專利名稱：人體尺寸數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化方法及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人體工程學領(lǐng)域，更具體的說，是關(guān)于一種人體尺寸數(shù)據(jù)處理的 優(yōu)化方法及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著人類社會的發(fā)展，人們越來越重視健康。人的生活質(zhì)量和健康在很大程 度上依賴于人體同諸如生活用品、交通系統(tǒng)、衣著、工作和生活場所、以及娛樂 活動等各種因素之間的幾何關(guān)系。為了優(yōu)化工作場所和居住環(huán)境的技術(shù)設(shè)計，確 保人與環(huán)境之間的協(xié)調(diào)性，必須量化人體尺寸和體形。而這種幾何關(guān)系的確定基 礎(chǔ)就是人體測量及其測量數(shù)據(jù)。
在進行工業(yè)設(shè)計應(yīng)用人機工程學時，不僅需要應(yīng)用其原理和方法，而且還經(jīng) 常要用到人體尺寸，因此需要有好的人體測量數(shù)據(jù)給以參考和支持。西方發(fā)達國 家非常重視人體測量及其數(shù)據(jù)庫的建立。目前，世界上已有90多個大規(guī)模的人體 測量數(shù)據(jù)庫，其中歐美國家占了大部分，亞洲國家約有10個，而日本占了一半以 上[2]。我國目前還缺少較為完善的現(xiàn)代的大規(guī)模人體測量數(shù)據(jù)庫。
我國于1988年發(fā)布89年實施了 GB 10000—88《中國成年人人體尺寸》，它是 依據(jù)在80年代全國范圍內(nèi)進行的一次大樣本人體測量，從而建立的人體尺寸基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)標準。隨后，又于1993年發(fā)布實施了 GB/T 13547—92《工作空間人體尺寸》。 但人體尺寸數(shù)據(jù)具有突出的時效性，按《人體測量學》的要求，大樣本的人體尺 寸測量應(yīng)該每隔IO年進行一次。因為受諸多因素的影響，人類某些特定群體的尺寸數(shù)據(jù)會發(fā)生相應(yīng)的變化。然而，上一次測量距今已近20年之久。
經(jīng)過了這十幾年的迅速發(fā)展，我國人口的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了相當大的變化，雖然 其間有些地區(qū)性的或部門組織的人體測量，但總的來說原有數(shù)據(jù)已顯得陳舊。因 此，現(xiàn)在迫切需要進行一次大樣本的人體測量，以建立起最新的人體數(shù)據(jù)庫，以 及工業(yè)設(shè)計所需的人體尺寸數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種人體尺寸數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化方法及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
本發(fā)明的發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種人體尺寸數(shù)據(jù)處理的優(yōu) 化方法及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，由人體尺寸數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化算法和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫組成。通 過對在一定的時期內(nèi)某一特定人群的身體結(jié)構(gòu)及其各部分的比例關(guān)系的分析得出 總體人群的新的尺寸數(shù)據(jù)。
本課題研究探討了一種簡單而又可行的方法，以從另一角度解決這一問題， 建立一個人體數(shù)據(jù)庫。既滿足其數(shù)據(jù)的科學性、實用性，又使其簡單易于操作。
由于人體極為復雜，人體尺度隨國家、地區(qū)、民族、性別、年齡、職業(yè)和生 活狀況等的不同而有差異。而且人體各部分的尺寸比例關(guān)系隨著人的民族、性別、 年齡等因素的不同而不同。但是，考慮到在一段不長的時期內(nèi)，某一特定人群的 身體結(jié)構(gòu)及其各部分的比例關(guān)系應(yīng)該不會有多少變化。因此，我們可以分析總結(jié) 出這樣的數(shù)學關(guān)系，以便具體應(yīng)用到人體數(shù)據(jù)資料的處理上來。
1.首先對國標GB/T 10000—1988《中國成年人人體尺寸》和GB/T 13547—92《工作空間人體尺寸》進行研究分析在做了相關(guān)的分析和研究之后，確定了 以上兩標準所包含的靜態(tài)人體測量項目基本滿足工業(yè)設(shè)計和人機工程學應(yīng)用的要 求，因此采用其所有項目。其中《中國成年人人體尺寸》列有47項人體尺寸基礎(chǔ) 測量項目，《工作空間人體尺寸》列有17項與工作空間有關(guān)的人體尺寸測量項目， 總共64項。 '
然后應(yīng)用統(tǒng)計分析軟件SPSS13，對國標中數(shù)據(jù)(各測量項目的百分位數(shù)數(shù)據(jù)) 進行相關(guān)性分析。從分析結(jié)果中可以清晰的看出，人體各尺寸與身高H之間存在 著非常明顯的統(tǒng)計學意義上的線性關(guān)系。例如在顯著性水平為0.01條件下，體重 與身高的Pearson相關(guān)系數(shù)達到0.994，而上臂長、前臂長、大腿長和小腿長等與 身高近乎達到1。為提高精度，應(yīng)用數(shù)學工具Matlab，對其不同年齡組的數(shù)據(jù)進 行最小二乘擬合，得出一系列人體各尺寸與身高H之間的線性關(guān)系(一元線性回 歸分析)。
2.新的人體測量數(shù)據(jù)的獲取和分析處理
根據(jù)某高校醫(yī)院對其教職工進行的體檢資料，獲取其最新的2003 2004年人 體測量數(shù)據(jù)(包含性別、年齡、身高、體重等四個項目)。所獲得的資料共1914 人，其中男性為886人，年齡從22歲到83歲；女性1028人，年齡21 88歲。 其測量采用直接測量法，測量儀器為人體測高儀和體重計，并按照醫(yī)學要求進行 (脫鞋)，基本滿足人體測量學和國標《用于技術(shù)設(shè)計的人體測量基礎(chǔ)項g》的要 求。
首先對數(shù)據(jù)進行預處理，檢查是否存在異常數(shù)據(jù)。然后應(yīng)用統(tǒng)計分析軟件SPSS 13進行分析處理，分別按照不同年齡組，給出了各測量項目的平均值、中值、 標準差、最小值、最大值、第l、第2、第5、第10、第50、第90、第95、第98、
第99百分位數(shù)數(shù)據(jù)等(除全體外各分段年齡組只統(tǒng)計各百分位數(shù)據(jù))。
具體年齡分組為男性——全體20 83歲，分段20 30、 30 40、 40 50、 50 60、 60 70、 70以上；女性——全體20 88歲，具體年齡分段同男性分6 檔。
3.最終計算處理
按照國標和人機工程學應(yīng)用的要求，'以前面分析所得的人體各尺寸與身高H 之間的線性關(guān)系為基礎(chǔ)，對新的人體身高、體重數(shù)據(jù)進行計算處理，得出人體各 主要尺寸的各百分位數(shù)數(shù)據(jù)。取人體測量項目共64項，按照國標《中國成年人人 體尺寸》的結(jié)構(gòu)要求，建立新的人體尺寸數(shù)據(jù)表。
系統(tǒng)的設(shè)計目的
1.)研究原國標中各人體尺寸百分位數(shù)之間的數(shù)學關(guān)系，建立基于人體尺寸 百分位數(shù)的數(shù)學模型，以簡化和減少建立人體尺寸數(shù)據(jù)庫過程中的人體測量；
2. )據(jù)此數(shù)學模型，對新的人體測量數(shù)據(jù)擴展處理，建立最新的人體尺寸數(shù) 據(jù)體系及數(shù)據(jù)表，以利于設(shè)計師在設(shè)計時進行人機工程學應(yīng)用和評價使用；
3. )在建立了新的人體尺寸數(shù)據(jù)體系基礎(chǔ)之上，進一步研究將新的人體尺寸 數(shù)據(jù)進行人機工程學應(yīng)用的原則，并指出應(yīng)用的具體操作流程和方法，以利于設(shè) 計師在工業(yè)設(shè)計中能更加方便的應(yīng)用。發(fā)明的實施步驟
1. )從原國標人體尺寸百分位數(shù)數(shù)據(jù)入手，分析建立了人體尺寸數(shù)學模型， 對于人體尺寸研究具有理論意義；
2. )由所建立的人體尺寸數(shù)學模型，.可以將僅有身高、體重的人體數(shù)據(jù)資料 擴展成具有64項人體尺寸項目的數(shù)據(jù)體系，對于工業(yè)設(shè)計和人機工程應(yīng)用具有很 大的實際意義；
3. )給出人體測量數(shù)據(jù)在工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用的原則，并提出具體應(yīng)用的操作流 程和方法，對于設(shè)計師應(yīng)用人體數(shù)據(jù)進行設(shè)計具有指導意義和實踐意義。
采用如上所述的技術(shù)方案后，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性
本發(fā)明提供了一種簡單而又可行的方法，以從另一角度解決這一問題，建立 一個人體數(shù)據(jù)庫。既滿足其數(shù)據(jù)的科學性、實用性，又使其簡單易于操作。


圖1為常用人體尺寸測量項目及部位圖； 圖2為本發(fā)明的分析過程流程具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細描述由于所獲得的人體數(shù)據(jù)資料是打印出來的數(shù)據(jù)表格，因此需要將其轉(zhuǎn)換錄入 到計算機中，并建立與應(yīng)用分析軟件相對應(yīng)的數(shù)據(jù)文件格式，然后才能進行隨后 的人體數(shù)據(jù)分析。具體內(nèi)容包括
將原人體數(shù)據(jù)表格分部分進行掃描儀掃描，建立對應(yīng)的圖像文件；
利用OCR表格文字識別軟件，將以上掃描圖像進行文字(數(shù)字)識別，建立 Excel數(shù)據(jù)表格文檔；
與原人體數(shù)據(jù)資料校對，對建立的Excel數(shù)據(jù)表格進行編輯檢査，文件中錄入 項目重復或缺落的進行對應(yīng)刪除或重新錄入，有明顯錯誤的進行適當修改；
將修改后的Excel數(shù)據(jù)按男女分開，分別導入到SPSS軟件中，建立相應(yīng)的數(shù) 據(jù)庫文件。
最后就可以進行以下的分析處理。
在上面的論述中說明了在產(chǎn)品設(shè)計中'正確使用人體測量數(shù)據(jù)應(yīng)遵循的基本歩 驟。下面結(jié)合如圖2所示的流程圖，進一歩闡明在產(chǎn)品設(shè)計中如何具體操作，一 步一^的將人體測量數(shù)據(jù)正確的應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計中去，設(shè)計出符合人體尺寸特性 的產(chǎn)品的設(shè)計過程。
在工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用人機工程學的最基本目的，是如何將所設(shè)計的工業(yè)產(chǎn)品符 合人體尺寸特性。
1.) A初始過程
首先，設(shè)計尺寸之間大都具有關(guān)聯(lián)性，很少是獨立存在的。所以在設(shè)計的開始階段，就須將所有與人體尺寸有關(guān)的內(nèi)容羅列出來。因此，在A過程中，第一 歩就是列出與人體尺寸有關(guān)的設(shè)計尺寸。然后進行分析，看看是否能將列出的相 關(guān)人體尺寸直接作為設(shè)計尺寸使用。
2. ) B和C過程選擇判斷
B過程和C過程是討論設(shè)計尺寸的過程。但是兩者前提條件恰好相反。經(jīng)過 上一歩的分析判斷，如果能將人體尺寸直接作為設(shè)計尺寸的話，設(shè)計流^就進入 B過程。如果不能，則流程進入C過程。
B過程
B過程是將人體尺寸直接作為設(shè)計尺寸的過程。例如椅子的座高，座寬； 門寬，門高，織機的擋車高度，開關(guān)寬等等。B過程第一步，首先將顧客層明確 化，確定所要設(shè)計產(chǎn)品的目標客戶群，然后選擇一個合適的預期目標用戶的滿足 度。第二步，就是收集相關(guān)的人體尺寸。比如對于椅子的設(shè)計，就要收集坐高、 小腿加足高、坐深、坐姿肘高、坐姿頸椎點高等尺寸。第三步就要考慮這些人體 尺寸所要取的百分位數(shù)值。例如對于固定高度的座椅，應(yīng)取50%的百分位數(shù)，以 使大多數(shù)人都能適用。第四步就要對以上人體尺寸數(shù)據(jù)綜合考慮，根據(jù)具體的工 作姿勢和環(huán)境進行修正。例如設(shè)計椅子的座高時，就要考慮人穿鞋的鞋高和衣服 的厚度等因素，增加修正量。
3. ) C過程
C過程是不能直接將人體尺寸作為設(shè)計尺寸的設(shè)計過程。在實際設(shè)計中，有 很多產(chǎn)品的部分尺寸是不能或不好直接應(yīng)用人體尺寸的，這時就要根據(jù)人機工程學的方法設(shè)定設(shè)計尺寸。通常這時所采用的人機工程學的方法有經(jīng)驗公式法和 實驗法等。首先第一步，對各個調(diào)查對象進行合適的設(shè)計尺寸調(diào)查，以確定產(chǎn)品 所適用的各個設(shè)計尺寸。第二歩，明確人體尺寸與IH確的設(shè)計尺寸之間的關(guān)系。 由于不能直接將人體尺寸作為設(shè)計尺寸，因此就要進行人機工程學分析，判斷采 用何種方法設(shè)計。經(jīng)驗公式法通常是針對，在工業(yè)設(shè)計和人機工程應(yīng)用中己存在 經(jīng)驗公式卻不能直接測量的人體尺寸，例如人體各部分重心，就要根據(jù)各重心與 人體各部分長度及身高的比例關(guān)系來確定。實驗法是針對既不能直接應(yīng)用又無經(jīng) 驗公式的情況，例如前面所談到的功能修正量和心理修正量的確定。通煤以上方 法確定人體尺寸與IH確的設(shè)計尺寸之間的關(guān)系。第三歩，設(shè)定合適的設(shè)計尺寸。 經(jīng)過以上各歩工作，最終確定所要的合適設(shè)計尺寸。
4. ) D過程
D過程是對通過B、 C過程得到的設(shè)計尺寸進行評價、修IH的過程。 一個產(chǎn) 品一般有幾個或很多個設(shè)計尺寸，并且這些尺寸從整體上常常又是相互影響相互 聯(lián)系的，不是孤立存在的。因此，對經(jīng)過以上B、 C過程所得出的設(shè)計尺寸，首 先從整體上進行相互調(diào)整，使各個相關(guān)的設(shè)計尺寸協(xié)調(diào)正確。然后從人機工程學 的角度進行評價，評判其是否符合產(chǎn)品的設(shè)計要求，再對其中不適當?shù)牟糠诌M行 適當調(diào)整修正。最后，對經(jīng)過調(diào)整修正的設(shè)計進行最終使用性評價或模擬實驗， 反饋到用戶層以確定其是否滿足設(shè)計要求。若不合適，則再進行調(diào)整修正，直到 滿足設(shè)計要求為止。
權(quán)利要求
1. 一種人體尺寸數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化方法及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，由人體尺寸數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化算法和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫組成。其特征在于，通過對在一定的時期內(nèi)某一特定人群的身體結(jié)構(gòu)及其各部分的比例關(guān)系的分析得出總體人群的新的尺寸數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種人體尺寸數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化方法及數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，由人體尺寸數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化算法和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫組成。通過對在一定的時期內(nèi)某一特定人群的身體結(jié)構(gòu)及其各部分的比例關(guān)系的分析得出總體人群的新的尺寸數(shù)據(jù)。本發(fā)明提供了一種簡單而又可行的方法，以從另一角度解決這一問題，建立一個人體數(shù)據(jù)庫。既滿足其數(shù)據(jù)的科學性、實用性，又使其簡單易于操作。
文檔編號G06F19/00GK101533429SQ20081003463
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者余淼淼 申請人:余淼淼