載人潛水器艙室人機交互技術要求編制說明

一、工作簡況

（一）任務來源

根據(jù)《交通運輸部關于下達2021年度交通運輸標準計劃（第一批）的通知》

交科技函〔2021〕136號，由上海交通大學、上海交大海洋水下工程科學研究院

有限公司等單位完成《載人潛水器艙室人機交互技術要求》（項目編號：JT2021-

21）的起草工作。

（二）標準起草單位、主要起草人員及其工作內容

1．標準起草單位

上海交通大學、上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司、深圳市杉葉實

業(yè)有限公司、交通運輸部上海打撈局、中國船舶重工集團公司第七〇二研究所。

（1）上海交通大學

上海交通大學是我國歷史最悠久、享譽海內外的著名高等學府之一，是教育

部直屬并與上海市共建的全國重點大學。經(jīng)過120多年的不懈努力，上海交通大

學已經(jīng)成為一所“綜合性、研究型、國際化”的國內一流、國際知名大學。上海

交通大學海洋水下工程科學研究院是國內最具有實力的專門從事水下工程和潛

水醫(yī)學、高氣壓醫(yī)學、水下技術與裝備研究的單位，在工程技術應用、開發(fā)研究

和標準化研究等方面取得了豐碩成果。單位下設高壓氧艙研究實驗室、水下環(huán)境

模擬實驗室、特殊環(huán)境生理醫(yī)學研究所等研究機構，具有先進的專業(yè)科學實驗設

施和設備，其中3MPa潛水實驗高壓艙群和水下環(huán)境條件模擬實驗室處于國內領

先地位。高壓艙群及飽和潛水設備系統(tǒng)由一個38m3水艙和兩個各18m3主艙構

成的3MPa高壓艙群及飽和潛水設備系統(tǒng)，可模擬水下300m深處的飽和潛水作

業(yè)和生活環(huán)境。為拓展?jié)撍t(yī)學和高氣壓、高原醫(yī)學的研究，特殊環(huán)境生理醫(yī)學

研究所于2012年建成6MPa潛水動物實驗艙，同時可模擬海拔10000m高原環(huán)

境。單位特殊環(huán)境生理醫(yī)學研究所主要通過生理和醫(yī)學實驗方法，研究安全、高

效、實用的潛水技術，包括：潛水減壓過程中的生理醫(yī)學實驗研究、潛水作業(yè)減

壓程序的實驗研究、潛水安全及潛水事故后鑒定管理、潛水病的臨床及機理的試

驗研究、高壓氧治療、新型潛水裝具及其生理醫(yī)學要求等科學研究。其中在3MPa

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潛水實驗高壓艙群中進行了多次中美合作科學實驗，包括25m氮氧飽和空氣反

復巡潛和60m～80m氦氮氧巡潛實驗，填補了國內空白，達到國際先進水平。

項目組成員均具有多年參加國家和行業(yè)標準編寫、修訂和審核等方面的經(jīng)驗，已

完成數(shù)項國軍標編寫工作，對潛水作業(yè)、潛水員健康等方面也開展了許多研究，

積累了豐富的研究經(jīng)驗，并取得了豐碩的研究成果，為本項目研究工作的開展奠

定了基礎。

（2）上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司

上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司為上海交通大學直管的專業(yè)從

事水下工程研發(fā)及技術服務的高新技術企業(yè)。前身為上海海洋水下工程科學研究

院，是交通部1978年成立的專業(yè)從事水下工程技術研究的部屬一級科研單位。

成立初期命名為交通部海上救撈科學研究院。1982年由交通部和石油部共管，

改名為交通部石油部海洋水下工程科學研究院。之后又更名為上海海洋水下工程

科學研究院。2001年，隨著國家科技體制改革，正式并入上海交通大學，更名為

上海交通大學海洋水下工程科學研究院。2004年4月，注冊成立為上海交大海

科（集團）有限公司，專業(yè)從事水下工程技術領域的研究開發(fā)和技術服務。2016

年，更名為上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司。本公司屬于水運交通和

海洋工程行業(yè)，是目前國內唯一集水下工程技術研發(fā)、工程施工、專業(yè)設備開發(fā)

銷售、潛水培訓和潛水生理醫(yī)學為一體的綜合性水下工程技術研發(fā)單位。作為高

新技術企業(yè)和上海市專精特新企業(yè)，本公司始終致力于水下大深度無人遙控潛水

技術研發(fā)、潛水保障技術、特殊環(huán)境醫(yī)學和生理學研究、水下工程監(jiān)測與檢測、

水下工程施工和水利（交通）工程咨詢和施工監(jiān)理。先后承擔完成了包括中日海

底電纜和白鶴梁水下遺址保護、天津海河沉管隧道、東海大橋風電二期等重大工

程項目400項,在海洋工程、特殊生理醫(yī)學及沉管隧道技術領域多次獲得了國家

和省部級獎項。2014年作為主要技術研發(fā)單位，本公司自主研制成功了“國家

863計劃海洋技術領域內的重點項目”4500米“海馬”號無人遙控潛水器

（ROV）。這是目前我國下潛深度最大、國產化最高的無人遙控潛水器，它被認為

是我國深海高技術領域繼“蛟龍?zhí)枴敝笥忠粯酥拘猿晒?/p>

（3）深圳市杉葉實業(yè)有限公司

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深圳市杉葉實業(yè)有限公司是交通運輸部救撈系統(tǒng)一家致力于商業(yè)潛水實踐

與理論相結合的單位，公司成立二十多年來已完成了五百余項潛水工程作業(yè)，積

累了豐富的潛水現(xiàn)場實踐經(jīng)驗。該公司多年來還一直參與我國潛水行業(yè)的標準化

建設工作，主持和參與了多項國家標準和行業(yè)標準的編寫。

（4）交通運輸部上海打撈局

交通運輸部上海打撈局是中國最大的搶險救助打撈專業(yè)單位之一。承擔公益

性搶險打撈及財產救助責任，肩負國家指令性政治、戰(zhàn)備和救災等應急保障任務。

主要業(yè)務包括：搶險救撈，海洋工程、海油服務、飽和潛水、潛水設備制造等，

并制定一系列的國家標準和行業(yè)標準。主要有：混合氣潛水安全要求（GB28396—

2012）、飽和潛水作業(yè)人員要求（JT/T741—2009）、200m氦氧飽和潛水氣體配置

要求（JT/T742—2009）、無人遙控潛水器協(xié)同潛水作業(yè)要求（JT/T746—2009）、

潛水醫(yī)師專業(yè)培訓與考核要求（JT/T908—2014）、潛水員潛水后飛行要求（JT/T

909—2014）、職業(yè)潛水員心理健康評價（JT/T1101—2016）、飽和潛水衛(wèi)生要求

（JT/T1233—2018）等國家和交通運輸行業(yè)標準。

（5）中國船舶重工集團公司第七〇二研究所

七○二所主要從事船舶及海洋工程領域的水動力學、結構力學及振動、噪聲、

抗沖擊等相關技術的應用基礎研究，以及高性能船舶與水下工程的研究設計與開

發(fā)。七○二所堅持科技創(chuàng)新，成功研制了大深度載人潛水器、掠海地效翼船、小

水線面雙體船、水翼船、援潛救生設備、Z型全回轉推進器、高速游艇、水上游

樂設施、環(huán)保型保溫棉生產線、以藍藻打撈與處理、生態(tài)清淤裝備為代表的水環(huán)

境治理裝備等系列產品，開發(fā)了SHIDS船舶性能設計系統(tǒng)等專用軟件。許多科研

成果已轉化為產品或應用于船舶設計、建造和標準規(guī)范的編制中，為我國船舶和

海洋工程事業(yè)及地方經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻。

2．標準主要起草人員

本標準主要起草人：石路、李洋洋、張輝、葉聰、徐偉哲。

3．具體工作內容

任務具體分工如表1所示：

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表1項目任務分工

序號姓名職稱工作單位項目中承擔的工作

負責項目總體設計、業(yè)務協(xié)調、組織研究、

1石路副研究員上海交通大學進度安排、方案制定、成果評估。參與標準

第4章，第5章的編寫。

上海交大海洋水

參與載人潛水器人機設計國內外文獻調研，

2李洋洋工程師下工程科學研究

參與標準第4章，第5章的編寫。

院有限公司

深圳市杉葉

參與標準總體設計、業(yè)務協(xié)調、方案制定、

高級工程師實業(yè)有限公司/

3張輝成果評估等工作；參與標準第4章、第5章

主任醫(yī)師交通運輸部

的編寫。

上海打撈局

中國船舶重工集

參與載人潛水器設計調研和資料收集，參與

4葉聰研究員團公司第七〇二

標準第4章、第5章的編寫。

研究所

中國船舶重工集

5徐偉哲高級工程師團公司第七〇二參與標準第5章的數(shù)據(jù)收集工作。

研究所

（三）主要工作過程

本課題在標準化研究的基礎上進行了周密的部署。主要過程如下：

2021年4月-8月，成立標準起草組，標準起草組首先編寫了標準大綱和總

體實施計劃，隨后編寫了課題任務書，落實了參與單位和人員，制定了編寫計劃，

完成了標準草案。

2021年9月-2022年1月，起草組通過對以往研究的綜合分析及文獻調研進

一步對標準草案進行了修改，形成了標準征求意見稿及配套編制說明。

二、標準編制原則和確定標準主要內容的依據(jù)

（一）標準編制原則

1.協(xié)調一致性原則

本標準的起草主要參考已發(fā)布的國家標準、國家軍用標準以及交通運輸行業(yè)

相關標準，與已有標準實際運行、管理保持協(xié)調一致。

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2.服務性原則

我國載人深潛事業(yè)近年發(fā)展迅猛，但統(tǒng)一的艙室人機交互設計標準一直是行

業(yè)空白。本標準的制定可為現(xiàn)有潛水器艙室人機交互設計的維護改造、新型潛水

器艙室設計研發(fā)記憶其他行業(yè)領域艙室人機交互設計測評提供參考。

3.實用性原則

堅持科學、系統(tǒng)、實效為主的原則完成標準的編制工作，符合載人深潛人機

工效學發(fā)展狀況和行業(yè)實際需求，對完善我國交通安全生產體系，使其達到國際

先進水平和我國實踐需要具有現(xiàn)實意義。

4.優(yōu)先級原則

起草組在標準編制過程中，優(yōu)先采用國家標準。

（二）確定標準主要內容的依據(jù)

1.載人潛水器及標準體系在救助打撈系統(tǒng)的應用分析

交通運輸部救助打撈系統(tǒng)是我國唯一一支國家專業(yè)救助打撈隊伍，承擔著海

上人命救助、船舶和財產救助、沉船沉物打撈、海上消防、清除溢油污染等重要

使命，同時還承擔了我國海洋經(jīng)濟建設和國防建設任務。近年來，遙控無人潛水

器（ROV）在救助打撈工程中的穿引鋼絲、布設吊帶、水下清障、疏浚除泥、水

下索具帶掛、鋼纜切割甚至沉船的解體等作業(yè)技術已日趨成熟，尤其是潛水員很

難到達的深度和危險環(huán)境，更顯示了ROV的優(yōu)勢。然而，當救助打撈作業(yè)需要

精細操作且潛水員無法下水時就需要載人潛水器（HOV）的介入。HOV是由人員駕

駛操作具備水下機動和作業(yè)能力的裝備，可運載科學家、工程技術人員和各種電

子裝置、機械設備快速、精確地到達各種海洋復雜環(huán)境，開展海洋資源勘探、海

洋科學研究、海洋環(huán)境監(jiān)測、深海救援打撈、海洋軍事應用以及考古、水下觀光

旅游與水下電影拍攝等多種復雜作業(yè)。隨著全球海權意識及科技水平的提高，HOV

愈發(fā)受各國重視，逐漸成為國家深海事業(yè)發(fā)展的重要技術手段和強力支撐。

近年來我國海洋運輸業(yè)飛速發(fā)展，隨之而來的沉船事故也有所增加，水下沉

船的打撈救援成為業(yè)界關注重點。目前沉船打撈主要以封艙抽水打撈法等傳統(tǒng)方

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式為主，傳統(tǒng)方法都需要潛水員在水下進行沉船處海底地形勘探、沉船損壞程度

檢查等作業(yè)。除沉船打撈外，水下文物打撈也受到社會各界人士的關注，我國僅

南海海域就有5000多艘古船需要打撈。然而，由于受到水下深度和海況的的影

響，潛水員在水下作業(yè)難度大、效率低、成本高，并且在很多海域潛水員無法到

達。空氣潛水員可下潛深度為60m，對于更深海域的打撈需要通過混合氣潛水

員或飽和潛水員，大大增加了打撈的費用與打撈周期。可見，現(xiàn)有的救助打撈手

段已不能滿足沉船打撈、文物打撈的迫切需求。

據(jù)文獻報道，截止2019年美國“阿爾文”號HOV已完成“海底搜索和打撈”

任務244次,1966年“阿爾文”號與“凱夫”ROV協(xié)同作業(yè)在856m水深處打撈

起了一顆氫彈受到世人矚目；1979年美國深潛救生艇“DSRV”于120m水深和

英國潛艇“奧丁神”號對接成功，并把“奧丁神”號上的全部艇員轉移到另一艘

潛艇上去，在人類歷史上第一次實現(xiàn)了“內空”對接和人員轉移；1986年，美國

“挑戰(zhàn)者號宇航飛機失事，軍方動用了三臺HOV和其他幾臺ROV，前后花了6個

月總共回收了50t的廢片和殘骸；法國“鸚鵡螺”號HOV迄今已完成超1000

余次下潛作業(yè)，除資源勘探、深海環(huán)境調查等科學任務外，其多次參與完成了軍

方搜救打撈任務。我國早在20世紀80年代就開展了HOV相關研究工作，1986

年開展了首艘HOV7103救生艇的研制。軍方研制的Ⅰ型載人潛水器、Ⅱ型載人

潛水器均在水下打撈與作業(yè)中發(fā)揮了巨大作用。2018年4月我國自主研發(fā)的4500

m作業(yè)級潛水器——“海馬號”ROV和“深海勇士號”HOV在南海北部陸坡西部的

“海馬冷泉”開展聯(lián)合科考，創(chuàng)造多項深海作業(yè)新紀錄。

近年來，國內HOV在救助打撈層面也逐漸興起，如山東東寶重工科技有限公

司在“2014中國國際潛水救撈與海洋工程技術論壇”上介紹的用于水下打撈應

用的HOV可在水下完成抓取、觀察、救援等工作。HOV的這些特點決定了其可代

替潛水員在水下開展水下地質勘察、雜物去除、拍照記錄、救助打撈等工作的獨

特優(yōu)勢，從而可大大減小潛水員下潛帶來的風險，縮短打撈周期、降低打撈費用，

提高救助打撈效率。HOV憑借優(yōu)越的水下作業(yè)性能必將在未來的救助打撈作業(yè)中

發(fā)揮巨大作用。交通運輸部早在2009年就發(fā)布了JT/T746-2009《無人遙控潛

水器協(xié)同潛水作業(yè)要求》行業(yè)標準，標準對ROV與潛水員、潛水監(jiān)督、潛水母船

之間的協(xié)同作業(yè)作了詳細規(guī)定。近年來ROV技術發(fā)展很快，但是HOV仍有其不可

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替代的作用，尤其是潛水員在大深度水下出入和對接轉移時，HOV可發(fā)揮不可估

量的作用。HOV的特殊用途是ROV和潛水員無法比擬的，今后ROV、HOV、潛水員

三者協(xié)同作業(yè)將更多地應用到救助打撈、援潛救生等領域。

HOV在救撈系統(tǒng)的應用可有效提升船岸、機岸、船機之間的可靠通信及精細

作業(yè)能力，提升救助船舶、救助航空器對離岸中遠距離遇險遇難船舶、飛機，以

及落水人員的搜尋定位能力，對建立科學完備的應急預案體系和救撈決策指揮體

系至關重要；同時也將為交通運輸部救助打撈局構建“全方位覆蓋、高海況運行、

配置科學、反應快速、處置高效”的國際一流現(xiàn)代化專業(yè)救助打撈體系和全面實

現(xiàn)“四個救撈”發(fā)展目標提供有力支持保障。

2.載人潛水器艙室標準體系現(xiàn)狀

載人深潛技術是深海技術的前沿與制高點，也是深?？瓶甲钕冗M的技術手段

之一。由于其在現(xiàn)場觀察、水下作業(yè)等方面的技術優(yōu)勢，得到了世界發(fā)達國家的

高度重視，美國、法國、俄羅斯、日本先后研發(fā)了大深度載人潛水器，廣泛應用

于深海地球科學、生命科學、水下工程施工等諸多領域。2012年7月16日，

我國自主集成研發(fā)的“蛟龍”號載人潛水器圓滿完成了7000ｍ級海試，最大下

潛深度達到7062ｍ，創(chuàng)造了作業(yè)類載人潛水器的下潛世界紀錄。習近平總書記

等中央領導同志親切接見了載人深潛單位和個人代表，潛航員們也獲得了黨中央、

國務院授予的“載人深潛英雄”稱號。隨著深海資源勘探與開發(fā)的迅速發(fā)展，我

國深海載人潛水器研發(fā)也突飛猛進。2017年10月，我國新深海重器“深海勇士”

號4500m級載人潛水器歷時49天，順利完成28次下潛。然而7000m和4500

m海試成功，并不是我國自主研制潛器的最終目標。2020年11月10日，由我國

自主研制的全海深載人潛水器“奮斗者”號完成萬米級海試，下潛深度達到

10909米，首次探底全球海底最深處——馬里亞納海溝，這標志著中國成為世界

上極少數(shù)能造出萬米潛深的載人深潛器的國家之一。

潛航員作為載人潛水器中人-機系統(tǒng)的主體，其選拔要求極高，規(guī)格堪比航

天員。潛航員擔任著潛器駕駛和作業(yè)的重要任務，除了保證載人潛水器的正常運

行外，還需熟練操縱潛水器在指定的海域巡航和作業(yè)，同時還要肩負起導航、通

訊、輪機、攝影、生命保障、故障修理與維護、醫(yī)療急救等工作。潛航員在載人

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潛水器艙室進行深海潛航和水下作業(yè)工作具有以下幾個特點：（1）易受環(huán)境因素

的影響。潛航員需要在狹小的密閉空間內工作，且受到異常溫度、噪聲、振動、

加速度等因素的影響；（2）人機系統(tǒng)復雜程度高。潛航員需要時刻監(jiān)視潛水器的

各項參數(shù)以及外部環(huán)境，處理大量信息，操作各種復雜的儀器儀表進行潛水器駕

駛，還需要操作機械手，完成水下作業(yè)任務；（3）作業(yè)時間長。深海實潛中潛航

員每次下潛時間可達到10個小時以上。這些特點可以讓潛航員在艙室作業(yè)時的

生理功能，尤其是神經(jīng)系統(tǒng)功能發(fā)生顯著變化。課題組在前期也記錄了潛航員在

訓練工作中的生理、心理指標，觀察分析了其變化。結果發(fā)現(xiàn)在潛航過程中，潛

航員的心率升高，交感迷走神經(jīng)平衡性發(fā)生了明顯改變，腦電圖中的θ波相對

功率增加，α波相對功率下降，作業(yè)后期潛航員的大腦覺醒水平下降。

深海載人潛水器與潛航員的關系既不是完全的控制，也不是簡單監(jiān)控，而是

通過交換信息，共同完成一個完整的作業(yè)任務。載人潛水器艙室作為潛航控制的

人機交互節(jié)點，是深潛器設計的重要環(huán)節(jié)。載人深潛器的艙室內部有儀表板、信

號燈、操縱桿等，潛航員需要依靠視覺、聽覺和觸覺去獲取儀表信息與外部環(huán)境

的信息，然后進行信息整合、做出判斷并采取相應的行動。潛航員駕駛深海載人

潛水器時，特別是在突發(fā)情況高度緊張的情況下往往只是把直觀感知到的顯示信

息作為認知判斷和操作的基礎。因此，滿足潛航員職業(yè)特性的深海載人潛水器艙

室人機交互設計要兼顧潛水器快速上浮、下潛姿態(tài)和各作業(yè)工況姿態(tài)。如何充分

利用有限的艙室空間，構建一個友好而高效的艙室人機交互系統(tǒng)對潛航員提供最

優(yōu)化情景意識的綜合監(jiān)控至關重要。

2021年3月11日，十三屆全國人大四次會議通過的《中華人民共和國國民

經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》明確提出：“加強原

創(chuàng)性引領性科技攻關，……瞄準深地深海等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰(zhàn)

略性的國家重大科技項目?！?021年8月26日，交通運輸部和科學技術部發(fā)布

的《交通運輸部科學技術部關于科技創(chuàng)新驅動加快建設交通強國的意見》中明確

提出：“推進人機交互、新能源新材料制備加工和性能調控等前沿交叉領域應用

基礎研究；……促進安全綠色技術與交通運輸融合發(fā)展，加強人機交互、安全事

故（征候）人因機理與干預等關鍵技術研究應用?！?/p>

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駕駛艙人機交互設計研究和應用已逐漸廣泛應用于航空航天、船舶艦艇以及

陸上交通等軍用和民用領域。DHarris采用工程心理學和認知工效學方法對美

國航空航天、海軍控制與指揮以及火車和裝甲車的自動化等人機交互方面的研究

進行了系統(tǒng)性總結，說明了目前駕駛艙人機交互設計研究的重要性和必要性。劉

磊等人綜合人-計算機在復雜結構優(yōu)化中的優(yōu)點，提出一種人機交互式優(yōu)化方法

用于載人航天某復雜裝置的優(yōu)化設計，在實際應用中達到了預期的優(yōu)化目標。宋

海靖等人通過改進專家打分法、三標度分析法和模糊評價集成的綜合評價體系對

民機駕駛艙顯示界面顯示工效進行了定量的綜合評價,并應用此方法對ARJ21-

700實體機駕駛艙顯示工效進行評價,證明了方法的有效性。吳宏等人對測量船

駕駛室進行了符合站姿和坐姿使用條件的駕駛室布置設計、設備尺寸要求及工作

環(huán)境設計研究，達到了減輕駕駛室人員壓力、保障航行安全的目的。魏國棟等人

對高鐵列控系統(tǒng)車載設備中的人機交互界面的功能進行了分析，研究了人機交互

界面的六個區(qū)域的顯示規(guī)則，為高鐵人機交互界面的軟件開發(fā)提供了重要的參考。

深海載人潛水器艙室人機交互設計研究是順應我國“海洋強國”戰(zhàn)略構想應

運而生的。西北工業(yè)大學鄧麗等人圍繞4500m載人潛水器艙室人機界面布局設

計與評估優(yōu)化的關鍵技術對國家863計劃重點項目“4500米載人潛水器設計與

關鍵技術研究子課題:艙內布局優(yōu)化設計方法研究”進行了研究，形成了一套適

用于艙室人機界面布局設計與評估優(yōu)化的理論與方法體系。

本課題組目前承擔著國家重點研發(fā)計劃項目課題《全海深載人潛水器總體設

計、集成與海試》子課題“駕駛艙人機環(huán)設計研究”的工作，主要通過生理學腦

電、心電和眼動技術采集潛航員在體驗、感知特定艙內人機環(huán)時的自發(fā)腦電、誘

發(fā)腦電、心率變異性、血流動力學和眼動數(shù)據(jù)，與心理學的主觀評價及認知功能

測試等手段相結合，從潛航員的主觀舒適性、疲勞度、操作準確性、靈敏性以及

反應快速性等指標出發(fā)探討潛航員在特定艙室人機環(huán)條件下的駕駛舒適性和工

作效率。通過對數(shù)據(jù)的對比分和相關性分析初步形成全海深載人潛水器人機環(huán)設

計評價體系，形成全海深載人深潛器艙內人機環(huán)設計方案和艙內交互界面設計方

案，從而為艙內人機環(huán)設計、艙內布局模型建造和人員培訓提供前期技術支撐。

本標準研究作為國家重點研發(fā)計劃項目的延伸和拓展，將為我國系列深海載人潛

水器艙室論證、設計、試驗、生產、使用及維護的整個周期，提供相應的技術支

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持與技術保障。

由此可見，海、陸、空不同領域的駕駛艙人機交互設計在實驗研究方面均已

經(jīng)取得了階段性進展。然而通過人機交互研究所取得成果形成的標準則寥寥無幾。

近年來，國際標準化組織（InternationalOrganizationforStandardization，

ISO）發(fā)布了一些人機交互方面的指南性或要求性文件，如：ISO/TR9241-

308:2008Ed.1Ergonomicsofhuman-systeminteraction-Part308:

Surface-conductionelectron-emitterdisplays(SED)以及ISO9241-

300:2008Ed.1Ergonomicsofhuman-systeminteraction-Part

300:Introductiontoelectronicvisualdisplayrequirements等。但這些

國際標準主要作為定性的指南參考，而沒有對特定行業(yè)或領域的艙室人機交互設

計提出具體的參數(shù)要求,不能滿足受限空間特殊環(huán)境下的艙室人機設計要求，在

實際工作較難得到采用。歐洲標準化委員會（ComiteEuropeende

Normalisation，CEN）近年來取消了原WGl0(移動機械操作的工效學設計原則)

和WGl2(機械設計的工效學綜合原則)，而更多的精力放在了WG5人機交互的標

準制修訂上，歐盟的工效學標準涉及工作設備、顯示器、手工操作和噪聲、機械

振動、光射線及電磁場等方面的設計要求和原則。但同樣沒有載人潛水器這一特

定領域的相關標準值得借鑒。美國在人類工效學標準的制修訂及應用方面一直走

在世界的前列，美國國防部更是成立了工效學工程技術咨詢組(DoDHFETAG)，并

根據(jù)技術發(fā)展領域，組建了包括標準化、控制與顯示、人因工程/人機系統(tǒng)整合

的管理與應用、用戶-計算機交互、人因素測試評價、人體建模與仿真等在內的

12個子咨詢組(SubTAGs)。但目前依然沒有適用于載人潛水器這一新興海工裝備

的艙室人機交互設計標準頒布。

縱觀國內，根據(jù)全國人類工效學標準化技術委員會(TC7)統(tǒng)計，我國目前現(xiàn)

行的國家標準、國家軍用標準、行業(yè)標準和企業(yè)標準較難滿足產品設計、生產及

評價對工效學標準實用性的要求。究其原因，一方面是定性的指導原則較多（約

占27.3％），在—些設計數(shù)據(jù)要求中，定性原則也過多；另一方面，雖然在分技

術委員會的設置中，針對工效學學科的特點，對工效學大的領域方向已經(jīng)確定，

但其子一級的劃分及對應的標準還需要進行補充]。

10

我國現(xiàn)行的人類工效學標準主要包含術語標準、設計指導原則、人體參數(shù)、

人體模板設計、照明測量方法等?，F(xiàn)行工效學標準主要缺乏人體工作能力以及工

效學評價兩方面內容。（1）人工作能力除了和年齡、地域相關外，其具體內容不

僅僅是其形態(tài)參數(shù)(即身高、臂長、胸圍等)，還應包括人體反應時、操作力、肌

肉疲勞、腦力負荷、對信息的感知量等方面，這些是科技進步后，人機交互設計

所需要的基礎數(shù)據(jù)；（2）目前我國僅在武器裝備人機環(huán)境系統(tǒng)工程國家軍用標準

中規(guī)定了初步的工效學評價方法，而現(xiàn)有的人類工效學國家標準對此方面的內容

較少，尚不具有系統(tǒng)性。工效學評價標準主要應從評審程序設計、測試評價方法、

主觀量表設計和受試者選拔等方面入手，制定合理規(guī)范的科學程序和分析手段。

這也對人機交互設計標準提出了新的要求。深海載人潛水器艙室人機交互設計及

測評技術有其行業(yè)特殊性，不管是國際標準、歐盟標準、美國標準還是我國的國

家標準、國家軍用標準、行業(yè)標準及企業(yè)標準現(xiàn)階段均不能滿足深海載人潛水器

艙室人機交互設計及測評技術的要求。

載人航空航天與載人深潛是我國“上天入?！钡那把丶夹g研發(fā)重點布局。2014

年9月，美國《Science》雜志隆重推出英文?？疕umanPerformanceinSpace：

AdvancingAstronauticsResearchinChina，（《航天員能力與績效：中國航天

人因工程研究進展》），集中展示了我國載人航天人因工程在人機交互設計與乘組

認知行為等方面的創(chuàng)新性學術研究成果。近年來，我國載人深潛技術突飛猛進，

但在“潛航員”與“載人深海潛水器”的人機交互設計標準技術等方面還處于

起步階段。為滿足《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和

2035年遠景目標綱要》提出的“瞄準深地深海等前沿領域，實施一批具有前瞻

性、戰(zhàn)略性的國家重大科技項目”的部署，加快載人深潛與作業(yè)人員的人機交互

設計及其標準研究迫在眉睫。

深海載人潛水器艙室人機交互設計及測評技術標準的研究將對現(xiàn)有潛器艙

室人機交互設計的維護改造、新型潛器設計研發(fā)等方面提供數(shù)據(jù)支撐，也同時將

在載人潛水器質量控制與評價、降低深海裝備研發(fā)成本、縮短研制生產周期、降

低研制風險、提升設備兼容性和可擴張性能以及充分發(fā)揮潛航員與潛器的的整體

效能等方面體現(xiàn)重要的理論意義和實際應用價值。

11

（三）標準結構框架

標準起草組在確定了標準主要技術指標和主要內容的基礎上，編制完成了

《載人潛水器艙室人機交互技術要求》征求意見稿。征求意見稿結構及主要內容

為：前言、正文（共5章）、參考文獻。標準正文結構如下：

1.范圍

本標準規(guī)定了載人潛水器艙室人機交互技術要求，包括一般要求和技術要求。

本標準主要適用于載人潛水器的艙室人機交互建造或改造設計。

2.規(guī)范性引用文件

GJB898-1990工作艙(室)溫度環(huán)境的通用醫(yī)學要求

GJB1006-1990飛機座艙告警基本要求

GJB2873-1997軍事裝備和設施的人機工程設計準則

3.術語和定義

主要包括人類工效學、交互系統(tǒng)、人-機-環(huán)境系統(tǒng)、人-機界面、操作者及

以人為中心的設計方法。

4.一般要求

人機工程學是按照人的特性來設計和優(yōu)化人一機一環(huán)境系統(tǒng)的科學，是一門

讓技術人性化的科學。其方法和手段涉及心理學、生理學、醫(yī)學、人體測量學、

美學和工程技術領域，最重要的特征就是將人作為系統(tǒng)工作中的關鍵環(huán)節(jié)，探究

人與機器以及環(huán)境之間的相互作用，有針對性地進行調整，從而使整個系統(tǒng)運轉

達到最優(yōu)化的效果。在這個過程中，機器和環(huán)境的設計要充分考慮到人的因素，

盡可能做到符合人的生理、心理特征，給人創(chuàng)造一種舒適、安全的工作環(huán)境，與

此同時盡可能地保證較高的工作效率。

駕駛艙空間是典型的人—機—環(huán)境系統(tǒng)，創(chuàng)造一個適宜于駕駛員心理特征的

自然、輕松、安全的駕駛環(huán)境至關重要。在潛器艙室設計方面，最重要的理念就

是堅持“以人為本”，保證潛航員操作的安全性，其次是提高作業(yè)效率，與此同

12

時，還需要最大程度地改善艙室的舒適性。本世紀初，國際海底區(qū)域競爭形勢日

益激烈，我國自主研制深海載人潛水器的條件已經(jīng)成熟，國家決策部門將此項目

實施提上議事日程。然而，載人潛器的研發(fā)是一項復雜的系統(tǒng)工程，國內外相關

的文獻資料較少，需要國內的優(yōu)勢力量聯(lián)合攻關。我國潛器載人艙內人機工效設

計理論方法還不夠完善。伴隨下一階段載人深潛事業(yè)的發(fā)展，需要對現(xiàn)有的艙內

環(huán)境人機工效設計加以改進并建立系統(tǒng)化、理論化并適合我國國情的設計原則和

方法。本章節(jié)為載人潛水器艙室人機交互的一般要求，編寫組主要以普通人類工

效學原則為基準，對艙室內人機交互的目標、功能分配、人機工程設計、故障-

安全保護設計、設計簡化及交互作用等進行規(guī)定。本部分主要參考相關國內及軍

隊公開發(fā)布的人類工效學標準的一般要求或通用要求進行整合，從而提出滿足載

人潛水器艙室人機交互的一般要求。

5.技術要求

本標準的制定基于前期相關實驗研究，研究主要通過人機交互設計中常用的

三種評價方法初步建立全海深載人潛水器艙內界面布局綜合評價模型：（1）主任

務測量法：采用視覺績效作為評價值，主要指標是“艙內界面信息位置布局和前

景/背景色視覺搭配評價”任務中的反應時和正確率；（2）生理測量法：將艙內

界面布局評價實驗中所測得的全部的眼動參數(shù)、肌電參數(shù)、心電參數(shù)、腦電參數(shù)

和血壓等作為主要指標；（3）主觀評價法：將艙內界面布局評價實驗中用到的主

觀感覺量表、狀態(tài)焦慮量表和運動自覺量表的數(shù)據(jù)作為參考指標。將每種方法得

到的評價值按權重系數(shù)進行加權平均，得到每種方法的某個設計方案的評價值，

最后再將3種方法加權平均，得到每個設計方案的評價值，確定全海深載人潛水

器艙內界面布局的最佳方案。實驗對全海深載人潛水器艙室界面布局的以下方面

進行了評價：（1）顯示屏前景色/背景色視覺搭配和關鍵信息顯示位置布局設計

評價；（2）持續(xù)性注視顯示裝置布局評價，主要是對艙室主顯示屏的位置布局評

價；（3）持續(xù)性操縱裝置布局評價，主要是對工作面板操縱桿的位置布局評價；

（4）反復性操縱裝置布局評價，主要是對主顯示屏周邊扳鈕位置布局評價；（5）

主駕駛座椅腰靠角度設計評價。

對于全海深潛器艙室設計而言，還有一個不容忽視的就是艙室照明。研究光

13

照對作業(yè)績效的影響是近年來國際照明、人因工效學、醫(yī)學領域一個重要的研究

方向。早在1996年，日本學者SatoM已提出熒光燈光源對人體生理功能存在著

視覺及非視覺效應2種不同影響；2002年，DavidBerson等人發(fā)現(xiàn)并確認了人

眼的非視覺效應(Citropiceffect)現(xiàn)象；Yasukouchi等通過實驗描述了照明光

源對人體非視覺生理功能作用的神經(jīng)通路。此后，通過生理、心理等途徑研究人

工照明照度、色溫對作業(yè)績效的影響認逐漸成為研究領域的一個學術熱點。

Higuchi的研究結果表明，在照度分別為30lx和150lx時，5000K時的Alpha波

衰減系數(shù)比3000K時明顯。說明與3000K色溫相比，5000K色溫對大腦的興奮作

用更明顯。Kuller和Wetterberg研究了光源色溫度對人體腦電圖的作用，指出

在高色溫的作用下，腦電圖中Alpha波成分的減少比低色溫時明顯。Inaba也報

告了在5000K的光源作用下大腦皮層枕葉上的Alpha成分比7500K時為多。這都

說明光源色溫度越高，腦電中Alpha波的成分就越少。Deguchi和Sato的研究

結果表明，高色溫對CNV主波期待波的波幅和持續(xù)時間有明顯的影響。在高色溫

的作用下其振幅升高，持續(xù)時間延長。這證明高色溫能引起人體大腦皮質覺醒水

平的提高。在主觀評價方面，低色溫嗜睡在時比在高溫時為之顯著，但對工作的

緊張性和注意力在高溫時比在低溫時為高。Ejima和Yasucouchi研究了人體在

進行視覺顯示終端作業(yè)時光源色溫度對CNV的作用，結果表明，在高色溫作用下

人體的覺醒水平比在低色溫時為高。Inoue研究了色溫度對人體臨界閃光融合頻

率（CFF）的影響，發(fā)現(xiàn)在6700K時CFF比在5000K時為低。睜眼閉眼的次數(shù)明

顯為多，腦力活動效率下降?？傊庠瓷珳貙θ梭w的中樞神經(jīng)系統(tǒng)有著明顯的

作用，主要表現(xiàn)為在高色溫光源下，中樞神經(jīng)的興奮性升高，易疲勞，且恢復速

度慢。潛器由于其特殊性，其照明全部依賴于內置光源，要實現(xiàn)載人潛器艙內的

人—機—環(huán)境的最優(yōu)組合，還必要考慮照明設置。真正做到需要滿足工效學多目

標多屬性的特點，應用智能化設計的思想，在人—機界面設計、作業(yè)場所布局設

計和作業(yè)環(huán)境設計與控制研究等方面做到優(yōu)化。

在潛器艙室照明設計方面，可以采用控制變量法對光源照度和色溫系統(tǒng)與潛

航作業(yè)績效的關系進行研究，理想的深潛器艙室照明不僅可以幫助潛航員看清物

體，順利的完成工作，并且還應該給潛航員以最大的舒適感，有效降低因工作而

造成的視疲勞，比如，眼酸、眼脹、沉重感、眼干澀、異物感、流淚、畏光、模

14

糊、重影、文字跳動或串行、頭痛、眩光等，從而維持潛航員為完成操作任務的

視適應性以及良好的視覺敏銳度。當照明條件不良時，可見度就會變差，不舒適

的光環(huán)境對人眼的角膜和虹膜造成傷害，引起視疲勞和視力下降，潛航員就可能

會出現(xiàn)眩光和視力下降等癥狀，這勢必導致潛航員出現(xiàn)空間失定向、眼動神經(jīng)功

能改變和主動視覺退化、手動控制能力下降、平衡和運動功能障礙等，最終對事

件或突發(fā)狀況的反應時間產生影響，進而會影響深潛作業(yè)安全。對于長時間處于

深海特殊環(huán)境操作精密儀表盤的潛航員來說所導致的后果是不堪設想的?？梢栽?/p>

不同的光源照度和色溫條件下，對人體生理功能進行檢測，利用心率測量儀、血

壓儀以及腦電測量儀等設備測量潛航員的心率、體溫、血壓、心輸出量，心率變

異性、腦電圖和生理節(jié)律等數(shù)據(jù)，對其生理功能進行評估，通過生理數(shù)據(jù)的反饋

來評價艙室照明系統(tǒng)，從而優(yōu)化艙室照明設置，改善舒適性，提高作業(yè)績效。

在人機交互設計方面，主要采用肌電測量法來評價其合理性，以人體的肌肉

疲勞為依據(jù)對操作臺布局進行設計與評價，使艙室布局能夠最大程度減輕潛航員

在狹小艙室內作業(yè)所帶來的肌肉疲勞感。潛航員采用坐姿，主要利用上肢進行作

業(yè)，以座椅中心為原點，利用計算機技術計算出雙手可達區(qū)域，在此區(qū)域內對操

作臺上各個部分的位置進行調整，比如，之前由于空間限制，機械手操作手柄與

輔助操作手柄的距離較近，容易誤操作，存在一定的安全隱患，現(xiàn)在空間變大，

可以在雙手可達區(qū)域內將這兩個操作手柄的距離適當拉開。前期在實物模型上采

用問卷調查方式確立操作臺布局方案，之后利用表面肌電儀來研究潛航員上肢的

疲勞特點，除此之外還需要監(jiān)測潛航員的頸部疲勞?？紤]到潛航員的作業(yè)特性—

—負荷低，時間長，采用30%最大肌力的負荷進行模擬，要求受試者保持指定動

作，直至完全疲勞。對不同布局情況下的肌肉疲勞時間進行對比，從而對布局方

案進行評價。

在顯示屏設計方面，主要采用眼動儀對顯示內容的布局進行設計與評價。深

潛作業(yè)時，潛航員要在特定環(huán)境中操作和管理復雜系統(tǒng)和各種數(shù)字化設備，既要

靠細致的注視來完成精確的控制動作，又要靠眼睛來觀察環(huán)境，同時還必須時刻

關注顯示屏上的內容，而顯示屏內容主要包括時間位置組合儀表、轉速表、壓力

表、雷達屏幕、指示燈、信號燈、報警器、聲納表、駕駛導航系統(tǒng)、艙室環(huán)境實

時監(jiān)控系統(tǒng)、計算機終端等等，這對潛航員的視覺挑戰(zhàn)很大，因此，我們需要優(yōu)

15

化顯示屏的布局，減輕潛航員的負擔。前期通過專家評定法以及問卷調查法對視

覺信息重要度與觀察頻度進行調研，進而對這些視覺信息進行整合，然后確立布

局方案。利用眼動儀記錄注視軌跡、注視時間、回視次數(shù)等數(shù)據(jù)，對潛航員在不

同作業(yè)條件下視覺搜索策略以及不同信息顯示方式下認知效果進行對比，從而對

顯示屏界面中的信息顯示方式進行詳細設計。

在座椅設計方面，由于坐姿是潛航員在下潛作業(yè)時的基本姿態(tài)，良好的坐姿

舒適性可以提高潛航員的作業(yè)績效。我們可以采用人體壓力分布測量法來評價座

椅的舒適性，因為身體各部分的受力情況與主觀舒適度有直接的關系，而且，有

研究表明，人體壓力分布不合理容易引起人體的疲勞。因此，我們可以選用

Xsensor體壓測試儀測量受試者坐在座椅上時，座椅對受試者臀部、腿部等部位

產生的壓力，儀器可以記錄測量的數(shù)據(jù)，配合受試者的主觀反饋，對數(shù)據(jù)進行分

析和處理，并借助計算機進行一定的運算，形成與人體契合的曲面，進而用于優(yōu)

化座椅的設計。另外，如果空間允許的話還可以增設1~2個簡易的座椅，讓副駕

駛也能夠在更舒適的條件下進行作業(yè)。

本標準中相關技術要求除采用前期研究成果外，對影響載人潛水器艙室人機

交互的其他方面通過國內外文獻調研進行了補充完善。主要包括：

工作環(huán)境要求（艙內照明、通風及空氣組分、熱容限和舒適區(qū)）、控制器要

求（持續(xù)性操縱裝置、反復性操縱裝置、操作負荷的分配、過載條件下的操作、

多轉控制器、控制器的運動方向、防意外啟動）、人-機界面要求（一般準則、相

互作用、告警/警告、顯示器照明、顯示屏前景色-背景色、顯示器信息布局）、

座椅設計要求（容腳空間、容膝空間、主駕駛座椅、副駕駛座椅）。

本標準屬于交通運輸救撈與水下工程標準化技術委員會標準體系“301潛水

與高氣壓設備”中的“301.2潛水設備”分支，見圖1。

16

圖1標委會標準體系表

6.實施的過渡期要求

考慮到標準中所規(guī)定的相關技術要求需要于標準發(fā)布后在行業(yè)內進行宣貫，

建議標準發(fā)布3個月后開始實施。

7.參考文獻

本標準術語和定義的來源文件及正文中作為資料性引用的文件均以參考文

獻的形式在本章列出。主要包括：

[GB/T4025-2010人機界面標志標識的基本和安全規(guī)則指示器和操作器件

17

的編碼規(guī)則

GB/T14774-1993工作座椅一般人類工效學要求

GB/T16251-2008工作系統(tǒng)設計的人類工效學原則

GB/T18976-2003以人為中心的交互系統(tǒng)設計過程

GB/T22188.1-2008控制中心的人類工效學設計第1部分：控制中心的設

計原則

GJB897A-2004人-機-環(huán)境系統(tǒng)工程術語

三、主要試驗的分析綜述報告、技術經(jīng)濟論證或預期的經(jīng)濟效果

（一）主要試驗的分析綜述報告

為解決在全海深載人深潛器駕駛艙評價中結果主觀性強、缺乏用戶客觀數(shù)據(jù)

支撐的問題，本項目提出了多指標聯(lián)合評價載人深潛器駕駛艙界面的評價方法，

將潛航員對駕駛艙整體布局的客觀認知生理量作為艙室評價的指標。并對處理后

的生理、心理數(shù)據(jù)進行相關性進分析。項目組前期依托國家重點研發(fā)計劃項目《全

海深載人潛水器總體設計、集成與海試》子課題“駕駛艙人機環(huán)設計研究”以及

上海市科學技術委員會“科技創(chuàng)新行動計劃”技術標準研究項目“載人潛水器艙

室人機交互設計及測評技術標準研究”系統(tǒng)開展了載人潛水器艙室人機交互設計

及測評技術研究，記錄并分析載人潛水器艙室設計中受試對象的生理參數(shù)、主觀

評價分數(shù)以及任務績效成績，研究思路如圖2所示。編寫組通過對前期研究成果

及國內外文獻調研的分析匯總對滿足載人潛水器艙室人機交互設計中的人機界

面色彩搭配、可視性、可達性、舒適性、作業(yè)空間等參數(shù)要求進行進行了標準界

定。

18

提出問題載人潛水器艙室人機交互設計及測評技術標準研究

人機交互設計研究內容測評技術

分析問題

位置布局設計色彩布局設計位置設計測評色彩設計測評

顯示屏、前景色生理測量法：

心電、腦電、肌電、血壓、眼動…

儀表盤…背景色

主任務測量法：

持續(xù)性前景色/

解決問題反應時、正確率。

操作裝置背景色搭配

主觀評價法：

反復性

視覺模擬評分、狀態(tài)焦慮評分…

操作裝置

對現(xiàn)有潛器艙室人機交互設計的維護改造、新型潛器艙室設

應用實踐

計研發(fā)以及作為其他行業(yè)領域艙室人機交互設計及測評的參

圖2研究思路

根據(jù)技術路線，本標準主要對載人潛水器艙室人機交互設計及測評技術要

求的以下方面進行標準化研究：①持續(xù)性注視裝置布局評價，主要是對艙室顯

示屏、儀表盤的位置布局評價；②持續(xù)性操縱裝置布局評價，主要是對艙室內

方向桿、油門桿、節(jié)流閥、部分旋鈕、拉桿、觸摸板等裝置的位置布局評價；

③反復性操縱裝置布局評價，主要是對艙室面板上的旋鈕、按鈕、開關、撥

桿、觸摸屏、閥門等控件的位置布局評價。④艙內界面前景/背景色視覺搭配

評價，主要是對艙內顯示屏、儀表盤和警報燈等的色彩搭配評價。具體開展的

試驗驗證、論證的內容如下：

19

1.實驗一：前景色/背景色視覺搭配和關鍵信息顯示位置布局設計評價

選取界面設計中常用的白色、黑色、和灰色為背景色，選取白色、黑色、紅

色。綠色和藍色座位前景色。分析不同前景色/背景色搭配時受試對象的視覺績

效，包括行為學指標（反應時和正確率）以及生理學指標（眼動數(shù)據(jù)和腦血流數(shù)

據(jù)等）。從而提出艙室顯示屏顏色搭配和關鍵信息位置的應用建議，見表2。

表2實驗顏色搭配

背景色前景色RGB色標色樣

黑色000

藍色00255

白色

綠色02550

紅色25500

白色255255255

藍色00255

黑色

綠色02550

紅色25500

白色255255255

黑色000

灰色藍色00255

綠色02550

紅色25500

測驗前，讓被試進行練習實驗，熟悉實驗情境。正式實驗過程中，被試坐于

距離顯示器屏幕70cm的座椅上，雙目與屏幕保持水平，會看到屏幕中央有一個

十字注視點，屏幕被分為七個區(qū)域（見圖3），每個區(qū)域隨機呈現(xiàn)一個個位數(shù)數(shù)

字，即0-9，讓被試判斷所呈現(xiàn)數(shù)字是奇數(shù)還是偶數(shù)，并通過按“F”鍵和“J”

鍵進行反應。每次只呈現(xiàn)一個數(shù)字，單個區(qū)域0-9各呈現(xiàn)兩次，共20個試次，7

個區(qū)域共有140個試次，數(shù)字和呈現(xiàn)區(qū)域都是隨機的。按前景色/背景色搭配不

同共呈現(xiàn)13輪顏色視覺刺激實驗。每輪實驗中視標呈現(xiàn)的時間間隔均為1200ms，

目標刺激呈現(xiàn)時間均為350ms，視覺刺激呈現(xiàn)流程見圖4。視覺刺激由E-prime

軟件呈現(xiàn)，視覺刺激過程中軟件后臺實時記錄受試對象每次按鍵的反應時和正確

率。同時測定受試對象的眼動、腦血流、心電、腦電和血壓等生理數(shù)據(jù)。

20

圖3艙室主界面顯示屏模擬布局示意

圖4視覺刺激呈現(xiàn)流程

2.實驗二：主顯示屏位置設計評價

方案一：艙內主顯示屏位于操作人員正前方

受試對象端坐于主駕駛位，正視前方，持續(xù)5min。測量注視期間的胸鎖乳突

肌、頭夾肌肌電圖以及眼動、心電，腦電和始末血壓，并于任務前后完成主觀

感覺評價、狀態(tài)-焦慮量表和運動自覺量表評價。

21

方案二：艙內主顯示屏位于操作人員上前方

受試對象端坐于主駕駛位，頸部后伸15°，眼睛目視上前方，持續(xù)5min。

測量指標同方案1。

3.實驗三：操縱桿位置設計評價

方案一：操縱桿位于工作面板右側

受試對象端坐于主駕駛位,保持姿勢1不動，持續(xù)5min。測量5min期間肱

橈肌、三角?。ㄇ安浚┖托狈郊〖‰妶D、眼動、心電、腦電和始末血壓，并于任

務前后完成主觀感覺評價、狀態(tài)-焦慮量表和運動自覺量表評價。

方案二：操縱桿位于工作面板中間

受試對象端坐于主駕駛位,保持姿勢2不動，持續(xù)5min。測試同方案1。

4.實驗四：主顯示屏周邊扳鈕位置設計評價

方案一：扳鈕位于主顯示屏左右兩側

受試對象端坐于主駕駛位,按節(jié)拍器節(jié)奏每1.5s用右手食指觸碰左右兩側的

扳鈕，順序為從上到下，從左到右。持續(xù)5min，測量5min期間肱橈肌、三角肌

（前部）和斜方肌肌電圖、眼動、心電、腦電和始末血壓，根據(jù)運動自覺量表評

價讓被試在感覺有些吃力、吃力和非常吃力時報告，并于任務前后完成主觀感覺

評價、狀態(tài)-焦慮量表。

方案二：扳鈕位于主顯示屏上下兩側

受試對象端坐于主駕駛位,,按節(jié)拍器節(jié)奏每1.5s用右手食指觸碰上下兩側的

扳鈕，順序為從上到下，從左到右。測試同方案1。

5.實驗五：主駕駛座椅腰靠角度設計評價

本實驗對靠背-座面95°角、靠背-座面105°角和靠背-座面115°角（見圖2.8）

三個方案進行評價。受試對象端坐于1:1定做的主駕駛座位,持續(xù)20min，測量

20min期間的股直肌、豎脊肌和斜方肌肌電圖、心電、腦電、始末血壓及座位壓

22

力分布變化，并于任務前后完成主觀感覺評價、狀態(tài)-焦慮量表和舒適度評價。

（二）預期的經(jīng)濟效果

為解決在全海深載人深潛器駕駛艙評價中結果主觀性強、缺乏用戶客觀數(shù)據(jù)

支撐的問題，本項目提出了多指標聯(lián)合評價載人深潛器駕駛艙界面的評價方法，

將潛航員對駕駛艙整體布局的客觀認知生理量作為艙室評價的指標。并對處理后

的生理、心理數(shù)據(jù)進行相關性進分析。

該方法可以避免人為設計駕駛艙界面的主觀性，實現(xiàn)相對客觀的設計方案評

選，為載人深潛器駕駛艙界面認知評價提供了更為豐富的評價指標，有效降低了

在設計階段由于前期設計方案評選失誤而造成后期資金投入的風險。本項目研究

成果可為現(xiàn)有潛水器艙室人機交互設計的維護改造、新型潛水器艙室設計研發(fā)以

及其他行業(yè)領域艙室人機交互設計測評提供參考。

四、采用國際標準和國外先進標準的程度

經(jīng)調研，國外目前沒有專門針對深海載人潛水器的相關國際標準，本標準規(guī)

定的術語詞條全部參照國內現(xiàn)行標準或行業(yè)相關專著及教材。

五、與有關的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性國家標準的關系

本標準中所涉及的內容在以往研究成果的基礎上，結合我國載人深潛現(xiàn)階段

的實際情況編制，與現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性標準協(xié)調一致。

六、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

23

七、標準過渡期的建議

建議標準發(fā)布3個月后開始實施。

標準中所規(guī)定的相關技術要求需要于標準發(fā)布后在行業(yè)內進行宣貫，考慮標

準發(fā)布后3個月后開始實施。

八、廢止現(xiàn)行有關標準的建議

無。

九、其他應予說明的事項。

無。

24

交通運輸行業(yè)標準

載人潛水器艙室人機交互技術要求

（征求意見稿）

編制說明

標準起草組

2022年1月

一、工作簡況

（一）任務來源

根據(jù)《交通運輸部關于下達2021年度交通運輸標準計劃（第一批）的通知》

交科技函〔2021〕136號，由上海交通大學、上海交大海洋水下工程科學研究院

有限公司等單位完成《載人潛水器艙室人機交互技術要求》（項目編號：JT2021-

21）的起草工作。

（二）標準起草單位、主要起草人員及其工作內容

1．標準起草單位

上海交通大學、上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司、深圳市杉葉實

業(yè)有限公司、交通運輸部上海打撈局、中國船舶重工集團公司第七〇二研究所。

（1）上海交通大學

上海交通大學是我國歷史最悠久、享譽海內外的著名高等學府之一，是教育

部直屬并與上海市共建的全國重點大學。經(jīng)過120多年的不懈努力，上海交通大

學已經(jīng)成為一所“綜合性、研究型、國際化”的國內一流、國際知名大學。上海

交通大學海洋水下工程科學研究院是國內最具有實力的專門從事水下工程和潛

水醫(yī)學、高氣壓醫(yī)學、水下技術與裝備研究的單位，在工程技術應用、開發(fā)研究

和標準化研究等方面取得了豐碩成果。單位下設高壓氧艙研究實驗室、水下環(huán)境

模擬實驗室、特殊環(huán)境生理醫(yī)學研究所等研究機構，具有先進的專業(yè)科學實驗設

施和設備，其中3MPa潛水實驗高壓艙群和水下環(huán)境條件模擬實驗室處于國內領

先地位。高壓艙群及飽和潛水設備系統(tǒng)由一個38m3水艙和兩個各18m3主艙構

成的3MPa高壓艙群及飽和潛水設備系統(tǒng)，可模擬水下300m深處的飽和潛水作

業(yè)和生活環(huán)境。為拓展?jié)撍t(yī)學和高氣壓、高原醫(yī)學的研究，特殊環(huán)境生理醫(yī)學

研究所于2012年建成6MPa潛水動物實驗艙，同時可模擬海拔10000m高原環(huán)

境。單位特殊環(huán)境生理醫(yī)學研究所主要通過生理和醫(yī)學實驗方法，研究安全、高

效、實用的潛水技術，包括：潛水減壓過程中的生理醫(yī)學實驗研究、潛水作業(yè)減

壓程序的實驗研究、潛水安全及潛水事故后鑒定管理、潛水病的臨床及機理的試

驗研究、高壓氧治療、新型潛水裝具及其生理醫(yī)學要求等科學研究。其中在3MPa

1

潛水實驗高壓艙群中進行了多次中美合作科學實驗，包括25m氮氧飽和空氣反

復巡潛和60m～80m氦氮氧巡潛實驗，填補了國內空白，達到國際先進水平。

項目組成員均具有多年參加國家和行業(yè)標準編寫、修訂和審核等方面的經(jīng)驗，已

完成數(shù)項國軍標編寫工作，對潛水作業(yè)、潛水員健康等方面也開展了許多研究，

積累了豐富的研究經(jīng)驗，并取得了豐碩的研究成果，為本項目研究工作的開展奠

定了基礎。

（2）上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司

上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司為上海交通大學直管的專業(yè)從

事水下工程研發(fā)及技術服務的高新技術企業(yè)。前身為上海海洋水下工程科學研究

院，是交通部1978年成立的專業(yè)從事水下工程技術研究的部屬一級科研單位。

成立初期命名為交通部海上救撈科學研究院。1982年由交通部和石油部共管，

改名為交通部石油部海洋水下工程科學研究院。之后又更名為上海海洋水下工程

科學研究院。2001年，隨著國家科技體制改革，正式并入上海交通大學，更名為

上海交通大學海洋水下工程科學研究院。2004年4月，注冊成立為上海交大海

科（集團）有限公司，專業(yè)從事水下工程技術領域的研究開發(fā)和技術服務。2016

年，更名為上海交大海洋水下工程科學研究院有限公司。本公司屬于水運交通和

海洋工程行業(yè)，是目前國內唯一集水下工程技術研發(fā)、工程施工、專業(yè)設備開發(fā)

銷售、潛水培訓和潛水生理醫(yī)學為一體的綜合性水下工程技術研發(fā)單位。作為高

新技術企業(yè)和上海市專精特