CN113080900B - 一种突发噪声环境下人体应激反应测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种突发噪声环境下人体应激反应测试方法，属于人体舒适性领域。主要步骤包括受测者佩戴仪器、放松至生理信号指标趋势平稳、突然激发预设噪声、对受测者产生应激反应的生理电信号进行采集及受激后调查。突发噪音采用突发、半突发和不突发三种，突发噪音变量包括声音类型、声强、频率、时长。通过人机同步系统提供的无线射频生理记录技术、行为编码分析技术、人际环境同步技术，实时记录、追踪、分析个体的生理电信号指标。本发明还提供了一种突发噪声环境下人体应激反应测试系统。本发明能够模拟突发噪声情况下人体应激反应，即可以对受测者产生真实的刺激，使得受测者做出真实的应激反应。
Description
技术领域
本发明涉及人体舒适性技术领域，特别涉及一种突发噪声环境下人体应激反应测试方法及系统。
背景技术
噪声应激问题是当今比较热门的话题。随着人类科学技术的发展和社会竞争激烈程度的增加，噪声应激给人类健康带来的问题日趋严重，并且对生产生活造成了不可估量的损失。我们国家目前处在科技和社会生产力的高速发展的时期，各行业的工作者需要长时间处在注意力高度集中的状态，容易产生焦虑、疲惫和压力等消极情绪，对于周围环境的突然改变，会很容易激发其应激反应。应激反应主要是指引起个体生理和心理感受到的威胁时所产生紧张状态。这种情况下突然出现的生理反应，会让人处于一种焦急、警惕的状态，如果长期在这种压力之下，会严重危害健康。与人体应激反应相关的生理学反应模型以及主观评价体系的研究，对优化人类生存模式以及提高建筑环境舒适度具有重大意义。
传统的噪声应激与人之间矛盾的解决方式无法满足人与社会的需求。并且，现阶段对于突发情况下人体应激激励信号的研究相对缺乏，科学有效的人体应激测试方法框架也相对单一，对于如何真实反映人与环境的交互作用也是现阶段人体应激测试系统构建的一个难点。生理科学与心理学领域的人体刺激反应实验研究尚不成熟，实验刺激信号单一，很难引发受测者真实情景的共鸣，因此也无法准确并且深入研究特定场景下的人体应激反应机制。最有效的解决噪声应激问题的办法，就是控制应激境中应激源的刺激强度。所以发展突发噪声环境下人体应激反应测试方法，尤其是心理、生理指标测试方法，对缓解噪声应激对工作者的影响、提高应激环境下人的舒适度有重大意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提出一种突发噪声环境下人体应激反应测试方法及系统，通过模拟突发噪声情况下对受测者产生真实的刺激，使得受测者做出真实的应激反应，可以真实反映受测者对突发噪声的心理承受能力，从而为个体舒适性提出环境噪声要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种突发噪声环境下人体应激反应测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
S1、测试前，开启摄像装置对受测者进行全程的实时记录，并为受测者佩戴仪器用以采集生理电信号的仪器；受测者应根据实验人员的语音提示行动，进行适当的放松活动；
S2、测试人员实时在人机同步系统中观查实验对象各项指标以及状态，在确定仪器工作正常，信号指标趋势平稳，并且受测者放松的情况下开始测试；
S3、激发预设噪声，对受测者施加刺激，受测者产生应激反应，人机同步系统实时记录受测者相应的生理电信号信息；
S4、当受测者受到持续刺激并达到预设时间段后，中止应激反应数据的获取；进行主观感受调查，及时采集真实有效的信息；
S5、对测试的应激数据进行分析，判断受测者应激反应数据突变情况，及其抗应激能力，应激数据包括对应受测者的生理电信号信息、真实有效的主观感受。
进一步的，所述生理电信号包括心率、皮电、肌电以及呼吸中的任意一组或多组，所述S2中的受测者放松的情况为受测者心率、皮电、肌电、呼吸的生理电信号相对平稳，偏差不大于正常状态的10%。
进一步的，所述S3中的预设噪音包括突发情形、半突发情形以及不突发情形，所述突发情形为突发噪声前无心理准备，所述半突发情形为突发噪声前有心理准备，所述不突发情形为逐渐靠近噪声源，所述预设噪音的变量参数包括声音类型、声强、频率以及时长。
进一步的，所述S3中的人机同步系统具体工作流程为：测点设置于受测者的手指指腹、手臂肌肉、腹部以及耳垂，通过无线射频生理记录技术、行为编码分析技术、人际环境同步技术，实时记录、追踪、分析个体的生理、心理与行为的人为因素指标变化情况，测量受测者的皮电信号、肌电信号、呼吸信号以及心率信号，并将数据发送至测试人员电脑以便保存和数据处理。
进一步的，所述受测者包括至少一组，每组至少包括一人，类型为所有人群，当进行每组测试时，选择拥有同等社交水平、社交地位以及同等知识水平的人群进行测试。
进一步的，所述S4中的进行主观感受调查，及时采集真实有效的信息具体为：设定实验的主观应激调查问卷为5分制，从1开始，1为受测者应激程度最小的分值，5为受测者应激程度最大的分值；通过摄像装置采集的数据进行分析，将实验前后，受测者有明显眼睛紧闭、皱眉动作记录下来用来验证主观评价的准确性，以此得到真实有效的信息。
进一步的，所述S5中的抗应激能力是指：采用主成分分析法把测试统计所得数据指标综合在一起，得到综合指标数据，对受测者的应激能力进行综合评价。
进一步的，所述综合评价是指：利用origin软件中主成分分析功能，得到特征值数据表、碎石图以及成分系数表；对比前两者确定主成分，取累计贡献值超过85%的成分，并且碎石图中单一成分特征值超过1；利用成分系数表给出的数据，代入以下公式：
F1= a1*ZX1+a2*ZX2+a3*ZX3+ a4*ZX4+……
F2= b1*ZX1+b2*ZX2+b3*ZX3+ b4*ZX4+……
……
F =(A1/Z)*F1+(A2/Z)*F2+……
其中，式中X1、X2、X3……为应激指标数据，应激指标数据包括心率、皮电、肌电、呼吸以及对应受测者的真实的主观感受，X1为心率，X2为皮电，X3为肌电，X4为呼吸，X5为真实的主观感受信息；
ZX1、ZX2……：为X1、X2……标准化处理后的值；
a1、a2……为成分系数表中主成分一的系数；
b1、b2……为成分系数表中主成分二的系数；
A1、A2……为主成分一、二……贡献百分比；
Z：为主成分一、二……累计贡献百分比；
F：为个体的综合评价指标数据。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种突发噪声环境下人体应激反应测试系统，该系统包括以下模块：
生理电信号采集模块：用于在所述受测者产生应激反应的过程中，实现对所述受测者的生理电信号的采集；
动作捕捉模块：用于在所述受测者产生应激反应的过程中，实现对所述受测者的动作行为变化信息的采集；
指示模块：用于指导受测者辅助完成测试；
评价模块：用于分析受测者对噪声的生理承受能力。
进一步的，所述动作捕捉模块为摄像装置，所述指示模块为语音器或显示屏，所述评价模块为电脑。
有益效果：本发明能够模拟突发噪声情况下人体应激反应，即可以对受测者产生真实的刺激，使得受测者做出真实的应激反应。本发明通过设置生理电信号采集模块，在所述受测者产生应激反应的过程中，实现对所述受测者的生理电信号的采集；通过设置动作捕捉模块，在所述受测者产生应激反应的过程中，实现对所述受测者的动作行为变化信息的采集；通过设置指示模块，辅助完成测试；本发明通过人机同步系统提供的无线射频生理记录技术、行为编码分析技术、人际环境同步技术，实时记录、追踪、分析个体的生理电信号指标（心率、皮电、肌电、呼吸等）,数据相对可靠，可用于分析个体对噪声的生理承受能力。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的突发噪声环境下人体应激反应测试方法的流程图。
图2为本发明实施例所述的突发噪声环境下人体应激反应测试系统的结构示意图。
图3为本发明实施例的测试场景图。
图4为本发明实施例的人体布置测试信号点图。
图5为三个主成分的碎石图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
参见图1、图3-4：一种突发噪声环境下人体应激反应测试方法，所述测试方法包括以下步骤：
S1、测试前，开启摄像装置对受测者进行全程的实时记录，并为受测者佩戴仪器用以采集生理电信号的仪器；受测者应根据实验人员的语音提示行动，进行适当的放松活动；例如伸展手臂，起立，行走等常规放松活动，所述佩戴仪器为现有常规的生理电信号采集仪器。
S2、测试人员实时在人机同步系统中观查实验对象各项指标以及状态，在确定仪器工作正常，信号指标趋势平稳，并且受测者放松的情况下开始测试；人机同步系统具体可以为设置在电脑上的应用软件，电脑可以与采集的仪器以及摄像装置通讯相连，以此记录采集的生理电信号以及摄像信息。
S3、激发预设噪声，对受测者施加刺激，受测者产生应激反应，人机同步系统实时记录受测者相应的生理电信号信息；
S4、当受测者受到持续刺激并达到预设时间段后，中止应激反应后的生理电信号信息数据的获取；进行主观感受调查，及时采集真实有效的信息；
S5、对测试的应激数据进行分析，判断受测者应激反应数据突变情况，及其抗应激能力，应激数据包括对应受测者的生理电信号信息、真实有效的主观感受。
本实施例模拟激发噪声情况下对受测者产生真实的刺激，使得受测者做出真实模拟激发噪声情况下对受测者产生真实的刺激，使得受测者做出真实的应激反应，可以真实反映受测者对突发噪声的心理承受能力，从而为个体舒适性提出环境噪声要求。
在一具体的实例中，所述生理电信号包括心率、皮电、肌电以及呼吸中的任意一组或多组，所述S2中的受测者放松的情况为受测者心率、皮电、肌电、呼吸的生理电信号相对平稳，偏差不大于正常状态的10%。
在一具体的实例中，所述S3中的预设噪音包括突发情形、半突发情形以及不突发情形，所述突发情形为突发噪声前受试者无心理准备，所述半突发情形为突发噪声前对受试者告知使其有心理准备，所述不突发情形为逐渐向受试者靠近噪声源，所述预设噪音的变量参数包括声音类型、声强、频率以及时长，具体根据受试群体随机调整参数变量。
在一具体的实例中，所述S3中的人机同步系统具体工作流程为：测点设置于受测者的手指指腹、手臂肌肉、腹部以及耳垂，通过无线射频生理记录技术、行为编码分析技术、人际环境同步技术，实时记录、追踪、分析个体的生理、心理与行为的人为因素指标变化情况，测量受测者的皮电信号、肌电信号、呼吸信号以及心率信号，并将数据发送至测试人员电脑以便保存和数据处理。
本实施例通过人机同步系统提供的无线射频生理记录技术、行为编码分析技术、人际环境同步技术，实时记录、追踪、分析个体的生理电信号指标（心率、皮电、肌电、呼吸等），数据相对可靠，可用于分析个体对噪声的生理承受能力。
在一具体的实例中，所述受测者包括至少一组，每组至少包括一人，类型为所有人群；当进行每组测试时，选择拥有同等社交水平、社交地位以及同等知识水平的人群进行测试，以此提高测试的准确性以及可信性。
在一具体的实例中，所述S4中的进行主观感受调查，及时采集真实有效的信息具体为：设定实验的主观应激调查问卷为5分制，从1开始，1为受测者应激程度最小的分值，5为受测者应激程度最大的分值；通过摄像装置采集的数据进行分析，将实验前后，受测者有明显眼睛紧闭、皱眉动作记录下来用来验证主观评价的准确性，以此得到真实有效的信息。
需要说明的是，当受测者应激程度分较低为1-2分时，并且受测者有明显眼睛紧闭、皱眉动作，即可判断该受测者说谎，并未说出真实感受，因此，此次主观记录的数据可以剔除，以此，提高测试的准确性。
在一具体的实例中，所述S5中的抗应激能力是指：采用主成分分析法把测试统计所得数据指标综合在一起，得到综合指标数据，对受测者的应激能力进行综合评价，所述综合评价的方法为：利用origin软件中主成分分析功能，得到特征值数据表、碎石图以及成分系数表；对比前两者确定主成分，取累计贡献值超过85%的成分，并且碎石图中单一成分特征值超过1；利用成分系数表给出的数据，代入以下公式：
F1= a1*ZX1+a2*ZX2+a3*ZX3+ a4*ZX4+……
F2= b1*ZX1+b2*ZX2+b3*ZX3+ b4*ZX4+……
……
F =(A1/Z)*F1+(A2/Z)*F2+……
其中，式中X1、X2、X3……为应激指标数据，，应激指标数据包括心率、皮电、肌电、呼吸以及对应受测者的主观感受，X1为心率，X2为皮电，X3为肌电，X4为呼吸，X5为真实的主观感受信息；；
ZX1、ZX2……：为X1、X2……标准化处理后的值；
a1、a2……为成分系数表中主成分一的系数；
b1、b2……为成分系数表中主成分二的系数；
A1、A2……为主成分一、二……贡献百分比；
Z：为主成分一、二……累计贡献百分比；
F：为个体的综合评价指标数据。
实施例2
为了实现上述目的，参见图2：本实施例还提供了一种突发噪声环境下人体应激反应测试系统，该系统包括以下模块：
生理电信号采集模块：用于在所述受测者产生应激反应的过程中，实现对所述受测者的生理电信号的采集；
动作捕捉模块：用于在所述受测者产生应激反应的过程中，实现对所述受测者的动作行为变化信息的采集；
指示模块：用于指导受测者辅助完成测试；
评价模块：用于分析受测者对噪声的生理承受能力。
具体的，所述动作捕捉模块为摄像装置，所述指示模块为语音器或显示屏，所述评价模块为电脑。
本实施例所述突发噪声环境下人体应激反应测试系统与上述突发噪声环境下人体应激反应测试方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
实施例3
在具体实现中，搭建接近大学生日常学习休息的测试场景，选取救护车鸣笛声作为测试音频，并在正式开展实验前进行预实验，在场景中选择四个测试点，并进行突发噪声实验。选取一实验效果较好的位置设置测试点，即为正式测试中受测者的位置点。选取四个实验效果较好的声强作为正式实验中的噪声声强（64dB、74 dB、84 dB、94 dB四个等级），三个实验效果较好的频率作为正式实验中的噪声频率（4倍快速、正常，4倍慢速三个水平），以及三个实验效果较好的时长作为正式测试中的噪声时长（15s、30s、45s三个时长）。测试场景分为三种情况：突发、半突发、不突发。
突发测试步骤如下：
①测试开始前，开启摄像装置进行全程的实时记录，确定各方面工作准备完毕。
②为受测者佩戴采集生理电信号的仪器。
③进入测试室，受测者根据测试人员的语音提示行动，坐在测试室指定位置，进行适当的放松活动。
④测量人员实时在人机同步系统中观查实验对象各项指标以及状态，在确定仪器工作正常，信号指标趋势平稳，并且实验对象放松的情况下准备开始实验。
⑤测量人员控制电脑选用声强94 dB、频率4倍快速、噪声时长15s的噪声，突然开启播放噪声。人机同步系统通过无线技术实时记录受测者心率、皮电、肌电、呼吸等生理电信号。
⑥结束后，中止所述应激反应数据的获取，进行主观感受调查，及时采集真实有效的信息。
⑦改变受测者和噪声，重复①～⑥。
选取指标由表1-4中所示的一项或多项指标进行参考：
实验的主观应激调查问卷为5分制，从1开始，1为受测者应激程度最小的分值，5为受测者应激程度最大的分值。
通过对动作捕捉模块采集数据进行分析，将实验前后，受测者有明显眼睛紧闭、皱眉等动作记录下来用来验证主观评价的准确性，并对受测者应激程度进行评价。
最后，采用主成分分析法对受测者量获得的心率、皮电、肌电、呼吸等生理数据和主观评价结果进行处理。
以下为采用主成分分析法对大三学生受测者（景、丹、彭、何、治、书）6位同学在64dB测量获得的心率数据指标处理及评价过程：
数据选取：
使用origin软件中主成分分析法进行分析，得出特征值数据表：
据表可知，第一成分贡献值为61.7%，第一成分与第二成分累计贡献值为86.52%。
如图5为三个主成分的碎石图；选择第一成分与第二成分。
下表为成分一与成分二系数表：
据表建立关系式：
F1= 0.56221*ZX1+0.52277*ZX2+0.64089*ZX3
F2= -0.63807*ZX1+0.76714*ZX2-0.06611*ZX3
F =(61.7/86.52)*F1+(24.82/86.52)*F2
实施例4
在具体实现中，半突发实验过程如下：
①前期准备工作参考实施例3中的突发实验步骤①～④。
②测试人员告知受测者将接受噪声测试，选用声强74 dB、频率4倍快速、噪声时长15s的噪声，突然开启播放噪声。人机同步系统通过无线技术实时记录受测者心率、皮电、肌电、呼吸等生理电信号以待后续处理工作。
③结束后，中止所述应激反应数据的获取，进行主观感受调查，及时采集真实有效的信息。
实施例5
在具体实现中，搭建接近办公室测试场景，选取铃声作为测试音频，受测者为中年教师（年龄在40-45岁之间），噪声声强选择50dB、75dB、100 dB三个等级，噪声频率正常，噪声时长为15s、30s、45s三个时长，测试场景为突发。突发测试步骤如下：
①前期准备工作参考实施例3中的突发实验步骤①～④。
②测量人员控制电脑选用声强100 dB的噪声，突然开启播放噪声。人机同步系统通过无线技术实时记录受测者心率、皮电、肌电、呼吸等生理电信号。
③结束后，中止所述应激反应数据的获取，进行主观感受调查，及时采集真实有效的信息。
④改变受测者和噪声，重复①～③。
综上所述，本实施例通过模拟突发噪声情况下对受测者产生真实的刺激，使得受测者做出真实的应激反应，确实可以真实反映受测者对突发噪声的心理承受能力，从而为个体舒适性提出环境噪声要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种突发噪声环境下人体应激反应测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：
S1、测试前，开启摄像装置对受测者进行全程的实时记录，并为受测者佩戴仪器用以采集生理电信号的仪器；受测者应根据实验人员的语音提示行动，进行适当的放松活动；
S2、测试人员实时在人机同步系统中观查实验对象各项指标以及状态，在确定仪器工作正常，信号指标趋势平稳，并且受测者放松的情况下开始测试；
S3、激发预设噪声，对受测者施加刺激，受测者产生应激反应，人机同步系统实时记录受测者相应的生理电信号信息；
所述人机同步系统具体工作流程为：测点设置于受测者的手指指腹、手臂肌肉、腹部以及耳垂，通过无线射频生理记录技术、行为编码分析技术、人际环境同步技术，实时记录、追踪、分析个体的生理、心理与行为的人为因素指标变化情况，测量受测者的皮电信号、肌电信号、呼吸信号以及心率信号，并将数据发送至测试人员电脑以便保存和数据处理；
S4、当受测者受到持续刺激并达到预设时间段后，中止应激反应后的生理电信号信息数据的获取；进行主观感受调查，及时采集真实有效的信息；
S5、对测试的应激数据进行分析，判断受测者应激反应数据突变情况，及其抗应激能力，应激数据包括对应受测者的生理电信号信息、真实有效的主观感受；
所述抗应激能力是指采用主成分分析法把测试统计所得数据指标综合在一起，得到综合指标数据，对受测者的应激能力进行综合评价；
所述综合评价是指：利用origin软件中主成分分析功能，得到特征值数据表、碎石图以及成分系数表；对比前两者确定主成分，取累计贡献值超过85%的成分，并且碎石图中单一成分特征值超过1；利用成分系数表给出的数据，代入以下公式：
F1= a1*ZX1+a2*ZX2+a3*ZX3+ a4*ZX4+……
F2= b1*ZX1+b2*ZX2+b3*ZX3+ b4*ZX4+……
……
F =(A1/Z)*F1+(A2/Z)*F2+……
其中，式中X1、X2、X3……为应激指标数据，应激指标数据包括心率、皮电、肌电、呼吸以及对应受测者的真实的主观感受，X1为心率，X2为皮电，X3为肌电，X4为呼吸，X5为真实的主观感受信息；
ZX1、ZX2……：为X1、X2……标准化处理后的值；
a1、a2……：为成分系数表中主成分一的系数；
b1、b2……：为成分系数表中主成分二的系数；
A1、A2……：为主成分一、二……贡献百分比；
Z：为主成分一、二……累计贡献百分比；
F：为个体的综合评价指标数据。
2.根据权利要求1所述的突发噪声环境下人体应激反应测试方法，其特征在于，所述生理电信号包括心率、皮电、肌电以及呼吸中的任意一组或多组，所述S2中的受测者放松的情况为受测者心率、皮电、肌电、呼吸的生理电信号相对平稳，偏差不大于正常状态的10%。
3.根据权利要求1所述的突发噪声环境下人体应激反应测试方法，其特征在于，所述S3中的预设噪音包括突发情形、半突发情形以及不突发情形中的任意一种或多种组合，所述突发情形为突发噪声前无心理准备，所述半突发情形为突发噪声前有心理准备，所述不突发情形为逐渐靠近噪声源，所述预设噪音的变量参数包括声音类型、声强、频率以及时长。
4.根据权利要求1所述的突发噪声环境下人体应激反应测试方法，其特征在于，所述受测者包括至少一组，每组至少包括一人，类型为所有人群；当进行每组测试时，选择拥有同等社交水平、社交地位以及同等知识水平的人群进行测试。
5.根据权利要求1所述的突发噪声环境下人体应激反应测试方法，其特征在于，所述S4中的进行主观感受调查，及时采集真实有效的信息具体为：设定实验的主观应激调查问卷为5分制，从1开始，1为受测者应激程度最小的分值，5为受测者应激程度最大的分值；通过摄像装置采集的数据进行分析，将实验前后，受测者有明显眼睛紧闭、皱眉动作记录下来用来验证主观评价的准确性，以此得到真实有效的信息。
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