导语
各行业安全事故中，人因相关失误占比超过80%，在航空、核能、医疗、交通、矿业等高危领域尤为突出，因此人因安全研究至关重要。本文将系统介绍人因安全实验室搭建所需的主要设备及其具体的应用场景。
关键词：人因安全、人因失效、人为失误、事故预防、人机交互、疲劳监测、眼动追踪、脑电EEG、近红外脑成像、动作捕捉、安全文化、核电安全、煤矿安全、航空安全、人机系统、工效学、生理负荷、认知负荷、安全屏障、VR应急演练、安全实验室、航空航天、煤矿、核电厂
一、人因安全的定义
人因安全（Human Factors in Safety）是指通过研究人的生理、心理和行为特征及其与工作环境、设备系统的交互作用，来预防事故、减少人为错误并提高系统安全性的系统性方法。这一概念起源于20世纪30年代，最初应用于航空领域，后逐渐扩展到核能、医疗、交通、矿业等高危行业。人因安全的核心观点是：绝大多数事故并非单纯由设备故障或环境因素引起，而是源于人与系统互动过程中的失误或不当行为。
统计数据显示，在各行业事故中，人因相关失误占比高达80%-97%。煤矿安全领域的研究表明，我国煤矿安全事故中人为因素导致的比率实际上高达97.67%以上。航空业同样面临严峻挑战，有研究表明”每出现62次违章就会发生一起差错，或许仅这一起差错就会酿成无法想象的后果”。因此，人因安全研究非常重要。
二、研究内容
人因安全的研究范畴涵盖从策划、设计到运行阶段的人机系统全生命周期。包括人的生理、心理异常状态监测，人因失误的机理与预防，安全屏障的技术设计，还涉及组织层面的安全文化塑造，主要分为三个部分：
1、人类状态与行为研究
这一部分主要关注人的表现。重点探究的是哪些因素会导致操作者进入疲劳、分心或能力下降等异常状态，并分析其行为如何从隐藏的内部失调一步步演化为外在的显性错误。为此，需要研发智能检测算法，通过综合监测心率、眼动等生理信号和操作记录等多种数据，来精准识别风险行为。最终，目标是建立一个从实时监测、到风险预警、再到干预反馈的完整闭环管理系统，及时纠正不安全行为。
2、机器界面与交互设计研究
本部分主要从机器侧进行优化，其核心是让机器的设计更好地契合人的能力与局限。这意味着，研究重心在于通过人机交互设计，解决因信息显示过多、过快或相互矛盾（即多维感知属性冲突）所带来的可用性问题。为此，研究会量化评估界面信息密度、布局复杂度等因素如何直接影响操作效率与准确性。更进一步，研究将探究如何动态融合人员状态、机器状态、任务要求与环境状态这四类异构信息，并以此为基础，智能地触发任务在人与机器之间的动态分配。最终，所有上述研究将汇聚于一个共同目标：构建一个真正“以人为中心”的安全系统设计框架。
3、人机系统综合防控研究
这一部分站在整体系统的视角，研究如何防控人机协作中产生的冲突。深入剖析人机冲突是如何发生并升级的，明确冲突达到何种阈值会导致系统效能显著下降或失效。开发“人-机-环境”一体化仿真平台，这是一种把操作者认知模型、装备动力学与现场环境参数实时耦合的数字孪生系统，可在虚拟空间同步复现并预测冲突演化，从而达到预先评估风险，动态推演冲突过程的目的。此外，将构建覆盖系统设计、使用到维护全过程的人因安全评估体系，形成 “事前预防-事中干预-事后分析追溯” 的全链条综合防控路径。
三、主要研究设备
人因安全的理论基础融合了心理学、工程学、生理学和管理学等多学科知识。其核心假设是：人的行为受到内在因素（如认知能力、情绪状态）和外在因素（如工作环境、组织文化）的共同影响。通过系统分析这些影响因素，可以设计出更符合人类特性的工作系统和流程，从而减少失误可能性。因此，要分析及利用这些影响因素，就需要一系列研究设备。
湖南某高校人因工程实验室就是一个典型的人因与安全工程实验平台，主要包括基础人因工程、运动捕捉与动作分析、生物肌电与脑认知电位、眼动测试与分析、作业行为及可靠性分析、人体建模与仿真、人体交互测试与人机环综合测试实验等8类实验平台/系统。实验设备先进，能全面满足核电等领域安全人因的科技创新、工程应用与教学培训需要，是国内最完善的人因工程实验室之一。
该实验室目前主要致力于开展核电厂等复杂人机系统人因可靠性分析、人因数据采集与挖掘、人机交互与防人因失误、人员绩效监测与评估、人因事故风险预警与防控等方面的科学研究，研究和工程服务领域覆盖陆、海、天大型复杂人机系统。
1、生理负荷与疲劳评估
用于实时、客观地监测操作员的生理状态，评估其觉醒度、疲劳水平、心理负荷及情绪反应，是预警人因失误风险的关键。
多导生理仪
实验室的核心设备之一，可同步采集心电、脑电、肌电、皮电、呼吸、血氧饱和度等多种生理信号。通过综合分析这些信号，能够全面评估操作员的自主神经系统活动、情绪唤起水平及整体生理负荷状态，为识别疲劳、压力或注意力分散提供客观数据。在这些数据中心率变异性（HRV）尤为重要，HRV是评估心理负荷、精神压力及自主神经调节能力的敏感指标，在飞机驾驶舱、核电厂主控室等需要持续警戒的场合，可用于监测操作员的应激反应和恢复能力。
无线生理分析系统PhysioLAB
脑电（EEG）系统
通过头皮电极记录大脑皮层的电活动。连续EEG的频谱分析（如α、β、θ波功率变化）是评估大脑觉醒度、认知负荷和疲劳程度的黄金标准。可穿戴脑电设备使得研究人员可以更方便的进行脑电研究。
无线脑电系统NE、运动脑电系统TMSi
肌电（EMG）系统
来自肌肉本身或通过附着在皮肤表层的电极从浅层肌肉发出的直接电活动信号。肌肉在运动或劳动过程中遭受到过度使用或持续负荷后会出现肌肉疲劳的生理现象，因此肌电信号就成为了解析肌肉疲劳机制的核心数据。
无线表面肌电测试系统Cometa、高密度表面肌电测试系统TMSi
功能性近红外光谱脑成像系统
一种非侵入式的脑功能成像技术。它通过测量大脑皮层血红蛋白浓度的变化，来反推神经活动，具有较好的空间分辨率。适用于研究长时间、自然情境下的认知任务中全脑不同脑区的激活情况，弥补了EEG在空间分辨率上的不足，是研究复杂认知与疲劳脑机制的理想工具。
高密度近红外脑成像系统NIRx、便携式近红外脑成像系统artinis
使用近红外脑成像系统和眼动仪等设备进行竞争与合作情境下的大脑同步与生理反应研究
2、认知与感知测量
直接探究人的信息加工过程，包括注意力分配、视觉搜索模式、记忆与决策等核心认知功能。
眼动追踪系统
通常分为头戴式（适用于虚拟仿真或真实环境）、屏幕式（适用于界面测试）和遥测式（适用于需要头部大范围转动环境，如飞机驾驶舱、核电站控制室等）。该系统能精确记录注视点、注视时间、扫视路径、瞳孔直径等指标。在核电厂主控室人机界面评估中，可用于分析操作员的注意力分布是否合理、关键信息是否被有效捕获、控制盘台布局是否符合视觉工效学原则。瞳孔直径变化还可作为认知负荷的间接测量指标。
脑电事件相关电位（ERP）分析系统
研究特定事件（如刺激反应）后脑电信号的变化，脑电信号通过上文所述的脑电系统获取。ERP技术通过叠加平均脑电信号，提取出与特定认知事件（如看到报警信号、做出决策）相关的脑电成分。例如，P300成分与注意资源分配和上下文更新相关，ERN成分与错误监控相关。在实验室环境中，通过设计模拟事故场景，可以精确测量操作员在不同信息呈现方式、不同压力水平下，其感知、认知加工的速度与准确性，为优化报警系统和决策支持系统提供神经科学依据。
使用脑电系统进行ERP分析
3、动作与行为分析
用于精确量化人的外部运动行为，评估操作动作的规范性、效率及潜在风险。
三维动作捕捉系统
通常基于光学标记点或惯性传感器。该系统能以毫米级精度实时记录人体各关节在三维空间中的运动轨迹、速度、加速度和角度。在核电厂维修训练或模拟操作中，可用于分析维修人员的动作经济性、是否符合标准作业程序、是否存在不必要的身体负担或误操作风险。结合生物力学模型，还可以评估作业姿势对肌肉骨骼系统的影响，预防职业性损伤。
光学运动捕捉系统Qualisys
惯性动作捕捉系统Xsens
使用上述设备进行基于多模态的仓库搬运场景人体工效学评价实验
4、人-机-环境同步测试
高度集成的综合实验平台，旨在复现真实或仿真的工作场景，并在其中同步采集多模态数据，研究复杂交互。
驾驶模拟器/飞机座舱模拟器
高保真的仿真设备，提供沉浸式的视觉、听觉和动感反馈。可用于研究驾驶员/飞行员在常态、应急状态下的操作绩效、情境意识、决策过程及生理心理变化，是评估新型座舱设计、自动驾驶系统人机交互安全性的关键平台。
驾驶模拟系统SIMLAB
使用上述设备在驾驶模拟器上进行基于多模态数据的不同场景下驾驶人认知负荷研究
虚拟仿真系统
主控室仿真系统：基于实际DCS系统逻辑构建的高逼真度、可编程仿真环境。能够模拟电厂全工况运行及各类事故序列，是开展操纵员技能训练、班组协同演练、新操作规程验证、以及人机界面评估的核心工具。
事故场景VR/AR系统：利用虚拟现实或增强现实技术，构建沉浸式、交互式的三维事故场景（如设备故障现场、辐射隔离区）。可用于应急指挥人员的情景感知训练、维修人员的远程协作与程序演练，以及在安全环境下进行高风险、高成本的事故复盘与人因分析。
虚拟现实系统Worldviz
5、人体建模与工效学评价
三维人体扫描仪
通过光学或激光技术，在数秒内快速获取人体静态或动态的高精度三维点云数据。这些数据可用于建立特定人群的人体尺寸数据库，为主控室座椅、工作台、设备布局的定制化设计提供精确的依据。
动态人体扫描系统MOVE4D
人体工效学分析系统
将三维动捕或扫描获得的人体数据导入专业软件，对操作员进行可视度、可达域、舒适度、举力指数、疲劳分析等定量评估。此外，也可以将生成可驱动的数字人体模型，在虚拟环境中模拟不同体型（第5、50、95百分位）的操作员进行维修、监控等作业，从而在产品制造或施工前发现并修正工效学缺陷。
Xsens动作捕捉与Scalefit软件联合进行工效学评估
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