消防作业动作分析与工效学评价方法研究

论文摘要

随着火灾种类和建筑复杂度的提高,消防员的工作危险性也越来越大,对消防训练的要求日益增高。为了保证在火灾现场消防作业的安全性和可靠性,对消防作业的分析和研究至关重要。本文通模式识别的方法以及模糊综合评价方法对消防作业进行了动作分析与工效学评价方法研究,为消防训练的优化,消防服装、工具设计的研究奠定了基础。首先,建立了针对消防员的人体模型。通过走访黑龙江省的6支消防队,采用分层调查的抽样方法,获取消防员静态人体尺寸以及尺寸百分位;通过肢体分解的方法建立起消防员人体简化模型,空间模型,并计算了消防员人体相关参数。一方面为消防员人体仿真和工具设计提供依据,另一方面确定了消防作业工效研究的侧重点。其次,提出了基于决策树的消防动作分类模型,评价了各关节在分类中的重要性。通过多样化的调查方式采集消防作业基本动作数据,根据内外因条件将动作进行整合,获得动作姿势库。在特征提取以及符号化后,通过决策树方法完成了动作分类模型的建立,并进行了动作分类特征评价。该分类模型实现了消防动作的自动分类,同时可进行动作训练数据库的在线更新,对消防动作训练具有指导意义。再次,建立了消防作业动作舒适度的模糊综合评价模型。通过消防员人体模型的建立进一步确定了影响消防动作工效的因素,建立了隶属度方程;在对消防员进行主观调查后,利用二元对比法获得各因素权重;再利用动作捕捉设备和JACK人机工程学软件对消防典型动作进行仿真分析获得实际力矩,最终完成对放水带这一典型的动作的舒适度评价。该模型从关节力矩的角度完成工效学的评价,可获取不同消防动作下消防员的实时舒适度。最后,提出了基于肌电信号的消防员个体作业评价方法。对特定消防动作,完成了消防员肌电信号的采集、信号去噪和特征提取,获取训练样本集。基于模糊综合评价的方法与RULA法则相结合建立了舒适度评价库,确定训练样本的舒适度。在训练集上利用模式识别的方法建立起基于肌电信号的消防员个体动作舒适性评价模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 动作分析研究现状
• 1.2.1 动作分析的研究内容与方法
• 1.2.2 动作分类方法研究现状
• 1.3 作业工效学研究现状
• 1.3.1 工效学研究内容与方法
• 1.3.2 消防作业工效学研究现状
• 1.3.3 作业工效学评价方法研究现状
• 1.4 本课题主要研究内容
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究路线
• 第2章 消防员人体模型建立
• 2.1 消防员人体形态参数采集
• 2.1.1 抽样调查方法确定
• 2.1.2 数据统计处理方法
• 2.2 消防员人体静态模型建立
• 2.2.1 人体简化模型建立
• 2.2.2 消防员空间模型
• 2.3 消防员人体力学模型
• 2.3.1 消防员质量参数与力学参数计算
• 2.3.2 消防员人体力量计算方法
• 2.4 影响消防作业工效因素分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 消防作业动作决策树分类模型建立
• 3.1 消防作业调查方法设计
• 3.2 消防作业动作调查及数据采集
• 3.2.1 消防作业调查前期分类标准确定
• 3.2.2 消防作业动作根据外因分类结果
• 3.2.3 消防作业动作根据内因分类结果
• 3.3 决策树分类模型建立
• 3.3.1 决策树分类模型理论基础
• 3.3.2 消防员动作特征处理
• 3.3.3 动作分类模型
• 3.4 消防作业动作分类特征评价
• 3.4.1 特征评价理论基础
• 3.4.2 消防作业动作特征评价结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 消防作业动作舒适性模糊综合评价
• 4.1 模糊综合评价基本思想
• 4.1.1 舒适性水平定义
• 4.1.2 隶属度函数确定
• 4.1.3 影响动作舒适性因素集确立
• 4.2 指标权重获取
• 4.2.1 主观权重调查实验
• 4.2.2 权重值计算
• 4.3 消防作业动作力矩获取
• 4.3.1 方法设计
• 4.3.2 动作捕捉实验获取关节运动角度
• 4.3.3 消防员典型动作任务仿真
• 4.4 模糊评判结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于肌电信号的消防作业评价方法研究
• 5.1 肌电信号个体评价基本思想
• 5.2 肌电信号采集
• 5.2.1 分类样本确定
• 5.2.2 肌电信号采集实验
• 5.3 信号处理
• 5.3.1 肌电信号去噪
• 5.3.2 特征提取
• 5.4 基于肌电信号的工效学评价
• 5.4.1 分类器介绍
• 5.4.2 原始空间的舒适性评价
• 5.4.3 特征子空间上的舒适性评价
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢