技术领域
[0001] 本
发明涉及人体效能检测领域，特别是涉及一种在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统。
背景技术
[0002] 随着技术的发展，出现了
水下
密闭空间、航空密闭空间、地下军事空间、地下民用空间等密闭作业需求。处于密闭环境中，由于环境因素和作业任务负荷会对作业人员的生理和心理产生一定的影响，会导致作业人员人体效能的衰退。
[0003] 现有的实验系统是在开放空间通过主观评价量表的形式判断人体效能，存在的缺点是测试方法主观性较强，得到的人体效能不够准确。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统，通过对多种人体效能测试结果的分析达到更准确确定人体效能的目的。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0006] 一种在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统，包括可控环境因素子系统、人体效能测试子系统以及人体效能监控评估子系统；
[0007] 所述人体效能监控评估子系统分别与所述可控环境因素子系统、所述人体效能测试子系统连接；
[0008] 所述可控环境因素子系统用于为密闭实验舱提供作业人员人体效能实验所需要的环境因素；所述环境因素包括二
氧化
碳浓度、光照强度、光照
色温以及噪声成分；
[0009] 所述人体效能测试子系统用于为密闭实验舱内的作业人员提供作业人员人体效能实验所需要的测试任务；所述测试任务包括多水平航空测试任务、多维度认知测试任务和多状态自我评价任务；
[0010] 所述人体效能监控评估子系统用于监控所述密闭实验舱内的环境因素以及获取作业人员在所述密闭实验舱内执行测试任务时的生理数据和测试任务数据；其中，一个设定测试任务对应在设定环境因素下一组包含生理数据和测试任务数据的第一结果数据；所述测试任务数据包括航空任务绩效数据、认知绩效数据和状态自我评价数据；
[0011] 所述人体效能监控评估子系统还用于根据所述每个设定测试任务对应的第一结果数据，在设定环境因素设定测试任务下对作业人员人体效能进行评估，得到第二结果数据。
[0012] 可选的，还包括人体效能增强调控子系统；
[0013] 所述人体效能增强调控子系统分别与所述可控环境因素子系统、所述人体效能测试子系统、所述人体效能监控评估子系统连接；
[0014] 所述人体效能增强调控子系统用于获取所述人体效能监控评估子系统传输的在设定环境因素设定测试任务下对作业人员人体效能进行评估的第二结果数据，并基于所述第二结果数据调整所述可控环境因素子系统提供的环境因素和所述人体效能测试子系统输出的测试任务负荷。
[0015] 可选的，所述人体效能监控评估子系统包括监控模
块以及与所述监控模块连接的评估模块；
[0016] 所述监控模块包括环境因素监控单元、生理参数获取单元以及测试任务数据获取单元；
[0017] 所述环境因素监控单元用于实时监控所述密闭实验舱内的环境因素；
[0018] 所述生理参数获取单元用于获取佩戴有生理参数检测设备的作业人员在设定环境因素的所述密闭实验舱内执行设定测试任务时的生理数据；所述生理数据包括脑电数据和心电数据；
[0019] 所述测试任务数据获取单元用于获取佩戴有生理参数检测设备的作业人员在设定环境因素的所述密闭实验舱内执行设定测试任务时的测试任务数据；
[0020] 所述评估模块用于根据所述生理数据和所述测试任务数据，评估在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的人体效能。
[0021] 可选的，所述评估模块包括环境因素处理单元、生理
数据处理单元、测试任务数据处理单元以及评估单元；
[0022] 所述环境因素处理单元用于对密闭实验舱内的环境因素进行分析和处理，去除其他环境因素，保留包含二氧化碳浓度、光照强度、光照色温以及噪声成分的环境因素；
[0023] 所述生理数据处理单元用于对所述生理数据进行分析和处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的心率变异性指标和脑电
功率谱特征指标；
[0024] 所述测试任务数据处理单元用于对所述测试任务数据进行分析和处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员任务绩效的平均值和显著值；
[0025] 所述评估单元用于根据所述作业人员的心率变异性指标和脑电功率谱特征指标、以及所述作业人员任务绩效的平均值和显著值，评估在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的人体效能。
[0026] 可选的，所述环境因素处理单元用于采用滤波
算法对密闭实验舱内的环境因素进行分析和处理，去除其他环境因素，保留包含二氧化碳浓度、光照强度、光照色温以及噪声成分的环境因素。
[0027] 可选的，所述生理数据处理单元包括脑电数据处理子单元和心电数据处理子单元；
[0028] 所述脑电数据处理子单元用于采用脑电功率谱特征分析法对所述脑电数据进行处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的脑电功率谱特征指标；
[0029] 所述心电数据处理子单元用于采用时域分析法和频域分析法对所述心电数据进行处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的心率变异性指标。
[0030] 可选的，所述测试任务数据处理单元用于采用单因素重复测量方差分析法对所述测试任务数据进行分析和处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员任务绩效的平均值和显著值。
[0031] 可选的，所述评估单元包括第一评估子单元、第二评估子单元以及第三评估子单元；
[0032] 所述第一评估子单元用于根据所述作业人员的心率变异性指标和脑电功率谱特征指标，确定在设定环境因素设定测试任务下影响作业人员生理的第一评估结果；
[0033] 所述第二评估子单元用于根据所述作业人员任务绩效的平均值和显著值，确定在设定环境因素设定测试任务下影响作业人员任务绩效的第二评估结果；
[0034] 所述第三评估子单元用于根据所述第一评估结果和所述第二评估结果，评估在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的人体效能。
[0035] 根据本发明提供的具体
实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0036] 本发明提供了一种在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统，包括可控环境因素子系统、人体效能测试子系统以及人体效能监控评估子系统；可控环境因素子系统用于为密闭实验舱提供作业人员人体效能实验所需要的环境因素；环境因素包括二氧化碳浓度、光照强度、光照色温以及噪声成分；人体效能测试子系统用于为密闭实验舱内的作业人员提供作业人员人体效能实验所需要的测试任务；测试任务包括多水平航空测试任务、多维度认知测试任务和多状态自我评价任务；人体效能监控评估子系统用于监控密闭实验舱内的环境因素以及获取作业人员在密闭实验舱内执行测试任务时的生理数据和测试任务数据，并根据每个设定测试任务对应的第一结果数据，在设定环境因素设定测试任务下对作业人员人体效能进行评估；一个设定测试任务对应在设定环境因素下一组包含生理数据和测试任务数据的第一结果数据。本发明在多环境要素作用下对作业人员人体效能进行实验，通过对作业人员生理参数、任务绩效的分析得到更准确的人体效能。
附图说明
[0037] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038] 图1为本发明在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统的结构
框图；
[0039] 图2为本发明在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统的具体结构框图；
[0040] 图3为本发明在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统的操作
流程图。
具体实施方式
[0041] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042] 本发明的目的是提供一种在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统，通过对多种人体效能测试结果的分析达到更准确确定人体效能的目的。
[0043] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0044] 实施例一
[0045] 如图1和图2所示，本发明提供的一种在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统包括4个子系统，分别是可控环境因素子系统、人体效能测试子系统，人体效能监控评估子系统以及人体效能增强调控子系统。
[0046] 人体效能监控评估子系统分别与可控环境因素子系统、人体效能测试子系统连接。人体效能增强调控子系统分别与可控环境因素子系统、人体效能测试子系统、人体效能监控评估子系统连接。
[0047] 可控环境因素子系统主要关注二氧化碳(化学式CO2)、光照和噪声三种环境因素，主要用来控制密闭实验舱内的CO2浓度、光照照度、光照色温以及噪声成分。所以可控环境因素子系统用于为密闭实验舱提供作业人员人体效能实验所需要的环境因素；所述环境因素包括二氧化碳浓度、光照强度、光照色温以及噪声成分。
[0048] 人体效能测试子系统由三种任务组成，分别是多水平航空测试任务、多维度认知测试任务和多状态自我评价任务。所以人体效能测试子系统用于为密闭实验舱内的作业人员提供作业人员人体效能实验所需要的测试任务；所述测试任务包括多水平航空测试任务、多维度认知测试任务和多状态自我评价任务。
[0049] 人体效能监控评估子系统会监控密闭实验舱内环境因素(CO2浓度、光照照度、色温、噪声成分以及其他环境因素)、作业人员生理参数(脑电数据和心电数据)以及作业人员测试任务数据(航空任务绩效数据、认知绩效数据和状态自我评价数据)的变化，并进行分析评估。所以人体效能监控评估子系统用于监控所述密闭实验舱内的环境因素以及获取作业人员在所述密闭实验舱内执行测试任务时的生理数据和测试任务数据；其中，一个设定测试任务对应在设定环境因素下一组包含生理数据和测试任务数据的第一结果数据；所述测试任务数据包括航空任务绩效数据、认知绩效数据和状态自我评价数据。所述人体效能监控评估子系统还用于根据所述每个设定测试任务对应的第一结果数据，在设定环境因素设定测试任务下对作业人员人体效能进行评估，得到第二结果数据。
[0050] 人体效能增强调控子系统通过人体效能监控评估子系统的评估结果对可控环境因素子系统和人体效能测试子系统进行调控。通过人体效能增强调控子系统来调控可控环境因素子系统的各项环境因素参数以及人体效能测试子系统的各项测试任务负荷，通过改变环境因素以及测试任务负荷对作业人员的影响，增强作业人员的人体效能，防止作业人员人体效能衰退。所以人体效能增强调控子系统用于获取所述人体效能监控评估子系统传输的在设定环境因素设定测试任务下对作业人员人体效能进行评估的第二结果数据，并基于所述第二结果数据调整所述可控环境因素子系统提供的环境因素和所述人体效能测试子系统输出的测试任务负荷。
[0051] 现有的实验系统是在开发空间上，通过主观评价量表的形式判断人体效能，主观性较强，得到的人体效能不够准确。而本发明提供了一种在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统，可以通过对作业人员生理参数、任务绩效和主观评价的分析，得到更准确的人体效能。
[0052] 实施例二
[0053] 下面提供一个具体实施案例来进一步说明本发明图1和图2所示的方案。
[0054] 本实施例与实施例一中的可控环境因素子系统、人体效能测试子系统以及人体效能增强调控子系统相同，在此不再重复介绍。主要介绍下人体效能监控评估子系统。
[0055] 所述人体效能监控评估子系统包括监控模块以及与所述监控模块连接的评估模块。
[0056] 其中，所述监控模块包括环境因素监控单元、生理参数获取单元以及测试任务数据获取单元。
[0057] 所述环境因素监控单元用于实时监控所述密闭实验舱内的环境因素。所述生理参数获取单元用于获取佩戴有生理参数检测设备的作业人员在设定环境因素的所述密闭实验舱内执行设定测试任务时的生理数据；所述生理数据包括脑电数据和心电数据，所述生理参数检测设备包括现有技术中的脑电
信号检测设备和心
电信号检测设备。所述测试任务数据获取单元用于获取佩戴有生理参数检测设备的作业人员在设定环境因素的所述密闭实验舱内执行设定测试任务时的测试任务数据。
[0058] 所述评估模块用于根据所述生理数据和所述测试任务数据，评估在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的人体效能。所述评估模块包括环境因素处理单元、生理数据处理单元、测试任务数据处理单元以及评估单元。
[0059] 所述环境因素处理单元用于对密闭实验舱内的环境因素进行分析和处理，去除其他环境因素，保留包含二氧化碳浓度、光照强度、光照色温以及噪声成分的环境因素。优先的，在本实施例中，环境因素处理单元采用滤波算法对密闭实验舱内的环境因素进行分析和处理，去除其他环境因素，保留包含二氧化碳浓度、光照强度、光照色温以及噪声成分的环境因素。
[0060] 所述生理数据处理单元用于对所述生理数据进行分析和处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的心率变异性指标和脑电功率谱特征指标；所述生理数据处理单元包括脑电数据处理子单元和心电数据处理子单元；所述脑电数据处理子单元用于采用脑电功率谱特征分析法对所述脑电数据进行处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的脑电功率谱特征指标；所述心电数据处理子单元用于采用时域分析法和频域分析法对所述心电数据进行处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的心率变异性指标。
[0061] 所述测试任务数据处理单元用于对所述测试任务数据进行分析和处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员任务绩效的平均值和显著值；优先的，在本实施例中，该测试任务数据处理单元采用单因素重复测量方差分析法对所述测试任务数据进行分析和处理，确定在设定环境因素设定测试任务下的作业人员任务绩效的平均值和显著值。
[0062] 所述评估单元用于根据所述作业人员的心率变异性指标和脑电功率谱特征指标、以及所述作业人员任务绩效的平均值和显著值，评估在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的人体效能。所述评估单元包括第一评估子单元、第二评估子单元以及第三评估子单元；所述第一评估子单元用于根据所述作业人员的心率变异性指标和脑电功率谱特征指标，确定在设定环境因素设定测试任务下影响作业人员生理的第一评估结果；所述第二评估子单元用于根据所述作业人员任务绩效的平均值和显著值，确定在设定环境因素设定测试任务下影响作业人员任务绩效的第二评估结果；所述第三评估子单元用于根据所述第一评估结果和所述第二评估结果，评估在设定环境因素设定测试任务下的作业人员的人体效能。
[0063] 本发明提供的实验系统的实验过程描述如下，其流程图如图3所示，包括：
[0064] 1、可控环境因素子系统提供密闭实验舱内需要的环境因素。
[0065] 2、作业人员在密闭实验舱中，佩戴心电信号检测设备和脑电信号检测设备来执行测试任务，测试任务由人体效能测试子系统提供。
[0066] 3、在执行测试任务过程中采集作业人员的生理数据，同时会记录作业人员执行测试任务后所得的测试任务数据，并将生理数据、测试任务数据输入至人体效能监控评估子系统。生理数据包括脑电数据和心电数据。
[0067] 4、人体效能监控评估子系统对输入的环境因素参数、生理参数和测试任务数据进行监控和评估。对采集的密闭实验舱的环境因素进行实时监控，通过滤波方法进行分析和处理，去除其他环境因素，避免其他环境因素对实验的干扰。采用脑电功率谱特征分析法对脑电数据进行处理，得到脑电功率谱特征指标，脑电功率谱特征可较为直观形象的反映出不同节律脑电信号
能量特征的变化，通过分析得到α波、β波、θ波、δ波的能量，根据不同波段能量之间的关系来反映人体效能的变化。采用时域分析和频域分析方法对心电数据进行处理，时域分析法是围绕RR间期的变化而展开分析，通过统计学离散趋势分析法计算RR间期的变化，得到平均心率、平均RR间期、整个RR间期内所有正常窦性RR间期标准差、平均RR间期标准差、相邻正常的窦性RR间期之差的均方根等指标，这些指标反映了心率变异性的变化，通过心率变异性的变化可以反映人体效能的变化；频域分析主要关注LF(低频段率)、HF(高频段率)和LF/HF三个指标，LF成份主要代表交感神经或受交感神经与迷走神经的双重影响；HF成份则仅反映迷走神经活性；LF成份与HF成份能量的比值(LF/HF)可以用来反映交感和迷走神经活性均衡性，三个指标都与人体效能具有很好的相关性。测试任务数据一般采用单因素重复测量方差分析方法，根据不同的被试内因素进行分析处理，得到不同变量下的任务绩效的平均值以及显著性，通过比较任务绩效的平均值以及是否显著可以判断人体效能的变化。通过对脑电数据和心电数据的分析，可以得到在某种环境因素下某种作业负荷对于作业人员生理的影响；对作业任务数据的分析，可以得到在某种环境因素下此作业负荷对于作业人员作业绩效的影响。综合对作业人员的生理影响和作业绩效影响可以得到在某种环境因素下某种作业负荷对于作业人员人体效能的影响，并判断此种情况下人体效能的好坏。
[0068] 5、人体效能监控评估子系统对于人体效能评估的结果会输入至人体效能增强调控子系统。实验初期，人体效能增强调控子系统向可控环境因素子系统和人体效能测试子系统发出指令，在改变某一环境因素或测试任务负荷时，保持其他环境因素或负荷不变，循环进行多次实验。多次实验后，得到各项环境因素及各项测试任务负荷对人体效能变化的影响曲线。此后实验，人体效能监控评估子系统输出人体效能评估结果时，人体效能增强调控子系统根据各项环境因素及各项测试任务负荷对人体效能变化的影响曲线，向可控环境因素子系统和人体效能测试子系统发出指令，调节各项环境因素与各项测试任务负荷，向增强作业人员人体效能的方向改变，以此来增强作业人员人体效能，防止作业人员人体效能衰退。
[0069] 本发明提供的一种在多环境要素作用下的作业人员人体效能实验系统，首先提出了CO2、光照和噪声三个重要环境要素和任务作业负荷对人体效能衰退的影响；然后提出包含作业能
力、认知水平、主观评价和生理参数作为人体效能多变指标；接着使用环境要素参数、生理参数和不同测试任务数据作为人体效能评估的输入，并按照三者等权重进行分析，得到人体效能的监控与评估结果；最后在系统中依据人体效能的监控与评估结果来调控环境要素和作业任务负荷。本发明提出了CO2、光照和噪声三个环境要素进行调控的技术途径，能够在多环境要素作用下对作业人员人体效能进行实验，达到了更准确确定人体效能的目的。
[0070] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0071] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
