤 觉触觉（触觉感受器见图5，触觉阈限）温度觉分为冷觉和热觉，以30C为界。痛觉（见图6）,6、人的嗅觉、味觉和肤觉特性,43,嗅觉,嗅觉的感受性较强，环境条件（适宜的温度，清洁的空气）和生理条件（伤风）影响嗅觉的感受性。嗅觉的适应性较快，有一定的选择性。“入芝兰之室,久而不闻其香；入鱼市，久而不闻其臭 人类能辨别的四味为：甜酸苦咸,嗅觉,味觉,44,第二章 人机系统中人的基本特性,图 5 部分触觉感受器,返回,触觉:指尖和舌
13、尖能非常准确的定位。,45,图 6 人的痛、温度和粗略触觉传导通路,痛觉:具有很大的生物学意义，可导致肌体产生一系列保护性反应来回避刺激物，动员人的肌体进行防卫或改变本身的活动来适应新的情况。,46,47,7、本体感觉,本体感觉:人在进行各种操作活动时能同时给出身体及四肢所在位置的信息。感觉躯体的位置、运动及作用力，能告知操作者躯体正在进行的动作及其相对于环境和机器的位置。平衡觉是人对自己头部位置的各种变化及身体平衡状态的感觉。影响平衡觉的因素：酒、年龄、恐惧、突然的运动、紧迫感、不常有的姿势。了解某些现场事故的原因有助于作出全面的合理分析。运动觉是人对自己身体各部位的位置及其运动状态的一种内
14、部感觉。感受四肢和身体不同部分的相对位置。,48,人的神经系统结构,神经系统,中枢神经,周围神经,脊髓,按解剖分,脑神经；脊神经,按功能分,感觉（传入）神经,运动神经（传出）,脑：延髓；脑髓；中脑；间脑；小脑；大脑,躯体运动神经（支配骨骼肌),植物性神经（支配内脏器官）,二、人体的神经系统,前进,49,返回,50,大脑皮质功能定位,1.躯体感觉区，见下图(a)；2.躯体运动区，见下图(b)；3.其他功能区。,51,骨运动的杠杆 关节运动的枢纽 肌肉运动的动力骨的功能和骨杠杆 1.骨的功能；2.骨杠杆，见图1。,三、运动系统的机能及其特征,52,根据支点，力点（动力点）、重点（阻力点）三者不同的
15、位置分布，分为：1）平衡杠杆；2）省力杠杆；3）速度杠杆：用力大，但运动速度快 由等功原理，得之于力则失之于速度，反之亦然。因此，最大的力量与最大的运动范围两者是相矛盾的。,图1,53,2、主要关节的活动范围 关节的活动范围有一定的限度，人体处于舒适时，关节必然处在一定的舒适调节范围内。3、肌体的出力范围 肌体所能发挥的力量大小取决于：1）人体肌肉的生理特征 2）施力的姿势、部位、方式和方向，分别见图2，图3和图4。,54,图2立姿弯臂时的力量分布,55,图3 立姿直臂时的拉力与推力分布,56,图4不同体力下的蹬力,57,第二章 人机系统中人的基本特性,4、人的力学特性,人在日常作业时，最常用的力量是握力、推拉力、蹬力和提拉力。,一般男子的握力相当于自身重力的47%-58%，女子为40%-48%；手做左右运动时，推力大于拉力，最大推力约为392N；手做前后运动时，拉力明显大于推力，瞬时动作的最大拉力可达1078N，连续操作拉力约为294N；在垂直方向，手臂的向下拉力明显大于向上拉力。右腿的最大蹬力平均可达2568N，左腿可达2362N。,
