1.1绪论
安全人机工程学是从安全的角度，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面的安全问题的新兴学科，以工效为限制条件，以活动过程中对人实行保护为目的，研究人-机-环境相互协调，以达到人的能力与作业活动要求相适应，创造安全，高效，舒适健康的劳动环境和条件学科。而安全人机学的研究目的就是对人机系统建立合理可行的方案，根据人和机功能特点和需求，合理分配，使两者有机结合，发挥各自最大功效，创造安全，健康，舒适，高效的工作生活环境。安全人机学主要任务是为人机系统设计者提供系统安全性设计和对已有系统进行安全人机分析和评价，查找系统中不符合安全人及设计原则和思想的地方，以提出设计改进意见[1]。而本安全人机课程设计就是利用相关知识对盲人过马路问题进行安全人机学研究与分析，通过此课程设计加深对安全人机工程学理解和掌握，更全面更直观体会生活中无处不在的人机工程，为日后生活学习打下良好基础
道路交通信号灯是交通安全产品中的一个类别，是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序通行的一种重要工具。正常人可以通过视觉接收信号灯所传递的信息，判断道路交通情况，及时做出反应从而规避危险。而对于盲人来说这无疑是项不可能完成的任务，本次课程设计研究的主要内容就是利用触觉听觉的感官，设计一款能够检测红绿灯信号状态，为有视力障碍的群体提供声音信号从而帮助其过马路的道路交通信号装置。
二、现有系统中人机关系的分析与改进
2.1.信息显示方式的类型及其功能
按人接受信息传递的通道可分为视觉传递、听觉传递和触觉传递这三种方式，其中以视觉显示应用最为广泛。由于盲人的特殊生理情况以及人对突然发生的声音具有特殊的反应能力，所以听觉显示器作为紧急情况下的报警装置，比视觉显示器具有更大的优越性。
使用哪种显示类型和选择哪种显示方式都取决于显示的目的和被显示内容的性质。因此要根据不同的工作场合和不同的工作要求来确定。基于设计针对对象的特殊性，本次设计的显示装置采用听觉显示器和触觉显示器。
2.2.听觉显示器的设计
听觉传示装置分为两大类：一类是音响及报警装置，另一类是语言传示装置。
1、音响及报警装置的类型及特点如下：
（1）蜂鸣器是音响装置中声压级最低、频率也较低的装置。蜂鸣器发出的声音柔和，不会使人紧张或惊恐，适合较安静的环境，常配合信号灯一起使用。例如驾驶员在操纵汽车转弯时，驾驶室的显示仪表板上就有信号灯闪亮和蜂鸣器鸣笛，显示汽车正在转弯，直到转弯结束。
（2）角笛和汽笛。角笛的声音有吼（声压级90～100dB、低频）和尖叫声（即高声强、高频）两种。常用于高噪声环境中的报警装置；汽笛声频率高，声强也高，适用于紧急状态的音响报警装置。
（3）报警器。报警器的声音强度大，可传播很远，频率由低到高，发出的声调富有上升与下降的变化，主要用于危急状态报警。例如防空警报，火灾警报等。
注：1in=25.4mm。
2、音响和报警装置的设计原则：
①音响信号必须保证位于信号接收范围内的人员能够识别并按照规定的方式作出反应。因此，音响信号的声级最好能在一个或多个倍频程范围内超过听阈10dB以上；
②音响信号必须易于识别，因此音响和报警装置的频率选择应在噪声掩蔽效应最小的范围内。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如报警信号的频率在500～600Hz之间；当噪声声级超过110dB时最好不用声信号作为报警信号；
③为引人注意，可采用时间上均匀变化的脉冲声信号，其脉冲声信号频率不低于0.2Hz和不高于5Hz；
2.3现有系统中需改进问题
根据GB 14887-2003国家标准第一号修改单第六条：在5.2.3条文后增加“在盲人通行较为集中的路段，人行横道信号灯下要设置声响提示装置”和第十条：5.2.8“盲人过街声音提示装置应能在人行横道信号灯的绿灯时间内发出过街提示声音，声音基本波为正弦波形，音响频率为700Hz±50Hz，持续时间为0.2s，周期为1s。白天声压级应不超过65dB（A计权），夜间声压级应不超过45dB（A计权）”。在GB 14887-2011道路交通信号灯中给出定义：“盲人过街声响提示装置 zebra crossing acoustics device for the blind 是以特定的提示声音引导盲人过街的人行横道信号灯辅助装置。”
根据以上设计原则及国家相关标准，现有装置多采用提示音效作为替换红绿灯的信号：声音基本波形为正弦波，红灯频率：300～500kHz，响200ms，静音300ms；绿灯频率：300～500kHz，响160ms，静音500ms，在绿灯信号周期的最后3s，保持声音基本波形不变，频率不变，周期不变；白天声压级应不超过65dB（A计权），夜晚声压级应不超过45dB（A计权）。但在路况较为复杂的路口，不同方向的提示音无明显可供盲人区分的差别，使盲人缺乏方向感，易导致交通事故的发生。本次课设从听觉显示器入手，将用语言传示装置替换现有的音响报警装置，使盲人接收的信息不易混淆且更加直观。
三、对原有系统的优化升级
3.1语言传示装置设计
经常使用的语言传示系统有：无线电广播、电视、电话、报话器、对话器及其他录音、放音的电声装置等。用需要作为信息载体，可使传递和显示的信号含义准确、接受迅速、信息量大。在进行语言传示装置的设计时应注意以下几个问题：
（1）语言的清晰度。所谓语言的清晰度是指人耳通过语言传达能听清的语言（语音、词过语句）的百分数。表2-2给出了语音清晰度与人的主观感觉之间的关系。从表中可知，在进行语言传示装置的设计时，其语言的清晰度必须在75％以上才能正确地传示信息。
（2）语言的强度。研究表明：当语言强度接近130dB时，受话者有不舒服的感觉；当达到135dB时，受话者耳中有发痒的感觉，再高便达到了痛阈。因此语音传示装置的语言强度最好在60～80dB之间。
（3）噪声对语言传示的影响。当语言传示装置在噪声环境中工作时，则噪声将会影响语言传示的清晰度。研究表明：当噪声声压级大于40dB时，这时噪声对语言信号有掩蔽作用，从而要影响语言传示的效果。
由表2-2可知，盲人过街的语音提示系统应保证75％以上的语言清晰度；由GB14887-2003以及（2）.（3）中结论可知，系统的语言强度应选择白天声压级为65dB，夜晚45dB。综上，当路口信号灯由红变绿时，装置将发出“绿灯闪烁，请通过马路，持续时间××秒”的提示音，提示音循环播放，引导盲人安全通过马路，直到绿灯熄灭语音提示随即停止。音频输出设备应置于信号灯顶端，具有朝向对应人行横道的的指示性。
3.2手动按钮设计
根据美国哈佛商学院有关研究人员的分析资料表明，人的大脑每天通过五种感官接受外部信息的比例分别为：味觉1%，触觉1.5%，嗅觉3.5%，听觉11%，以及视觉83%。可见视觉对人的重要性。盲人这一特殊群体，获取外界信息的能力十分有限，通过其他优化设计，可使盲人从该设备中获取更多有用信息，解决盲人出行难的问题。手动按钮设计即在装置上设置两个按钮，一个标识为“即时路况”，将它按下会有“红灯，请勿通行，持续时间××秒”的语音提示；一个标识为“位置信息”，将它按下会有如“正前方（左侧或右侧）为人行横道的，路宽10米，所在街区：道义南大街”的语音提示信息。
论文作者:陈立杰,王晓童
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/14
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