朱夢(mèng)雅，陳登凱，葉 聰，王憬鸞

(1.工業(yè)設(shè)計(jì)與人機(jī)工效工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西北工業(yè)大學(xué)),西安 710072；2.中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無(wú)錫 214000)

載人潛水器任務(wù)期內(nèi)常需攜帶眾多設(shè)備儀器，且其艙室內(nèi)部空間通常較為狹小，這導(dǎo)致潛航員可活動(dòng)范圍有限，舒適度極為受限。因此實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)舒適性的定量評(píng)價(jià)，對(duì)操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度改善與提升至關(guān)重要。

作業(yè)人員良好的認(rèn)知能力是順利完成作業(yè)任務(wù)的保障。潛航員的認(rèn)知能力受操作系統(tǒng)中多重因素耦合影響，同時(shí)良好舒適的作業(yè)環(huán)境又有助于人員高認(rèn)知水平的維持。然而目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)操作系統(tǒng)舒適性的研究多集中在系統(tǒng)熱環(huán)境舒適性[1-3]，作業(yè)姿態(tài)舒適性[4]等方面，如余群舟等[5]運(yùn)用CATIA軟件建立工人抹灰作業(yè)上肢姿勢(shì)不舒適度評(píng)價(jià)模型，趙川等[6]采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法實(shí)現(xiàn)站姿操縱任務(wù)下人員舒適度評(píng)價(jià)，陳景輝等[7]應(yīng)用生物力學(xué)理論結(jié)合肌肉負(fù)荷水平完成駕駛員姿態(tài)舒適性的評(píng)價(jià)。但在這些研究中都缺乏對(duì)作業(yè)人員主觀認(rèn)知能力與水平的思考，因而鮮有基于作業(yè)人員認(rèn)知能力的操作系統(tǒng)整體性舒適度的度量與評(píng)價(jià)。

本文將以潛航員認(rèn)知能力為驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)載人潛水器作業(yè)子系統(tǒng)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，獲取相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建艙室操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)模型，確定舒適度評(píng)價(jià)一般方法。

1 問題描述與模型構(gòu)建

1.1 基于IDAC模型的潛航員認(rèn)知流程分析

IDAC(information, decision, action in a crew)模型，即成員間的信息、決策和行為模型，是在行為科學(xué)理論IDA模型的基礎(chǔ)上發(fā)展的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)人因可靠性的方法[8]，可有效涵蓋作業(yè)人員在信息處理、判斷決策和動(dòng)作執(zhí)行階段的反應(yīng)。本文將結(jié)合潛航員實(shí)際作業(yè)任務(wù)和IDAC模型，對(duì)潛航員認(rèn)知流程展開分析(如圖1所示)，深入梳理潛航員認(rèn)知特征。

圖1 基于IDAC模型的潛航員認(rèn)知過程Fig.1 Cognitive process of oceanauts based on IDAC model

1.2 基于效用函數(shù)的潛航員認(rèn)知效能評(píng)價(jià)

1.2.1 潛航員認(rèn)知效能影響因子

基于IDAC模型的潛航員認(rèn)知流程分析，本文針對(duì)密閉艙室操作系統(tǒng)中的顯示界面、操作面板及通訊設(shè)備，同時(shí)考慮潛航員的視覺、聽覺舒適度，梳理構(gòu)建潛航員認(rèn)知表現(xiàn)—效能—舒適度關(guān)系對(duì)應(yīng)表，見表1。

表1 潛航員認(rèn)知表現(xiàn)—效能—舒適度對(duì)應(yīng)表Tab.1 Correlation of cognitive performance-efficiency-comfort level of oceanauts

1.2.2 潛航員認(rèn)知效能效用函數(shù)模型

效用概念最早由Von Neuman等[9]首先引入綜合評(píng)價(jià)體系。目前，已有研究者將效用函數(shù)應(yīng)用于裝備作戰(zhàn)效能、產(chǎn)品或服務(wù)體系的評(píng)價(jià)研究[10-15]。

其構(gòu)建方法是將評(píng)價(jià)指標(biāo)按照一定的方法進(jìn)行無(wú)量綱化，然后按一定的合成模型加權(quán)形成總評(píng)價(jià)值，一般計(jì)算公式為

E=ξ(yi,ωi),i=1,2,…,n

(1)

式中：E為綜合效用評(píng)價(jià)值,ξ為yi與ωi的合成函數(shù),ωi為單個(gè)指標(biāo)權(quán)重,yi=f(xi)為xi的效用函數(shù)評(píng)價(jià)值,即量綱一的值。

由于在認(rèn)知研究中，速度和準(zhǔn)確性是績(jī)效的兩個(gè)重要方面[16]。因此本文將收集各認(rèn)知實(shí)驗(yàn)中的認(rèn)知反應(yīng)時(shí)間和正確率數(shù)值，構(gòu)建相應(yīng)的認(rèn)知效能效用函數(shù)模型。

1.3 基于支持向量機(jī)模型的潛航員密閉艙室舒適度評(píng)價(jià)

支持向量機(jī)(Support vector machines, SVM)是一種以統(tǒng)計(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法[17-18]。由于其本身的優(yōu)化目標(biāo)是結(jié)構(gòu)化風(fēng)險(xiǎn)最小，比BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的逼近能力和泛化能力，是目前效果最好的分類器之一[19]。因此本文將運(yùn)用支持向量機(jī)模型，結(jié)合回歸預(yù)測(cè)分析方法，依次分析視覺、聽覺舒適度與各輸入變量、被試者年齡、學(xué)歷之間關(guān)系，構(gòu)建相應(yīng)的舒適度評(píng)價(jià)模型并展開驗(yàn)證，為載人潛水器艙內(nèi)舒適度評(píng)價(jià)提供理論基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)方案

基于上述分析，邀請(qǐng)40名男性參與實(shí)驗(yàn)，他們的年齡介于21～40歲，學(xué)歷層次包括本科、碩士和博士。實(shí)驗(yàn)過程中請(qǐng)被試人員以身體略微前傾姿態(tài)，坐于所搭建的模擬艙室環(huán)境中，其顯控界面、操作面板、通訊設(shè)備布局如圖2所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)過程示意Fig.2 Schematic diagram of experimental process

2.1.1 顯控界面舒適度實(shí)驗(yàn)

由于數(shù)字顯控界面在潛航員信息收集、顯示及記錄等作業(yè)過程中尤為重要，因此在顯控界面舒適度探究中，將考慮顯控界面設(shè)計(jì)的色彩特征對(duì)潛航員認(rèn)知效能的影響。已有研究顯示，亮度和對(duì)比度是視覺性能和顯示質(zhì)量的重要因素[20-22]。同時(shí)，不同飽和度的色彩界面對(duì)作業(yè)人員的視覺沖擊與造成疲勞各有不同。

因此在本實(shí)驗(yàn)中，以某型載人潛水器操作系統(tǒng)中潛水器位置呈現(xiàn)界面為基礎(chǔ)(默認(rèn)其亮度、對(duì)比度和自然飽和度值均為0，如圖3(a)所示)，邀請(qǐng)被試完成11組不同亮度、對(duì)比度和自然飽和度的操作界面(如圖3所示)認(rèn)知和舒適度判斷實(shí)驗(yàn)，并采用E-prime軟件記錄對(duì)應(yīng)認(rèn)知反應(yīng)時(shí)間和正確率。實(shí)驗(yàn)過程中，針對(duì)每一個(gè)界面被試都需填寫對(duì)應(yīng)的主觀視覺舒適度評(píng)價(jià)問卷。該問卷包含從1-7的7個(gè)得分，分別表示極度不舒適、非常不舒適、輕微不舒適、無(wú)明顯舒適或不舒適感受、比較舒適、非常舒適和極度舒適。

圖3 顯控界面實(shí)驗(yàn)圖片F(xiàn)ig.3 Pictures in display control interface experiment

2.1.2 操作面板舒適度實(shí)驗(yàn)

載人潛水器的操作面板位于駕駛臺(tái)正前方，是潛航員獲取潛水器警報(bào)信息并對(duì)潛水器進(jìn)行控制的主要界面[23-24]。因此本文將通過對(duì)指令開關(guān)的布局分析，判斷潛航員認(rèn)知效能與操作面板舒適度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

以潛航員下潛和采樣作業(yè)過程中對(duì)操作面板的控制為例，在此實(shí)驗(yàn)中將著重考慮操作面板中“壓載水箱控制區(qū)”、“潛浮拋載控制區(qū)”、“水下燈供電控制區(qū)”、“拍攝供電控制區(qū)”、“液壓源控制區(qū)”和“機(jī)械手供電控制區(qū)”不同的布局對(duì)被試認(rèn)知與舒適度的影響。各方案布局如圖4所示。實(shí)驗(yàn)過程中本文將結(jié)合載人潛水器真實(shí)作業(yè)流程，要求每位被試展開6組認(rèn)知速度測(cè)試，并采用激光筆、GifCam與Eprime軟件可視化并記錄被試操作過程。圖5即為方案1布局條件下基于作業(yè)流程的實(shí)驗(yàn)要求的視覺認(rèn)知正確路徑示意圖。每個(gè)布局方案實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，請(qǐng)被試根據(jù)真實(shí)心理感受，記錄個(gè)人對(duì)該方案的舒適度，填寫主觀舒適度評(píng)價(jià)問卷。

圖4 操作面板實(shí)驗(yàn)圖片F(xiàn)ig.4 Pictures in operation panel experiment

圖5 基于作業(yè)流程的實(shí)驗(yàn)要求視覺認(rèn)知路徑Fig.5 Visual cognitive path required by experiment based on operation process

2.1.3 通訊設(shè)備舒適度實(shí)驗(yàn)

由于潛航員在作業(yè)過程中需要不定時(shí)與母船交流聯(lián)系，獲取母船指令信息、向母船首席專家展開咨詢等，因此本文將從通訊設(shè)備的聲音角度著手，探究其與潛航員聽覺認(rèn)知能力及舒適度的關(guān)系。聲音的響度和頻率特征是通訊設(shè)備聲音的重要屬性，由于實(shí)際操作環(huán)境下聲音的響度可通過操作面板調(diào)節(jié)，因此本次實(shí)驗(yàn)中，將邀請(qǐng)被試完成7組實(shí)驗(yàn)，依次探究不同聲音頻率(包括頻率分別為1 200、1 800、3 600、7 200 Hz的環(huán)境噪聲，與采樣頻率分別為32 000、48 000、64 000 Hz的通信語(yǔ)音)對(duì)潛航員聽覺認(rèn)知效能的影響，并結(jié)合主觀量表，掌握潛航員舒適度感知水平。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與處理

2.2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理

在顯控界面和通訊設(shè)備舒適度實(shí)驗(yàn)中，各實(shí)驗(yàn)變量的數(shù)值都已具體化，但操作面板舒適度實(shí)驗(yàn)中，各操作控制區(qū)相對(duì)位置的具體數(shù)值尚未量化，因此將結(jié)合數(shù)學(xué)分析方法，量化各控制區(qū)相對(duì)位置參數(shù)，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理。

依據(jù)人員認(rèn)知過程中視覺變化規(guī)律：從左到右，從上到下[25]，即Z字形，構(gòu)建控制區(qū)形心位置計(jì)算方法，具體確定方法如下。

以待布控制區(qū)mi，mj的相對(duì)位置計(jì)算為例，其中，mj是mi的下一步操作，依據(jù)視覺變化特征，構(gòu)建ξij函數(shù)，進(jìn)而確定各實(shí)驗(yàn)操作面板的布局參數(shù)ξ。

(2)

式中:ξij為待布控制區(qū)i和j的布局參數(shù)，α為待布控制區(qū)j相對(duì)于i的夾角。

多待布區(qū)(n+1個(gè))的總參數(shù)S計(jì)算方法為式(3)，即各相鄰操作待布區(qū)的布局參數(shù)之和：

S=∑ξn(n+1)

(3)

對(duì)于待布控制區(qū)mi，mj，其形心距離參數(shù)dij計(jì)算取二者形心幾何距離平方；對(duì)于多待布區(qū)(n+1個(gè))的形心距離參數(shù)D為各相鄰操作待布控制區(qū)距離參數(shù)之和:

D=∑dij

(4)

式中dij=Dx+Dy=(xj-xi)2+(yj-yi)2。

圖6 待布控制區(qū)距離參數(shù)計(jì)算Fig.6 Calculation of distance parameters of control area

2.2.2 潛航員認(rèn)知效能求解

結(jié)合效用函數(shù)理論，收集實(shí)驗(yàn)獲取的被試認(rèn)知時(shí)間與正確率，依次構(gòu)建相應(yīng)的潛航員視覺認(rèn)知效能函數(shù)、聽覺認(rèn)知效能函數(shù)，求得每位被試的視覺認(rèn)知效能和聽覺認(rèn)知效能。

由于反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，認(rèn)知效能水平越低；反應(yīng)正確率越高，認(rèn)知效能水平越高，因此在認(rèn)知效能水平的無(wú)量綱化構(gòu)建中，借鑒并結(jié)合逆效率得分IES[26]、正確率評(píng)分RCS[27]，構(gòu)建潛航員認(rèn)知效能函數(shù)，即

(5)

式中：RTi為第i個(gè)被試的反應(yīng)時(shí)間，ACi為第i個(gè)被試的反應(yīng)正確指數(shù)(反應(yīng)正確時(shí)取1，反應(yīng)錯(cuò)誤時(shí)取0)，n為被試總?cè)藬?shù)，Pi為被試i的認(rèn)知效能。

2.2.3 操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)

2.2.3.1 各子系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)模型

以各實(shí)驗(yàn)條件變量和被試個(gè)人信息(年齡、學(xué)歷等)為輸入，被試的主觀舒適度評(píng)分為模型的輸出，在matlab R2018a軟件中結(jié)合Libsvm軟件包，建立操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)的支持向量機(jī)模型，其具體過程如下：

1)數(shù)據(jù)預(yù)處理。樣本集數(shù)據(jù)歸一化處理，以加快訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的收斂性。確定各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的訓(xùn)練集和驗(yàn)證集。

2)最佳模型參數(shù)選擇。確定回歸預(yù)測(cè)分析最佳的SVM參數(shù)懲罰因子c以及核函數(shù)參數(shù)g。

3)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。運(yùn)用最佳參數(shù)，選取高斯徑向基函數(shù)作為核函數(shù)，調(diào)用訓(xùn)練程序?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。

4)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試與驗(yàn)證。調(diào)用預(yù)測(cè)程序開展數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

由于在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集中獲得的被試學(xué)歷信息都為字符串，因此在模型構(gòu)建前采用賦值法對(duì)上述兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：學(xué)歷信息中本科畢業(yè)、碩士畢業(yè)、博士畢業(yè)依次被賦值為1,2,3。

2.2.3.2 操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)

結(jié)合各子系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)結(jié)果，采用專家評(píng)價(jià)法，邀請(qǐng)多位專家，對(duì)各子系統(tǒng)作業(yè)舒適度在總操作系統(tǒng)的權(quán)重進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲取操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)結(jié)果。操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度計(jì)算為

COS=∑ωm×Cm(m=1,2,3)

(6)

式中：COS為操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度，Cm為各實(shí)驗(yàn)主觀舒適度，ωm為子系統(tǒng)m對(duì)應(yīng)的權(quán)重。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 子系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)

3.1.1 顯控界面舒適度評(píng)價(jià)

在顯控界面舒適度評(píng)價(jià)中，首先運(yùn)用潛航員認(rèn)知效能求解中潛航員認(rèn)知效能求解方法，計(jì)算各被試各實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)應(yīng)的認(rèn)知效能。接下來在舒適度評(píng)價(jià)模型中依次輸入：顯控界面亮度、對(duì)比度、自然飽和度數(shù)值、被試年齡、學(xué)歷和被試的視覺認(rèn)知效能，輸出被試的主觀舒適度。選取90%的(396條)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，剩下10%(44條)的數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證集，該模型的訓(xùn)練結(jié)果如圖7(a)所示。

3.1.2 操作面板舒適度評(píng)價(jià)

同樣，首先計(jì)算得出被試在各實(shí)驗(yàn)條件下的認(rèn)知效能，由于在該實(shí)驗(yàn)中未記反應(yīng)正確率，因此效用函數(shù)中ACi的值始終取0。為便于計(jì)算和訓(xùn)練模型，在形心距離參數(shù)計(jì)算過程中取a=16，b=8。在操作界面舒適度評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型中，將輸入被試年齡、學(xué)歷、被試的視覺認(rèn)知效能、布局參數(shù)、x和y方向形心距離參數(shù)。選取90%的(216條)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，剩下10%的數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證集，最終獲得訓(xùn)練過程曲線如圖7(b)所示。

3.1.3 通訊設(shè)備舒適度評(píng)價(jià)

首先計(jì)算得出各被試在各實(shí)驗(yàn)條件下的效能值，將通訊設(shè)備舒適度評(píng)價(jià)模型根據(jù)實(shí)驗(yàn)分為環(huán)境噪聲舒適度評(píng)價(jià)模型和語(yǔ)音采樣頻率舒適度評(píng)價(jià)模型，分別選取90%的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，剩余10%樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，訓(xùn)練過程曲線如圖7(c)、(d)所示。

由于通訊設(shè)備中，環(huán)境噪聲與信息采樣頻率同時(shí)存在，且對(duì)通訊設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生影響，結(jié)合作業(yè)環(huán)境實(shí)際通信情況及專家訪談法，將環(huán)境噪聲舒適度和語(yǔ)音信息舒適度權(quán)重分別取0.6和0.4，以其加權(quán)平均值作為通訊設(shè)備舒適度評(píng)價(jià)結(jié)果。

3.1.4 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ托阅茯?yàn)證

在顯控界面實(shí)驗(yàn)中，將剩余的10%(44條)數(shù)據(jù)輸入舒適度評(píng)價(jià)模型，其預(yù)測(cè)值與實(shí)際值對(duì)比如圖7(e)所示，通過計(jì)算得知誤差率均處于10%范圍內(nèi)，且預(yù)測(cè)值經(jīng)四舍五入后均與實(shí)際值吻合，因此該模型準(zhǔn)確，可用于顯控界面舒適度評(píng)價(jià)仿真。

采用同樣方法依次將操作面板實(shí)驗(yàn)、通訊設(shè)備舒適度實(shí)驗(yàn)中剩余的10%數(shù)據(jù)輸入模型，對(duì)比樣本的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值(如圖7(f)～7(h)所示)，結(jié)果表明該評(píng)價(jià)模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確，可用于操作界面和通訊設(shè)備舒適度預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)。

圖7 舒適度評(píng)價(jià)模型訓(xùn)練與驗(yàn)證結(jié)果Fig.7 Training and verification results of comfort evaluation model

3.2 操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)模型

邀請(qǐng)本領(lǐng)域5位研究背景不完全相同的專家依次對(duì)子系統(tǒng)作業(yè)舒適度在總操作系統(tǒng)中所占權(quán)重進(jìn)行評(píng)價(jià)，求其平均值作為最終權(quán)重，其評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

表2 專家評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2 Expert evaluation results

由此確定顯控界面、操作面板和通訊設(shè)備的舒適度權(quán)重依次為0.41,0.32和0.27。因此可依據(jù)該權(quán)重，結(jié)合各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值，求得操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度。

以一位27歲男性、博士研究生被試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為例(見表3～表5)，進(jìn)行操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)。

表3 操作系統(tǒng)中顯控界面作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)舉例Tab.3 Example of display control interface in operating system comfort evaluation

表4 操作系統(tǒng)中操作面板作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)舉例Tab.4 Example of operation panel in operating system comfort evaluation

表5 操作系統(tǒng)中通訊設(shè)備作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)舉例Tab.5 Example of communication equipment in operating system comfort evaluation

由表3～表5得知，各子系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)準(zhǔn)確，計(jì)算得操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度為4.720 9，因此該被試在這樣的操作系統(tǒng)條件下舒適度水平為5(四舍五入后)，即該操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度較為舒適。

4 討 論

運(yùn)用子系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)中構(gòu)建的各子系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)模型，結(jié)合現(xiàn)有潛航員實(shí)際，本文以30歲、碩士學(xué)歷的男性潛航員為例，依次探究不同子系統(tǒng)屬性特征(如圖8(a)～圖8(c))對(duì)被試舒適度感知的影響。

結(jié)合各子系統(tǒng)研究都可以清晰地發(fā)現(xiàn)：被試認(rèn)知效能與主觀舒適度具有相同的變化趨勢(shì)(如圖8(d))，即被試認(rèn)知反應(yīng)越快，正確率越高，則系統(tǒng)的舒適度水平越高，越適宜潛航員作業(yè)。這說明基于認(rèn)知效能判斷顯控系統(tǒng)作業(yè)舒適度具有可行性。

在已構(gòu)建的舒適度評(píng)價(jià)模型中，輸入相同的子系統(tǒng)屬性特征值和被試認(rèn)知效能，探究學(xué)歷層次、年齡與舒適度的關(guān)系。從被試的學(xué)歷層次角度來看，學(xué)歷越高，對(duì)子系統(tǒng)作業(yè)舒適度的評(píng)價(jià)值越低(如圖8(e)所示),結(jié)合文獻(xiàn)[28-29]研究，發(fā)現(xiàn)文化程度越高，心理需求越高，對(duì)不適的感知和后續(xù)顧慮更多，因此學(xué)歷更高的被試在舒適度感知過程中給出的舒適度評(píng)分相對(duì)更低。

圖8 各變量對(duì)比結(jié)果Fig.8 Comparison results of each variable

而在年齡方面，各子系統(tǒng)的最佳舒適度對(duì)應(yīng)年齡略有不同(如圖8(f)所示)。顯控界面中，27歲的被試舒適度最高，而在操作面板和通訊設(shè)備中，隨年齡增長(zhǎng)舒適度都有提升。這與顯控界面對(duì)人體機(jī)能(如判斷、警惕能力等)有更高的要求，而操作面板和通訊設(shè)備使用中更多依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)及對(duì)系統(tǒng)的適應(yīng)性。

為提高結(jié)果的有效性和準(zhǔn)確性，本文根據(jù)上述結(jié)論編制了調(diào)查問卷進(jìn)行驗(yàn)證，積極聯(lián)系中國(guó)船舶設(shè)計(jì)中心，邀請(qǐng)5位潛航員和2位載人潛水器設(shè)計(jì)工程師參與調(diào)研，同時(shí)也邀請(qǐng)10位未曾參與原實(shí)驗(yàn)的在校學(xué)生回答問卷，調(diào)研結(jié)果如圖9所示，其舒適度與各變量對(duì)應(yīng)關(guān)系與實(shí)驗(yàn)結(jié)論的總體趨勢(shì)一致。

圖9 調(diào)查問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.9 Statistical results of questionnaire

綜合上述分析，為提高潛航員在作業(yè)環(huán)境中的舒適度，可在顯控系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)中，將亮度、對(duì)比度和自然飽和度分別從[-25,0]，[-50,-25]，[-25,0]中取值。操作面板設(shè)計(jì)中，需綜合考慮待布區(qū)的操作相關(guān)性與人員視覺認(rèn)知規(guī)律，設(shè)置合理的布局參數(shù)和形心相對(duì)位置。在通訊設(shè)備中，可通過安裝減振降噪設(shè)備，降低噪聲頻率，并將通信語(yǔ)音的采樣頻率設(shè)定為48 000 Hz,提高潛航員主觀舒適度。同時(shí)本文也發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知效能與舒適度具有相同的變化規(guī)律，這也從側(cè)面印證了本文的可行性，即較高的認(rèn)知效能也對(duì)應(yīng)于較高的舒適度。同時(shí)，年齡和學(xué)歷層次都會(huì)對(duì)潛航員的舒適度產(chǎn)生影響。

5 結(jié) 論

1)本文提出了一種基于效用函數(shù)和支持向量機(jī)模型的載人潛水器操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)方法，將操作系統(tǒng)作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)問題與潛航員認(rèn)知效能構(gòu)建聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)子系統(tǒng)作業(yè)舒適度的評(píng)價(jià)及分析。

2)合理的顯控界面亮度、對(duì)比度和自然飽和度設(shè)置，綜合考慮待布區(qū)的操作相關(guān)性與人員視覺認(rèn)知規(guī)律的操作面板布局，以及較低的噪聲頻率和適宜的通信語(yǔ)音的采樣頻率，都有助于提高潛航員主觀舒適度。潛航員的年齡、學(xué)歷和認(rèn)知效能都會(huì)對(duì)作業(yè)舒適度產(chǎn)生影響。

3)本研究證明了基于人員認(rèn)知效能的作業(yè)舒適度評(píng)價(jià)方法的可行性，同時(shí)給出了艙室作業(yè)子系統(tǒng)屬性特征設(shè)計(jì)的建議區(qū)間。