舰船舱室某些物理因素复合作用的主因素分析
作者：徐瑞俊 刘忠权 唐志文 梁振福 王珏 余浩
单位：(海军医学研究所，上海 200433)
关键词：舰船；物理因素；复合作用；主因素
海军医学杂志000302 [摘要] 目的：探讨舰船环境因素复合作用对舰员影响的作用规 律。 方法：采用综合平衡法对模拟舰船3种物理因素复合作用的实验结果 进行分析。结果：影响听阈偏移和视觉对比敏感度函数的主因素分 别是噪声和照明，而温湿度是影响视、听反应时和肛温的主因素，同时获得了3种物理因素 对舰员影响的最佳和最差量级组合。结论：为了舰员的健康，对最 差量级组合，即高噪声、低照度、高温高湿应予控制。
[中图分类号] R835.1 [文献标识码] A
[文章编号] 1009-0754(2000)03-0197-04
, 百拇医药
Principal Factor Analysis of the Combined Effects of
Certa in Shipboard Physical Factors
XU Rui-jun, LIU Zhong-quan, TANG Zhi-wen， et al
(Naval Medical Research Institute, Shanghai 200433，China)
Abstract: Objective:To explore the rule of combined e ffe cts of certain shipboard physical factors on the shipcrew. Methods: Simulated experiments were made on the combined effects of such f acto rs as noise, illumination, heat and humidiy on human performance. Combined e ffec ts of principal factors were obtained by using overall balance method. Results：The principal factor that induced hearing threshold shift wa s noise, while the factor that affected the visual contrast sensitivity function value was illumination. Our experiments also indicated that heat and humidi ty we re principal factors affecting auditory and visual reaction time but rectal te mperature as well. At the same time, the best and worst combination of the thr ee p hysical factors were obtained pertaining to the combined effects on the shipcrew . Conclusion:It is suggested that the worst combinations o f intense noise, low lighting, high temperature and humidity, should be cont rolled for the health of the shipcrew.
, 百拇医药
Key words： shipcrew； physical factor； combined effect； principal factor
随着人机环系统工程研究的深入，单一因素对人体作用的研究已越来越不能 满足实际的需要，有关特殊环境复合因素的实验研究正在兴起，随之也提出了不少有关复合 实验的、多因素多量级实验数据的统计分析方法，从而为获得更加科学、更加严密、揭示内 在变化规律的可靠结果，提供了有效手段。本研究采用综合平衡法，即对各项测试指标，先 按单一指标进行分析，找出影响该指标变化的主因素，然后再把各个指标计算分析的结果进 行综合平衡，从而确定各因素水平的最佳和最差组合。
1 资料与方法
1.1 实验条件 模拟舰船人体舱26 m3，选取舰船常见物理因素3种 ， 即噪声、照明和温湿度(这里温度和湿度构成一个组合因素)，每种因素各设3个量级水平(见 表1)，分别相应于舒适、安全和极限3种功能状态。
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表1 3种因素的量级水平 量级水平
噪声(dBA)
照明(lx)
温 湿 度
温度(℃)
湿度(%)
Ⅰ
75
6
25
65
Ⅱ
85
, http://www.100md.com
80
30
75
Ⅲ
95
200
35
85
实验对象为6名健康男性，年龄22～39岁。按表2所列不同量级因素组合，共进行6组实验， 其中第1组对应较好的工况，第5、6组对应较差工况。暴露时间模拟舰船值更制度，进舱暴 露4 h，休息4 h，再暴露4 h。每组实验进行1 d，累计暴露8 h。表2 6组实验各因素的量级安排 组别
噪声
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照明
温湿度
1
Ⅰ
Ⅲ
Ⅰ
2
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
3
Ⅲ
Ⅲ
Ⅰ
, 百拇医药
4
Ⅰ
Ⅰ
Ⅲ
5
Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
6
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
1.2 指标 测试指标包括：(1)听觉指标：暴露后对应7种频率的听阈偏 移(简称阈移，为暴露前后阈值之差)；(2)视觉指标：对比视力、对比敏感度函数(CSF)；(3 )心理工效：听反应时、视反应时、记忆扫描、注意广度、视鉴别、两位数表和运算能力 等；(4)肛温。有关本实验的详细测量结果见引文[1]。
, 百拇医药
1.3 统计方法 从上述指标中选择在暴露后较暴露前有显著性变化([ WT5BX〗P<0. 05)的6项指标进行主因素分析。这些指标是：2 kHz阈移、4 kHz阈移、峰频CSF、听反应时 、视反应时和肛温。采用综合平衡法[2]，首先计算对应各因素3个量级的每项指 标的平均值，从中可看出各因素不同量级对每项指标影响的变化规律。
当因素量级从小到大改变时，指标值有最大变化的因素，就是影响该指标变化的主因素。它 可以通过计算各因素的离均差平方和(Si)来确定，其公式为：
Si=∑3j=1(Yij-Y)2
式中i,j=1，2，3分别代表因素和量级，Y代表某指标6组实验的平均值，Yij代表第 i个因素第j个量级对应的指标平均值，显然Si最大者，即为主因素。
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为了确定最佳、最差因素的量级组合，首先必须明确指标的最佳、最差变化趋势，显然阈移 越小越好；视觉CSF值越高越好；视、听反应时越短越好；肛温越接近37 ℃越好。依据以上 原则，根据实测指标随量级的变化图和影响指标的主因素，经综合平衡即可获得本研究因素 的最佳、最差量级组合。
2 结 果
2.1 各指标对应因素量级的变化规律 依据6次实验的测量结果，对应 各因素不同量级的指标平均值及6次实验的平均值列于表3。将这些值按因素量级变化作成曲 线，见图1。从该图可以清楚地看出不同因素对指标的影响大小，如噪声对阈移的影响最大 ，照明对视觉CSF影响最大，温湿度对视、听反应时和肛温影响最大。
表3 各指标对应因素量级的平均值 指 标
噪 声
照 明
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温湿度
实验
平均值
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
2 kHz阈移(dB)
2.7
, 百拇医药
4.2
15.9
10.2
4.2
8.4
8.4
11.5
2.9
7.6
4 kHz阈移(dB)
3.1
7.1
29.3
, http://www.100md.com
15.1
7.1
17.3
17.3
18.2
4.0
13.2
峰频CSF
77.2
75.6
70.3
68.5
75.6
, 百拇医药
79.0
79.0
71.5
72.6
74.4
听反应时(ms)
322
331
323
329
331
316
316
, 百拇医药
329
331
325
视反应时(ms)
292
299
294
302
299
284
284
296
305
, 百拇医药
295
肛温(℃)
37.5
37.6
37.6
37.7
37.6
37.4
37.4
37.5
37.8
37.6
, 百拇医药
图1 各指标随因素量级的变化规律
2.2 引起各指标变化的主因素 表4列出了按公式计算的各因素对应指 标的离均差平方和。从表中可见，对于阈移、噪声的S值最大，故噪声是影响阈移改变的主 因 素；同样，对峰频CSF、照明的S值最大，故照明是影响视觉CSF的主因素；以此类推，温湿 度是影响视、听反应时和肛温的主因素，照明也是影响听反应的主因素。
表4 各因素对应指标的离均差平方和 指 标
噪 声
照 明
温湿度
2 kHz阈移
104.5△
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18.96
37.94
4 kHz阈移
398.4△
57.63
126.45
峰频CSF
26.1
57.41△
16.25
听反应时(ms)
49.0
, 百拇医药
133△
133△
视反应时(ms)
26
186
222△
肛温(℃)
0.01
0.05
0.09△
注：△表示最大值
2.3 最佳、最差量级组合 依据前述最佳、最差因素量级组合的原则， 对5项指标的最佳、最差组合列于表5。其中因诸因素对2种频率阈移的影响相同，故将它们 归并成一项指标。经过5项指标综合平衡，噪声、照明和温湿度对人体影响的最佳组合为A ⅠBⅢCⅠ，最差组合为AⅢBⅠCⅢ。
, 百拇医药
表5 最佳、最差因素的量级组合 指 标
最佳组合
最差组合
听阈偏移
AⅠBⅡCⅢ
AⅢBⅢCⅡ
峰频CSF
AⅠBⅢCⅠ
AⅢBⅠCⅡ
, 百拇医药
听反应时
AⅠBⅢCⅠ
AⅡBⅡCⅢ
视反应时
AⅠBⅢCⅠ
AⅡBⅠCⅢ
肛温
AⅠBⅢCⅠ
AⅢBⅠCⅢ
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综合
AⅠBⅢCⅠ
AⅢBⅠCⅢ
3 讨 论
复合实验中的主因素分析，即在多种因素同时存在同时作用条件下，找出影响某项指标改变 的主要因素，依据诸因素对指标影响大小的顺序，进行综合分析，获得诸因素对人体功能影 响的最佳、最差量级组合，这对于环境因素的合理利用或量级控制有重要意义。进行主因素 分析有方差分析法、工程平均法、综合平衡法等，前者对实验设计的要求严格，譬如要正交 设计，对实验次数有一定要求，优点是结果严谨；但后者比较直观明了，简便宜行，对实验 设计的苛求低，同样获得了满意结果。
本研究依据实艇情况，选择3种因素3种量级，进行人体模拟实验，采用综合平衡法，获得了 影响各指标变化的主因素和最佳、最差量级组合，这为舰船的设计制造提供了重要的人机环 系统工程参数，为制订安全、可靠的舰船卫生学标准提供了科学依据，对保证舰员的健康有 重要意义。
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本研究获得噪声是影响听阈偏移的主因素，照明是影响人眼视功能优劣的主因素，这些结果 与人们的日常体验是一致的。研究表明，温湿度是影响视、听反应时的主因素，旦随着温湿 度量级水平的增大而增大，这主要是在高温高湿的恶劣环境条件下，人体神经功能受到影响 的缘故。研究表明噪声为75 dBA，照明达到200 Lx、温度25 ℃、湿度65%为最佳环境条件， 这时人体的功能状态最好，造船部门应尽量达到这样的量级标准；而噪声为95 dBA，照明仅 6 Lx、温度35 ℃、湿度85%，这是最差的工作条件，舰员在这种条件下工作能力极度低下， 这样的环境条件应尽力避免或予以改善。只有使舰船环境保持上述最佳状态，才能使舰员有 旺盛的精力，最大的工作效率，从而提高战斗力。
本研究受各种因素的限制，在实验设计时没能按正交设计安排实验，在实验因素量级的安排 中，不能做到完全的均衡搭配，此外，每种实验只进行1 d，没有连续重复暴露，因此在数 据处理和结果分析中，可能存在某些不足或欠缺。尽管如此，本实验是3种因素3种量级条件 下的人体实验，实验数据十分宝贵，所得研究结果，仍具有十分重要的指导作用。
[参考文献]
[1] 唐志文，刘忠权，梁振福，等.船舶舱室某些物理因素对人体工效的影响[ J].人类工效学，1997，3(3)：9.
[2] 黄志宏，方积乾主编.数理统计方法[M].北京：人民卫生出版社.19 87，208.
(收稿：1999-11-22), 百拇医药
单位：(海军医学研究所，上海 200433)
关键词：舰船；物理因素；复合作用；主因素
海军医学杂志000302 [摘要] 目的：探讨舰船环境因素复合作用对舰员影响的作用规 律。 方法：采用综合平衡法对模拟舰船3种物理因素复合作用的实验结果 进行分析。结果：影响听阈偏移和视觉对比敏感度函数的主因素分 别是噪声和照明，而温湿度是影响视、听反应时和肛温的主因素，同时获得了3种物理因素 对舰员影响的最佳和最差量级组合。结论：为了舰员的健康，对最 差量级组合，即高噪声、低照度、高温高湿应予控制。
[中图分类号] R835.1 [文献标识码] A
[文章编号] 1009-0754(2000)03-0197-04
, 百拇医药
Principal Factor Analysis of the Combined Effects of
Certa in Shipboard Physical Factors
XU Rui-jun, LIU Zhong-quan, TANG Zhi-wen， et al
(Naval Medical Research Institute, Shanghai 200433，China)
Abstract: Objective:To explore the rule of combined e ffe cts of certain shipboard physical factors on the shipcrew. Methods: Simulated experiments were made on the combined effects of such f acto rs as noise, illumination, heat and humidiy on human performance. Combined e ffec ts of principal factors were obtained by using overall balance method. Results：The principal factor that induced hearing threshold shift wa s noise, while the factor that affected the visual contrast sensitivity function value was illumination. Our experiments also indicated that heat and humidi ty we re principal factors affecting auditory and visual reaction time but rectal te mperature as well. At the same time, the best and worst combination of the thr ee p hysical factors were obtained pertaining to the combined effects on the shipcrew . Conclusion:It is suggested that the worst combinations o f intense noise, low lighting, high temperature and humidity, should be cont rolled for the health of the shipcrew.
, 百拇医药
Key words： shipcrew； physical factor； combined effect； principal factor
随着人机环系统工程研究的深入，单一因素对人体作用的研究已越来越不能 满足实际的需要，有关特殊环境复合因素的实验研究正在兴起，随之也提出了不少有关复合 实验的、多因素多量级实验数据的统计分析方法，从而为获得更加科学、更加严密、揭示内 在变化规律的可靠结果，提供了有效手段。本研究采用综合平衡法，即对各项测试指标，先 按单一指标进行分析，找出影响该指标变化的主因素，然后再把各个指标计算分析的结果进 行综合平衡，从而确定各因素水平的最佳和最差组合。
1 资料与方法
1.1 实验条件 模拟舰船人体舱26 m3，选取舰船常见物理因素3种 ， 即噪声、照明和温湿度(这里温度和湿度构成一个组合因素)，每种因素各设3个量级水平(见 表1)，分别相应于舒适、安全和极限3种功能状态。
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表1 3种因素的量级水平 量级水平
噪声(dBA)
照明(lx)
温 湿 度
温度(℃)
湿度(%)
Ⅰ
75
6
25
65
Ⅱ
85
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80
30
75
Ⅲ
95
200
35
85
实验对象为6名健康男性，年龄22～39岁。按表2所列不同量级因素组合，共进行6组实验， 其中第1组对应较好的工况，第5、6组对应较差工况。暴露时间模拟舰船值更制度，进舱暴 露4 h，休息4 h，再暴露4 h。每组实验进行1 d，累计暴露8 h。表2 6组实验各因素的量级安排 组别
噪声
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照明
温湿度
1
Ⅰ
Ⅲ
Ⅰ
2
Ⅱ
Ⅱ
Ⅱ
3
Ⅲ
Ⅲ
Ⅰ
, 百拇医药
4
Ⅰ
Ⅰ
Ⅲ
5
Ⅱ
Ⅱ
Ⅲ
6
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
1.2 指标 测试指标包括：(1)听觉指标：暴露后对应7种频率的听阈偏 移(简称阈移，为暴露前后阈值之差)；(2)视觉指标：对比视力、对比敏感度函数(CSF)；(3 )心理工效：听反应时、视反应时、记忆扫描、注意广度、视鉴别、两位数表和运算能力 等；(4)肛温。有关本实验的详细测量结果见引文[1]。
, 百拇医药
1.3 统计方法 从上述指标中选择在暴露后较暴露前有显著性变化([ WT5BX〗P<0. 05)的6项指标进行主因素分析。这些指标是：2 kHz阈移、4 kHz阈移、峰频CSF、听反应时 、视反应时和肛温。采用综合平衡法[2]，首先计算对应各因素3个量级的每项指 标的平均值，从中可看出各因素不同量级对每项指标影响的变化规律。
当因素量级从小到大改变时，指标值有最大变化的因素，就是影响该指标变化的主因素。它 可以通过计算各因素的离均差平方和(Si)来确定，其公式为：
Si=∑3j=1(Yij-Y)2
式中i,j=1，2，3分别代表因素和量级，Y代表某指标6组实验的平均值，Yij代表第 i个因素第j个量级对应的指标平均值，显然Si最大者，即为主因素。
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为了确定最佳、最差因素的量级组合，首先必须明确指标的最佳、最差变化趋势，显然阈移 越小越好；视觉CSF值越高越好；视、听反应时越短越好；肛温越接近37 ℃越好。依据以上 原则，根据实测指标随量级的变化图和影响指标的主因素，经综合平衡即可获得本研究因素 的最佳、最差量级组合。
2 结 果
2.1 各指标对应因素量级的变化规律 依据6次实验的测量结果，对应 各因素不同量级的指标平均值及6次实验的平均值列于表3。将这些值按因素量级变化作成曲 线，见图1。从该图可以清楚地看出不同因素对指标的影响大小，如噪声对阈移的影响最大 ，照明对视觉CSF影响最大，温湿度对视、听反应时和肛温影响最大。
表3 各指标对应因素量级的平均值 指 标
噪 声
照 明
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温湿度
实验
平均值
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
2 kHz阈移(dB)
2.7
, 百拇医药
4.2
15.9
10.2
4.2
8.4
8.4
11.5
2.9
7.6
4 kHz阈移(dB)
3.1
7.1
29.3
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15.1
7.1
17.3
17.3
18.2
4.0
13.2
峰频CSF
77.2
75.6
70.3
68.5
75.6
, 百拇医药
79.0
79.0
71.5
72.6
74.4
听反应时(ms)
322
331
323
329
331
316
316
, 百拇医药
329
331
325
视反应时(ms)
292
299
294
302
299
284
284
296
305
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295
肛温(℃)
37.5
37.6
37.6
37.7
37.6
37.4
37.4
37.5
37.8
37.6
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图1 各指标随因素量级的变化规律
2.2 引起各指标变化的主因素 表4列出了按公式计算的各因素对应指 标的离均差平方和。从表中可见，对于阈移、噪声的S值最大，故噪声是影响阈移改变的主 因 素；同样，对峰频CSF、照明的S值最大，故照明是影响视觉CSF的主因素；以此类推，温湿 度是影响视、听反应时和肛温的主因素，照明也是影响听反应的主因素。
表4 各因素对应指标的离均差平方和 指 标
噪 声
照 明
温湿度
2 kHz阈移
104.5△
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18.96
37.94
4 kHz阈移
398.4△
57.63
126.45
峰频CSF
26.1
57.41△
16.25
听反应时(ms)
49.0
, 百拇医药
133△
133△
视反应时(ms)
26
186
222△
肛温(℃)
0.01
0.05
0.09△
注：△表示最大值
2.3 最佳、最差量级组合 依据前述最佳、最差因素量级组合的原则， 对5项指标的最佳、最差组合列于表5。其中因诸因素对2种频率阈移的影响相同，故将它们 归并成一项指标。经过5项指标综合平衡，噪声、照明和温湿度对人体影响的最佳组合为A ⅠBⅢCⅠ，最差组合为AⅢBⅠCⅢ。
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表5 最佳、最差因素的量级组合 指 标
最佳组合
最差组合
听阈偏移
AⅠBⅡCⅢ
AⅢBⅢCⅡ
峰频CSF
AⅠBⅢCⅠ
AⅢBⅠCⅡ
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听反应时
AⅠBⅢCⅠ
AⅡBⅡCⅢ
视反应时
AⅠBⅢCⅠ
AⅡBⅠCⅢ
肛温
AⅠBⅢCⅠ
AⅢBⅠCⅢ
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综合
AⅠBⅢCⅠ
AⅢBⅠCⅢ
3 讨 论
复合实验中的主因素分析，即在多种因素同时存在同时作用条件下，找出影响某项指标改变 的主要因素，依据诸因素对指标影响大小的顺序，进行综合分析，获得诸因素对人体功能影 响的最佳、最差量级组合，这对于环境因素的合理利用或量级控制有重要意义。进行主因素 分析有方差分析法、工程平均法、综合平衡法等，前者对实验设计的要求严格，譬如要正交 设计，对实验次数有一定要求，优点是结果严谨；但后者比较直观明了，简便宜行，对实验 设计的苛求低，同样获得了满意结果。
本研究依据实艇情况，选择3种因素3种量级，进行人体模拟实验，采用综合平衡法，获得了 影响各指标变化的主因素和最佳、最差量级组合，这为舰船的设计制造提供了重要的人机环 系统工程参数，为制订安全、可靠的舰船卫生学标准提供了科学依据，对保证舰员的健康有 重要意义。
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本研究获得噪声是影响听阈偏移的主因素，照明是影响人眼视功能优劣的主因素，这些结果 与人们的日常体验是一致的。研究表明，温湿度是影响视、听反应时的主因素，旦随着温湿 度量级水平的增大而增大，这主要是在高温高湿的恶劣环境条件下，人体神经功能受到影响 的缘故。研究表明噪声为75 dBA，照明达到200 Lx、温度25 ℃、湿度65%为最佳环境条件， 这时人体的功能状态最好，造船部门应尽量达到这样的量级标准；而噪声为95 dBA，照明仅 6 Lx、温度35 ℃、湿度85%，这是最差的工作条件，舰员在这种条件下工作能力极度低下， 这样的环境条件应尽力避免或予以改善。只有使舰船环境保持上述最佳状态，才能使舰员有 旺盛的精力，最大的工作效率，从而提高战斗力。
本研究受各种因素的限制，在实验设计时没能按正交设计安排实验，在实验因素量级的安排 中，不能做到完全的均衡搭配，此外，每种实验只进行1 d，没有连续重复暴露，因此在数 据处理和结果分析中，可能存在某些不足或欠缺。尽管如此，本实验是3种因素3种量级条件 下的人体实验，实验数据十分宝贵，所得研究结果，仍具有十分重要的指导作用。
[参考文献]
[1] 唐志文，刘忠权，梁振福，等.船舶舱室某些物理因素对人体工效的影响[ J].人类工效学，1997，3(3)：9.
[2] 黄志宏，方积乾主编.数理统计方法[M].北京：人民卫生出版社.19 87，208.
(收稿：1999-11-22), 百拇医药