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客舱托盘桌高度对乘客头颈姿态和不适水平的影响

本站小编 Free考研考试/2021-12-15

王龙, 余隋怀, 陈登凯, 初建杰
西北工业大学 工业设计与人机工效工业和信息化部重点实验室, 陕西 西安 710072
收稿日期:2020-11-19
基金项目:工业与信息化部民用飞机专项基金资助项目(MJ-2015-F-018);教育部高等学校学科创新引智计划项目(B13044)。
作者简介:王龙(1988-),男,山东淄博人,西北工业大学博士研究生;
余隋怀(1962-),男,吉林通化人,西北工业大学教授,博士生导师;
陈登凯(1975-),男,陕西西安人,西北工业大学教授,博士生导师。

摘要:为提高飞机客舱乘坐空间的舒适性, 针对头颈姿态角难以直接采集的问题, 提出利用三维扫描间接得到测量数据的方法.通过与问卷调查及感知不适水平(perceived level of discomfort, PLD)测试相结合, 发现多数乘客会因托盘桌偏矮感到不舒适; 使用原始高度(68 cm)的托盘桌时, 被试者的头颈姿态角均在中性区域之外, 头颈姿态过度屈曲; 托盘桌逐级(73—78—83 cm)升高进行重复实验, 被试者的头倾角和颈曲角显著减小并接近或降至中性区域; PLD测试数据整体随托盘桌升高先降低后回升.结果表明托盘桌高度设置在73~83 cm范围内可以显著减小乘客头颈屈曲幅度, 减少乘客头颈部的不适感.
关键词:舒适性三维扫描PLD测试托盘桌头颈姿态角
Effect of Cabin Tray Table Height on Passengers' Head and Neck Posture and Perceived Level of Discomfort
WANG Long, YU Sui-huai, CHEN Deng-kai, CHU Jian-jie
Key Laboratory of Industrial Design and Ergonomics Ministry of Industry and Information Technology, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China
Corresponding author: YU Sui-huai, E-mail: Ysuihuai@sina.vip.com.

Abstract: To improve the comfort of the cabin space in aircraft, focusing on the difficulty to directly collect anthropometric data of head/neck posture angle, a method is proposed in this paper to obtain the head/neck posture angle indirectly by 3D scanning. A 3D scanning and a perceived level of discomfort(PLD)test are combined with a questionnaire, the results of which show that most passengers think that the current tray table is too low and uncomfortable. When tested with original height(68 cm)tray table, the subjects' head/neck posture angles are all outside the neutral region, indicating that the head/neck posture is excessive flexion. After tray table is raised gradually(73-78-83 cm)and the same tests are repeated, the subjects' HFA and NFA decreased significantly. The HFA and NFA are closer to or reach the neutral range. In PLD tests, with the rise of the tray table, the data first decreases and then rises. It shows that adjusting the tray table in 73~83 cm can significantly improve the passengers' head/neck posture and reduce the discomfort of passengers' neck.
Key words: comfort3D scanningPLD testtray tablehead/neck posture angle
经济舱是飞机客座率最高的舱位级别, 研究其乘坐舒适性具有重要意义.随着我国对民机客舱舒适性研究的日益深入, 以往被忽视的部分设计指标成为影响客舱整体舒适性的短板, 经济舱托盘桌高度正是其中之一.乘客在飞行后反映身体出现不适感最多的三个部位分别是腰部、颈部和腿部[1-2].以往设计客舱座椅时, 头枕通常被认为是用于维持乘客头颈姿态和舒适性的重要因素.然而, Franz等[3]提出只有当乘客完全倚靠在座椅靠背放松时头枕才能起作用, 说明乘客的颈
部有许多时候并没有接触到座椅的头枕.Villanueva等[4]和Young等[5]指出较高的注视位置会降低人头部和颈部的弯曲度, 说明乘客的视觉目标注视位置是影响乘客头颈姿态的重要因素之一.最初设计经济舱托盘桌高度时仅为满足乘客腿部空间需要[2], 忽略了对乘客头颈姿态的影响.钟媛[6]和陈祥[7]的研究均未能从人机工效角度明确托盘桌高度的设计指标.托盘桌偏矮可能导致乘客使用时的注视位置偏低, 进而引发头颈屈曲过度, 感到不舒适.Xie等[8]和Syamala等[9]发现在各种手持终端用户中颈部肌肉骨骼疾病的患病率显著高于其他身体部位.Straker等[10]从生物力学角度说明颈部过度弯曲会导致头部重力矩增加, 引起肌肉负荷过大.宋超等[11]通过皮肤表面肌电信号(surface electro-myography, sEMG)实验发现久坐对于脊椎肌肉的最大收缩力量并无影响,说明在研究人体颈部姿态舒适性时使用sEMG进行颈部肌肉静态测量的效果并不理想, 而测量头颈姿态角则较为适宜.上述研究均未曾对经济舱乘坐空间这样相对封闭狭小的特殊环境进行类似研究.
国内外相关研究使用的实验设备包括: 视频图像分析仪[12]、红外三维运动捕捉系统[9]、电子测角仪[8]、X光透视[13]和sEMG测试系统[11]等.这些设备对实验环境限制较多, 难以用于相对封闭狭小的模拟舱.三维白光扫描技术与传统激光扫描和红外三维运动捕捉系统相比, 具有非接触、速度快、精度高、灵活便携和对环境光照条件不敏感等优点.可实现对模拟客舱环境中被试者的头颈姿态角的无接触采集, 突破了环境限制, 极大降低了对被试者的器械负荷和心理影响.
本文以乘客使用经济舱托盘桌时其高度对头颈姿态及舒适感产生的影响为研究内容.针对如头颈姿态角这类人体测量学数据难以直接测量的问题, 提出利用三维白光扫描技术进行间接测量的方法.通过问卷调查了解经济舱托盘桌的使用现状和乘客用餐时的舒适性; 设计模拟客舱实验, 利用三维扫描对被试者的头颈姿态角度数据进行测量; 引入感知不舒适水平(perceived level of discomfort, PLD)测试[14-16]对乘客使用托盘桌时的不适感进行量化分析, 依照分析结果提出托盘桌的优化建议.该方法综合了被试者的主观评价和客观测量数据, 提高了分析结果的可靠性.
1 经济舱托盘桌使用现状调查1.1 调查问卷设计问卷整体分为两个部分, 第一部分包含参与者的性别、年龄、身高、体重和飞行频率信息.问卷第二部分共设计10个问题, 内容涉及托盘桌的使用情况、乘客对托盘桌高度的主观感受、托盘桌高度对乘客用餐行为的影响以及整体舒适性评价.由于用餐是最普遍的乘客行为, 且人们用餐时动作多变, 姿势喜好因人而异.因此, 对于乘客用餐时使用托盘桌的舒适性研究将通过该问卷调查完成.
1.2 调查方式与对象调查问卷通过网络在线定向发放至学校师生、旅行社会员、航空公司会员及社区志愿者.参与者将依照以往的乘机经验完成问卷回答, 该方法已被相关研究[17]证明是有效的.设定回收问卷的筛选条件为参与者在近1个月内有至少一次乘飞机出行的经验[18-21], 飞行时间不低于1.5h, 以保证飞行途中包含至少一次航空餐食服务体验[22], 且乘坐舱位等级为经济舱, 以满足本次调查经济舱托盘桌使用情况的需要.本次调查共发放问卷200份, 回收有效问卷161份(102名男性, 59名女性).
1.3 调查结果分析为保证调查结果的有效性, 采用重测信度(test-retest reliability)方法测量该问卷的信度.在完成第一次调查后间隔约2个月时间, 将该问卷重新发放给同一批参与者, 再次回收问卷108份, 对两次调查的结果进行相关性分析得到该问卷的重测信度r=0.857(r>0.8), 说明该问卷具有较高的信度.对问卷进行内容效度(content validity)分析, 结果显示CVI(content validity index)均大于0.78, 说明该问卷的效度较好.
对调查结果进行统计分析.由图 1可知几乎所有(158/161)参与者都会在乘机时使用托盘桌; 除用餐以外乘客使用托盘桌最多的行为分别是在使用笔记本或平板电脑(124/161)、手机(59/161)和阅读报刊(86/161)时.
图 1(Fig. 1)
图 1 问卷调查统计(问题1~2)Fig.1 Statistics of the questionnaire(questions 1~2)

图 2显示, 多数参与者(134/161)感到现有飞机经济舱的托盘桌高度过低, 且希望提升托盘桌的高度; 161人中有145人认为经济舱托盘桌比他们常用的餐桌更矮.问卷要求参与者自愿测量自己家中的餐桌面和座椅面距离地面的高度, 共得到79个参与者家中桌椅面高度样本.通过研究小组走访实测共获得不同学校37个食堂及43家快餐店内桌椅面高度样本, 统计结果如表 1所示.许多参与者(139/161)表示现有托盘桌高度会在使用时引起包括感到局促和胃部压迫在内的不适感.
图 2(Fig. 2)
图 2 问卷调查统计(问题3~6)Fig.2 Statistics of the questionnaire(questions 3~6)

表 1(Table 1)
表 1 常见的餐桌与座面高度均值Table 1 Mean heights of common table and seat
变量 参与者家中 学校食堂 快餐店 经济舱
桌面高度/cm 76 80 78 68
座面高度/cm 45 48 47 45
垂直距离/cm 31 32 31 23
主观感受 适中 适中 适中 偏矮


表 1 常见的餐桌与座面高度均值 Table 1 Mean heights of common table and seat

图 3显示, 部分参与者(75/161)表示在飞机上用餐时会端起餐盒; 多数参与者(129/161)认为使他们端起餐盒用餐的原因是托盘桌不够高.访谈和分析得知, 乘客端起餐盒用餐的原因还包括: 避免汤汁滴溅, 座椅排距太小或纯属个人习惯.
图 3(Fig. 3)
图 3 问卷调查统计(问题7~9)Fig.3 Statistics of the questionnaire(questions 7~9)

问题10要求参与者对现有经济舱托盘桌进行整体舒适性评价(overall comfort evaluation, OCE), 采用10分制, 分数越高评价越好, 结果平均分为5.76(SD = 1.02).独立样本T检验结果显示参与者的OCE得分存在显著(t =-7.138, sig<0.001)的性别差异(男: 5.38, 女: 6.42).按照参与者身体质量指数(body mass index, BMI)段分组进行分析,结果如图 4所示.
图 4(Fig. 4)
图 4 不同BMI的参与者OCE评分均值Fig.4 Mean value of OCE in different BMI groups

单因素方差分析(analysis of variance, ANOVA)及Tukey事后比较结果表明体型肥胖的人群的OCE分值显著(p<0.05)低于其他体型的人群.Spearman相关性检验结果显示OCE得分与参与者身高呈现显著(sig<0.001)负相关(rho =-0.624), 与参与者BMI呈现显著(sig<0.001)负相关(rho =-0.336).
2 三维扫描与PLD测试实验2.1 实验对象实验共招募被试者58人, 平均年龄26.2岁, 该年龄段有利于确保骨骼发育成熟且还未出现退行性病变[10], 平均身高168.7 cm, 平均体重为67.2 kg, 且性别分布均匀(男女各29人).所有被试者近7天内没有过头部、颈部、背部及上肢的疼痛或创伤病史.所有被试者都有在近期或经常乘坐飞机出行的经验.
2.2 实验设备与材料实验是在实验室的飞机经济舱模拟平台(图 5)中完成的, 该平台按照某型客机客舱真实尺寸定制, 使用真实经济舱座椅.实验设置两排座椅, 为尽量减少狭窄排距对被试者姿势的影响, 参考海南航空普通经济舱(73.7~81.2 cm)与超级经济舱(86.3~91.4 cm)排距, 取其中间值, 实验排距设置为83.8 cm.固定参数: 托盘桌高68 cm(逐级增加至83 cm)、靠背倾角106.5°、座面深度44.5 cm、座面高度45 cm.
图 5(Fig. 5)
图 5 飞机经济舱模拟平台Fig.5 Simulation platform of aircraft economy class

实验采用1台EinScan-Pro+手持式三维白光扫描仪作为人体头颈姿态采集设备, 该设备在手持精细扫描模式下扫描速度达到5.5万点/s, 扫描精度达到了0.1 mm, 配合扫描程序中标志点特征拼接功能可有效避免区域重复扫描, 完成一次被试者头颈部扫描仅需要约5 s.采集起始点设置于座椅左侧, 距离座面中心50 cm的位置.采集开始时, 扫描仪借助垂直标尺保持与地面垂直, 初始照射投影十字对准被试者左侧耳珠, 待完成定位后可手持扫描仪在距离目标面43~56 cm的范围内自由移动, 内嵌拼接算法确保手持扫描模型精度不受设备角度和位置变化的影响.实验时需要在被试者的眼角、耳珠、第7脊椎棘突等位置粘贴反光标记(见图 6), 类似的体表标记测量方法已在许多研究[5, 10, 23-27]中被采用.与传统反光标记球(直径约10~15 mm)相比, 本次研究使用的反光标记贴厚度仅为0.5 mm, 能够有效减少由于标记自身尺寸产生的测量误差.其他材料还包括: 1部智能手机(屏幕尺寸: 16.5 cm), 1台平板电脑(屏幕尺寸: 27.4 cm)和1本16开的杂志.由于平板电脑日益普及, 人们出行时越来越多的选择轻便的平板电脑, 因此实验选择平板电脑作为实验材料.
图 6(Fig. 6)
图 6 反光标记粘贴示例Fig.6 Example of reflective marker points

2.3 实验设计2.3.1 实验任务实验包含三维扫描和PLD测试两个部分.三维扫描实验要求被试者使用4级托盘桌高度各完成三个模拟任务.根据问卷调查结果选取除用餐外三个使用托盘桌最多的乘客行为作为实验任务: 使用手机, 要求被试者双手横握手机, 双腕放在托盘桌上(见图 7a), 手机屏幕与水平面的夹角约40°~60°; 使用平板电脑, 要求被试者将平板电脑利用折叠外壳立置在托盘桌上, 身体倚靠在座椅靠背上(见图 7b), 平板电脑屏幕与水平面的夹角约60°~80°; 阅读报刊, 要求被试者将杂志平放在托盘桌上, 双手平摊在书两侧(见图 7c), 页面与水平面的夹角约0°~20°.由于实验目的是采集被试者的头颈姿态角, 为控制实验变量, 要求所有被试者入座时臀部位于座面最深处, 下肢保持自然放松状态以稳定坐姿.三种任务构成了乘客在使用托盘桌时视觉目标面的三种典型倾斜角度[5].
图 7(Fig. 7)
图 7 模拟乘客行为任务Fig.7 Simulation of passengers' behavior tasks (a)—使用手机; (b)—使用平板电脑; (c)—阅读报刊.

2.3.2 实验步骤实验开始前, 被试者将被告知实验过程和研究目标.准备好实验设备和标记点后, 被试者休息5 min.实验中要求被试者保持如图 8所示的每个行为任务各5 min, 两次测试之间被试者休息5 min, 以尽量减少前一次测试产生的疲劳影响.根据托盘桌的4级高度, 将12次测试分为4个阶段, 每个阶段间隔30 min.每组实验中的模拟任务及测试阶段顺序均为随机, 以减少潜在的系统性偏差.PLD测试设置在每次模拟任务之后, 用于度量被试者实验后身体的不舒适感受.PLD测试由实验助手口头询问, 被试者参照图 8标准口头回答, 实验助手负责记录.
图 8(Fig. 8)
图 8 局部身体地图及PLD得分标准Fig.8 Local body map and PLD scoring criteria

2.3.3 实验变量实验设置的自变量包括由3种乘客行为与4级托盘桌高度(68, 73, 78, 83 cm)组合, 以及PLD测试中设定的从AF共6个身体部位(见图 8).托盘桌4级测量高度的设定是依据表 1中经济舱托盘桌平均高度68 cm为起始高度, 以常见餐桌平均高度78 cm为目标高度, 参考单因素实验设计中的均分试验方法[28], 取两者的差值除以2得到间隔区间为5 cm, 进而确定第2, 4级测量高度分别为73 cm和83 cm.因变量包括12次实验测量到的被试者头颈姿态角度, 以及被试者6个身体部位的PLD测试得分.
PLD测试是基于Borg自感疲劳程度量表(perceived level of exertion scale, PLE)[29]与身体地图法(body map, BM)[30]相结合的实验方法, 通过较精确的数值标尺对被试者感知不舒适程度进行度量, 结合BM法则能较直观地反映被试者某个身体部位的不舒适程度.
头颈姿态角(见图 9)包括: 头倾角是指垂直线与双耳珠连线中点至双眼角连线中点连线之间的夹角; 颈曲角是指垂直线与双耳珠连线中点到脊椎第七棘突点连线之间夹角; 颅颈角是指双耳珠连线中点至双眼角连线中点连线与双耳珠连线中点到脊椎第七棘突点连线之间夹角.相关研究[5, 10, 14]表明上述三个角度是描述人体头颈姿态的主要人体测量学参数.
图 9(Fig. 9)
图 9 头颈姿态角Fig.9 Head/neck posture angles

2.4 实验数据分析实验数据包含被试者头颈姿态角和PLD测试得分.58个样本经过筛选修正后保留56组(男女各28组)有效数据.被试者头颈姿态角采集处理过程如图 10所示.
图 10(Fig. 10)
图 10 头颈姿态角度测量过程Fig.10 Head/neck posture angles measurement

统计结果表明, 被试者的头倾角和颈曲角随着托盘桌升高而减小, 而颅颈角则随之增大.综合以往文献[5, 31-33]中所报道的头颈姿态角的中性(舒适)角度范围(头倾角: 75°~86°; 颈曲角: 37°~45°), 托盘桌为68 cm时采集到的被试者头倾角和颈曲角均远离中性区域; 随着托盘桌高度逐步提升至73, 78, 83 cm, 被试者头倾角和颈曲角数据也随之接近或到达中性区域(见图 11).
图 11(Fig. 11)
图 11 头颈姿态角均值图Fig.11 Mean values of head/neck posture angles

单因素ANOVA结果如表 2所示, 托盘桌逐级升高后, 3种实验任务中被试者的头倾角和颈曲角的均值都显著(p<0.05)减小, 而颅颈角的均值随之增大, 但并不显著(p>0.05).Tukey事后比较发现头倾角和颈曲角数据在桌板提升至73 cm时变化并不显著; 桌板高度提升至78 cm和83 cm时, 相比68 cm时头倾角和颈曲角数据都出现显著减小(p<0.05).
表 2(Table 2)
表 2 头颈姿态角单因素ANOVATable 2 One-way ANOVA of head/neck posture angles
姿态角 任务 不同桌板高度的姿态角M(SE)/(°) 显著性p-value
68 cm 73 cm 78 cm 83 cm
头倾角 使用手机 96.22(1.71)90.75(1.53)87.08(1.58)*83.65(1.32)*p<0.001
使用平板 87.71(1.26) 84.37(1.74) 80.67(1.23)* 78.78(1.34)* p<0.001
阅读报刊 101.59(1.68) 96.52(1.34) 91.03(1.22)* 85.86(1.31)* p<0.001
颈曲角 使用手机60.81(1.69)57.16(1.32)54.31(1.71)*51.12(1.25)*p=0.015
使用平板 50.05(1.65) 47.97(1.69) 44.83(1.49)* 43.06(1.41)* p=0.043
阅读报刊 65.18(2.11) 61.58(2.23) 56.81(1.45)* 51.92(1.37)* p=0.003
颅颈角 使用手机144.59(1.22)146.41(1.35)147.23(1.38)147.47(1.14)p=0.087
使用平板 142.34(0.99) 143.6(1.03) 144.16(1.09) 144.28(1.05) p=0.073
阅读报刊 143.59(1.41) 145.06(1.34) 145.78(1.12) 146.06(1.07) p=0.169
注:*标记不同桌板高度的实验数据Tukey事后比较存在显著差异;M为均值;SE为标准误差.下同.


表 2 头颈姿态角单因素ANOVA Table 2 One-way ANOVA of head/neck posture angles

统计结果表明, 三种实验任务后的PLD测试得分均随托盘桌升高而有所下降.6个身体部位的PLD测试得分总体呈现从AF依次下降的趋势.但是当桌板高度提升至83 cm时, 完成使用手机任务后被试者B, C, D部位的PLD得分不降反升; 完成阅读报刊任务后被试者B, C, D, E, F部位的PLD得分也均出现回升(见图 12).
图 12(Fig. 12)
图 12 PLD测试得分均值图Fig.12 Mean PLD scores of three tasks (a)—使用手机;(b)—使用平板电脑;(c)—阅读报刊.

PLD测试数据的单因素ANOVA结果如表 3所示.Tukey事后比较发现, 桌板仅升高至73 cm时, 被试者完成三种实验任务的PLD得分下降均不显著(p>0.05);桌板高度提升至78 cm和83 cm时, 相比68 cm时被试者完成三种实验任务后A部位的PLD得分均显著(p<0.05)下降.此外, 在使用手机任务中, 桌板高度提升至78 cm时,B, C两个部位的PLD得分显著下降(p<0.05);在阅读报刊任务中, 桌板高度提升至78 cm和83 cm时,EF部位的PLD测试得分显著(p<0.05)下降.
表 3(Table 3)
表 3 PLD测试得分单因素ANOVATable 3 One-way ANOVA of PLD scores
任务 部位 不同桌板高度的PLD得分M(SE) 显著性p-value
68 cm 73 cm 78 cm 83 cm
使用手机 A2.74(0.35)2.20(0.31)1.45(0.25)*0.75(0.20)*p=0.012
B 1.97(0.23) 1.61(0.20) 1.10(0.16)*1.26(0.12)p=0.044
C 1.93(0.23) 1.59(0.21)1.10(0.16)*1.26(0.12)p=0.044
D 1.23(0.25)1.12(0.22)0.88(0.19)0.97(0.16)p=0.140
E 1.18(0.20)1.03(0.21)0.78(0.18)0.70(0.15)p=0.163
F 1.18(0.20)1.03(0.21)0.78(0.18)0.70(0.15)p=0.163
使用平板电脑 A2.75(0.33)2.17(0.31)1.83(0.32)*36(0.27)*p=0.038
B1.59(0.19)1.44(0.19)1.22(0.21)1.01(0.17)p=0.096
C1.58(0.20)1.43(0.19)1.23(0.21)1.03(0.17)p=0.094
D1.37(0.23)1.23(0.20)1.13(0.19)0.98(0.14)p=0.187
E0.83(0.19)0.66(0.19)0.53(0.17)0.51(0.12)p=0.317
F0.82(0.20)0.65(0.19)0.51(0.17)0.50(0.12)p=0.317
阅读报刊 A 3.81(0.43) 3.29(0.41) 2.58(0.38)* 2.08(0.33)* p=0.028
B 2.59(0.28)2.33(0.23)2.00(0.27)2.10(0.23)p=0.287
C2.58(0.28)2.32(0.23)2.01(0.26)2.10(0.21)p=0.287
D2.12(0.27)1.87(0.25)1.41(0.23)1.69(0.18)p=0.163
E1.75(0.23)1.45(0.22)1.01(0.20)*1.11(0.19)*p=0.043
F1.75(0.23)1.46(0.22)1.01(0.20)*1.12(0.19)*p=0.043


表 3 PLD测试得分单因素ANOVA Table 3 One-way ANOVA of PLD scores

3 分析与讨论1) 问卷调查表明, 经济舱乘客用餐时通常都使用托盘桌.除用餐外, 乘客使用手机、笔记本或平板电脑以及阅读报刊是用托盘桌最多的情况.调查发现多数人认为现有经济舱托盘桌不够高, 使用时会感到不舒适, 如感到局促或胃部有压迫感.一些人觉得在食用一些含有汤汁的餐食时由于托盘桌太矮加之排距不足不得不端起餐盒用餐.调查中经济舱托盘桌的OCE仅有5.76分(10分制), 其中男性OCE得分显著低于女性, 且该结果与被试者身高和BMI均呈显著负相关, 说明身高越高和越肥胖的乘客对托盘桌越不满意, 一定程度佐证了托盘桌高度不足.
2) 三维扫描实验依据问卷调查结果设计了3种乘客使用托盘桌的实验任务.观察图 8可见3种姿态中, 使用平板电脑时被试者头颈姿态最为自然, 即便如此, 在托盘桌升高之前被试者的头倾角和颈曲角仍在中性角度范围之外, 说明原有托盘桌高度偏矮.托盘桌升高至73 cm后被试者的头倾角和颈曲角均有不显著的减小.托盘桌依次升高至78, 83 cm后重复实验, 被试者使用平板电脑时的头倾角和颈曲角数据均显著减小至中性范围, 进行另外两个实验任务时的头倾角和颈曲角数据也随之显著减小, 接近或到达中性范围.实验说明适当增加托盘桌的高度可以显著减小乘客的头颈部的屈曲幅度, 使姿态趋于自然中性状态, 使乘客感觉更加舒适.该结果与以往研究[4, 14, 25, 34-35]具有一致性.实验结果还发现虽然颅颈角会随托盘桌升高而增加, 但该变化并不显著.这一结果与Young等[5]的发现相一致, 颅颈角的变化反映出人体为保持视线稳定, 颈部弯曲变化需要头部进行相应的姿态修正.
3) PLD测试结果中重复实验的被试者6个身体部位的PLD得分从AF呈现明显自上而下的递减趋势, 三种姿态的A部位PLD得分均值都是最高的, 且数据最大值达到8分(可以感受到疼痛).说明实验中被试者颈部不适感最为明显, 肩部次之, 上背部最轻微.该结果符合相关研究[5, 14, 25, 33]提出的较低的视线目标位置会让使用者面临颈部和肩部不适, 增加肌肉骨骼系统疾病的风险.实验中托盘桌逐级升高后, 三种实验任务中被试者A部位的PLD测试得分均有所降低, 且下降幅度是6个部位最大的, 当托盘桌升高至78 cm和83 cm时该变化具有显著性.这说明适当增加托盘桌高度有助于减少乘客的不适感, 尤其是颈部的不适感.托盘桌高度提升至83 cm时, 完成使用手机任务后被试者B, C, D部位的PLD得分不降反升; 完成阅读报刊任务后被试者B, C, D, E, F部位的PLD得分也出现回升.据被试者反映当桌板高度提升至83 cm时, 完成使用手机和阅读报刊任务会感到明显的上肢抬举负荷, 一段时间后感到肩部不适.说明托盘桌高度不宜过度提升, 过高的托盘桌将会引起乘客上肢和肩部的不适.随着托盘桌依次升高, 被试者完成阅读报刊任务后EF部位的PLD得分显著降低, 而阅读报刊是三种姿态中幅度最大的, 说明当乘客做出类似的较大幅度动作时, 托盘桌的高度将会显著影响到乘客上背部的舒适感.托盘桌高度68 cm时, A~D四个身体部位的PLD测试数据与被试者的身高呈显著的正相关性, 说明乘客身高越高, 使用托盘桌时的不适感越强, 侧面反映出现有托盘桌存在高度不足问题.
Spearman相关性测试结果(见表 4)显示, 托盘桌高68 cm时A, B, C, D四个身体部位的PLD测试得分与被试者的身高呈显著正相关.单因素ANOVA分析表明PLD测试数据未出现显著的(p>0.05)性别差异.
表 4(Table 4)
表 4 PLD得分与被试者身高相关性测试Table 4 Correlation test between PLD scores and height of subjects
身体部位 sig.(2-tailed) rho
A <0.001 0.417**
B <0.001 0.265**
C <0.001 0.331**
D 0.001 0.217**
E 0.205 0.097
F 0.205 0.097
注:**标记0.01水平下呈现显著相关性(2-tailed).


表 4 PLD得分与被试者身高相关性测试 Table 4 Correlation test between PLD scores and height of subjects

4 结论1) 现有经济舱托盘桌存在高度不足的现象, 多数乘客会在使用时感到不舒适.男性乘客比女性乘客对托盘桌的OCE得分更低; 体型肥胖的乘客对托盘桌的OCE得分较其他体型人群更低.
2) 扫描实验发现, 托盘桌高度由68 cm依次升高至78 cm和83 cm时, 使用托盘桌时被试者的头倾角和颈曲角均显著减小; 颅颈角会随托盘桌高度升高而增大, 但均不显著.
3) PLD测试发现, 乘客在使用托盘桌时颈部、肩部和背部会出现不同程度的不适感.托盘桌高度由68 cm依次升高至78 cm和83 cm时, A部位的PLD得分显著下降, 颈部不适感明显有所减轻, 说明托盘桌高度对乘客颈部的舒适性影响显著.
4) 当托盘桌升高至83 cm时部分身体部位的PLD测试数据出现回升现象, 说明托盘桌高度也不宜过高, 否则将会引起乘客上肢和肩部的不适.
5) 建议改进飞机经济舱托盘桌的结构设计, 使托盘桌高度可以根据不同乘客的需要在73~83 cm的范围内调节.
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