民機駕駛艙LED照明工效研究.pdf

1、本論文由國家重點基礎發(fā)展研究計劃--973課題《民機環(huán)境工效影響因素與機理研究》(批準號2010CB734102)的子課題和復旦大學優(yōu)秀博士生科研基金《民機駕駛艙光環(huán)境工效及機理研究》資助。本論文主要對駕駛艙LED照明光環(huán)境進行了工效學研究，著手于人(視覺特性)－機(LED光源)－環(huán)(駕駛艙環(huán)境)三個方面，旨在得到影響駕駛艙照明光環(huán)境舒適度與視覺績效的關鍵因素。本論文主要包含了三個方面的內容，一是應用于駕駛艙照明的新型光源LED的光色特

2、性和視覺效應研究，從而了解LED對于人的影響，以及正確評價LED在駕駛艙應用的色溫、顯色性屬性。二是基于實驗室光環(huán)境的工效學研究，綜合考量飛行員視覺特性以及由年齡變化引起的視覺特性改變。三是基于模擬駕駛艙光環(huán)境進行了工效學研究，綜合考察亮度、光色、對比度等對舒適度與績效的影響，得到影響駕駛艙照明光環(huán)境舒適度與視覺績效設計的關鍵要素。
　　 本論文在對課題的國內外研究動態(tài)進行了充分調研的基礎上，討論了駕駛艙照明光環(huán)境研究的關鍵問題

3、以及目前研究中存在的一些問題。論文對目前駕駛艙照明所用光源(特別是應用于駕駛艙照明的新型光源LED)、以及光色、照度參數(shù)的研究和國內外相關標準進行了調研，并且調查了目前對于光環(huán)境和視覺舒適、視覺績效等相關研究，進行了充分的對比分析，確定了本論文所要解決的主要問題和創(chuàng)新方向。
　　 首先，本論文基于現(xiàn)有的LED模型體系，色溫體系、中間視覺理論以及非視覺生物效應理論，對于LED的光色特性以及視覺和非視覺生物效應進行了計算和研究分析，

4、并且和傳統(tǒng)光源進行了比較分析，得到了LED與傳統(tǒng)光源的優(yōu)勢、特點和差異。同時論文針對傳統(tǒng)顯色性模型CRI存在的不足，探討了對于光源顯色性評價的主要相關因素，包括顯色的自然性、飽和性以及辨色能力等。論文基于理論推導，創(chuàng)造性的提出了相關色域面積(Correlated Gamut Area)概念，在此基礎上，提出了GCRI模型，并用于評價光源顯色性。在評價LED光源顯色性和一些特殊光譜的顯色性時，GCRI模型得到了很好的結果。GCRI模型對于

5、LED光源能夠進行客觀的評價。LED的視覺理論特性研究以及GCRI模型的提出，對于駕駛艙照明的光源色溫以及顯色屬性評價具有重要意義，對于LED光源在駕駛艙設計選擇中具有指導作用。
　　 其次，本論文基于實驗室光環(huán)境工效學研究，采用顯示器對兩組年齡段被測者的探測閾值進行了研究。實驗系統(tǒng)地研究了兩組年齡段被測者亮度和顏色探測閾值受到對比度、光色、亮度、探測目標尺寸等因素的影響，進而推測不同年齡段飛行員的視覺特性，在對實驗參數(shù)進行統(tǒng)計

6、分析的基礎上，給出了亮度和顏色探測的指數(shù)擬合函數(shù)，并且提出了相對黃色指數(shù)(Relative Yellow Index)概念，用于描述不同年齡段飛行員對于黃色辨別的差異，從而綜合考量飛行員年齡變化引起的視覺特性改變。
　　 最后，本論文基于模擬駕駛艙LED照明光環(huán)境進行了工效學研究，系統(tǒng)的對光色、亮度、照度、對比度等各種參數(shù)對于人的偏好以及績效影響，進行了研究。同時對于駕駛艙光環(huán)境、導光板、顯示屏等內容分別進行了研究。并依據(jù)CIE

7、三刺激值，定義了新的三刺激值X’、Y’、Z’，理論上推導并評估了色溫、照度、舒適度的關系。本論文研究使得駕駛艙LED照明的視覺評價參數(shù)化，可以為LED應用于駕駛艙的設計與評價提供有效的方法和設計依據(jù)，同時為提高駕駛艙照明光環(huán)境舒適度及視覺績效設計提供了依據(jù)。
　　 本論文的主要創(chuàng)新點在于：
　　 1)提出并定義了相關色域面積(Correlated Gamut Area)概念，創(chuàng)造性地提出了色域顯色評價指數(shù)(Gamut C

8、olor Rendering Index)，可以綜合地描述顏色的辨別能力和飽和度屬性，用于顯色性評價具有很好的結果。該模型可用于LED光源和傳統(tǒng)光源的顯色能力評價，對于具有特殊光譜的光源評價也得到很好的結果。該模型對于正確評價LED在駕駛艙應用的顏色屬性十分必要，并可用于指導設計照明光環(huán)境以及進行光源選擇。
　　 2)得到了兩種年齡段觀測者對亮度閾值辨別以及黃色辨別相對于探測目標尺寸的指數(shù)擬合函數(shù)關系，并在此基礎上提出了相對黃色

9、指數(shù)(RYI)，用于推測不同年齡段飛行員對于黃色辨別的差異。相對黃色指數(shù)(RYI)與探測目標尺寸呈U型函數(shù)關系。為綜合考量飛行員年齡變化引起的視覺特性改變的工效評價提供重要的實驗依據(jù)。
　　 3)基于人體工效學實驗，綜合考察了亮度、光色、對比度等對舒適度與績效的影響，并依據(jù)CIE三刺激值，進行轉換，得到新的X’、Y’、Z’，定義了X’/Y’和Z’/Y’比值，快速、直觀的評價了光源色溫，評估了照度、色溫與舒適度之間的關系，并用于駕