礦山瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中界面參數(shù)名稱呈現(xiàn)方式的眼動(dòng)研究

孫林輝，韓貝貝，袁曉芳

(西安科技大學(xué) 管理學(xué)院，西安 710054)

1 引言

瓦斯突出作為煤礦“五害”之一，瓦斯爆炸事故在煤礦事故中危害程度最大，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)[1]，因此瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是數(shù)字化礦山安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。隨著數(shù)字化的發(fā)展，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中的調(diào)度監(jiān)控作業(yè)任務(wù)在復(fù)雜的人-機(jī)交互(Human-Computer Interaction，HCI)系統(tǒng)下完成，監(jiān)控室操作員的任務(wù)由過(guò)去在控制室巡盤和手動(dòng)操作轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訌拇笃聊缓陀?jì)算機(jī)顯示終端上獲取系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)，完成信息監(jiān)視、狀態(tài)管理、任務(wù)響應(yīng)、計(jì)劃執(zhí)行等認(rèn)知與操縱任務(wù)。由于監(jiān)控界面的信息顯示內(nèi)容、信息顯示方式以及監(jiān)控人員的作業(yè)方式發(fā)生了根本性變化，使得監(jiān)控作業(yè)人員的視覺(jué)搜索效率尤為重要[2]。

監(jiān)控任務(wù)界面中的信息主要指系統(tǒng)呈現(xiàn)在界面上傳遞給操作者認(rèn)讀的內(nèi)容，包括字符、文本、圖像、圖標(biāo)、色彩、維度等表達(dá)方式，通過(guò)不同呈現(xiàn)方式組成特指含義的信息塊[3]。由于人類從外部環(huán)境獲得的信息中有90%來(lái)自視覺(jué)[4]，因此視覺(jué)搜索在我們的日常生活和工作中起著廣泛而重要的作用。為了準(zhǔn)確并及時(shí)了解各類環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效地監(jiān)控必不可少，監(jiān)控作業(yè)人員的監(jiān)控主要以視覺(jué)搜索為主[5]。視覺(jué)搜索是一種復(fù)雜的認(rèn)知過(guò)程，是人獲取外界信息進(jìn)而進(jìn)行加工的一種重要方式，一般要求在某一刺激背景中找出特定刺激，具有較強(qiáng)的目的性[6]。當(dāng)前，視覺(jué)搜索已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于符號(hào)、字符及文字的目標(biāo)識(shí)別與搜索中，且在已有的大多數(shù)視覺(jué)搜索研究中，都是對(duì)單目標(biāo)視覺(jué)搜索進(jìn)行研究的，在干擾字符中通過(guò)識(shí)別單個(gè)目標(biāo)進(jìn)而找出其視覺(jué)搜索規(guī)律。胡波等人[7]以單個(gè)字符為搜索目標(biāo)設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)視覺(jué)搜索實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)顯示移動(dòng)速度對(duì)搜索績(jī)效的影響顯著。宮殿坤等人[8]采用視覺(jué)搜索程序和實(shí)驗(yàn)內(nèi)省法考察了漢字字體、字體大小和搜索方式對(duì)視覺(jué)搜索反應(yīng)時(shí)的影響。但是在實(shí)際生活和工作中，人們需要進(jìn)行視覺(jué)搜索的目標(biāo)不止一個(gè)，如在核電站、交通樞紐、軍事作戰(zhàn)、機(jī)場(chǎng)或地鐵安檢等復(fù)雜的監(jiān)控界面中，其危險(xiǎn)源或需要重點(diǎn)監(jiān)控的區(qū)域不止一個(gè)，所以多目標(biāo)視覺(jué)搜索的研究也是具有重要意義的，了解多目標(biāo)視覺(jué)搜索的特點(diǎn)，可以更好地對(duì)監(jiān)控作業(yè)人員進(jìn)行視覺(jué)搜索培訓(xùn)和優(yōu)化監(jiān)控界面呈現(xiàn)方式。Morawski(1980年)等人[9]最先提出將搜索模型(隨機(jī)和系統(tǒng))從搜索字段中的單目標(biāo)任務(wù)擴(kuò)展到多目標(biāo)任務(wù)的視覺(jué)搜索研究。于瑞峰等人[10]以四個(gè)難度相近的符號(hào)進(jìn)行視覺(jué)搜索實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多目標(biāo)視覺(jué)搜索任務(wù)中，各個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間是相互影響的。目前大多數(shù)視覺(jué)搜索研究都是建立在假設(shè)和數(shù)學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上，還缺乏客觀的眼動(dòng)數(shù)據(jù)。徐兆方等人[11]首次以單個(gè)漢字作為多目標(biāo)搜索的刺激材料，探討多目標(biāo)搜索過(guò)程中目標(biāo)搜索時(shí)間的規(guī)律和眼動(dòng)行為特征。此外，視覺(jué)搜索效率還受到個(gè)體搜索方式的影響。Sternberg等人[12]認(rèn)為視覺(jué)搜索的方式可能是平行掃描(Parallel scanning)或系列掃描。Chan等人[13]進(jìn)行了雙目標(biāo)的視覺(jué)搜索試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)搜索時(shí)間小于30s時(shí)，被試大多采取隨機(jī)搜索策略。Wolfe等人[14]發(fā)現(xiàn)自由搜索和系統(tǒng)搜索兩種搜索方式的反應(yīng)時(shí)間有差異。

數(shù)字化礦山瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中界面信息主要由字符來(lái)呈現(xiàn)，其界面字符的顯示存在中、英文混雜，參數(shù)表達(dá)不統(tǒng)一等現(xiàn)象。目前對(duì)中、英文的對(duì)比研究大多在閱讀[15]、廣告符號(hào)[16]、城市道路指示標(biāo)志[17]等領(lǐng)域。因此本文以礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為研究對(duì)象，借助眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)以中、英文字符為刺激材料設(shè)計(jì)單目標(biāo)和多目標(biāo)兩種視覺(jué)搜索任務(wù)，對(duì)其監(jiān)控界面中參數(shù)名稱中英文呈現(xiàn)方式進(jìn)行眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，直觀地獲取被試的搜索策略，分析中、英文字符的注視時(shí)間、注視點(diǎn)數(shù)及眼動(dòng)軌跡等眼動(dòng)數(shù)據(jù)，研究?jī)深惓尸F(xiàn)方式對(duì)被試界面搜索效率的影響，揭示人在兩種不同實(shí)驗(yàn)材料中的視覺(jué)搜索規(guī)律和認(rèn)知過(guò)程，為界面的呈現(xiàn)方式提出合理化建議，以提高監(jiān)控作業(yè)人員監(jiān)控效率和可靠性。

2 對(duì)象與方法

實(shí)驗(yàn)采用2(文字：中文、英文)×2(搜索任務(wù)：?jiǎn)文繕?biāo)、多目標(biāo))兩因素設(shè)計(jì)。其中中、英文字符分別隨機(jī)排列在4×3如圖1所示的表格中，它們由計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)在24英寸的顯示屏上，計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)記錄每個(gè)目標(biāo)字符的眼動(dòng)搜索時(shí)間，眼動(dòng)儀自動(dòng)記錄被試搜索過(guò)程中的眼動(dòng)數(shù)據(jù)。在搜索過(guò)程中干擾字符和目標(biāo)字符分別是中文和分子式并同時(shí)出現(xiàn)。因?yàn)楸辉噷?duì)頁(yè)面不同位置的注意力分配不同，存在明顯的區(qū)域偏好[18]，為了減少中文與英文目標(biāo)字符分布位置對(duì)搜索績(jī)效的影響，將12個(gè)格子從1到12進(jìn)行編碼，每張實(shí)驗(yàn)材料均利用隨機(jī)數(shù)生成器隨機(jī)生成目標(biāo)字符與干擾字符的位置，并確保目標(biāo)字符隨機(jī)分布在圖片的四個(gè)象限內(nèi)，英文字符位置與中文保持一致。Han等人[19]認(rèn)為工作記憶的加工任務(wù)會(huì)影響視覺(jué)搜索，為了減少搜索過(guò)程產(chǎn)生搜索記憶對(duì)搜索績(jī)效的影響，在搜索任務(wù)設(shè)置上首先進(jìn)行中文的單目標(biāo)和多目標(biāo)搜索，再進(jìn)行英文的單目標(biāo)和多目標(biāo)搜索。

圖1 搜索任務(wù)實(shí)驗(yàn)材料

在單目標(biāo)搜索和多目標(biāo)搜索任務(wù)中，中文與英文的目標(biāo)字符是一致的。實(shí)驗(yàn)中中、英文目標(biāo)字符的提示語(yǔ)均為一氧化碳(CO)、甲烷(CH4)、二氧化硫(SO2)。多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中目標(biāo)字符的提示語(yǔ)順序?yàn)橐谎趸?CO)、甲烷(CH4)、二氧化硫(SO2)，且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有規(guī)定被試搜索目標(biāo)字符的先后順序。被試找到目標(biāo)字符后點(diǎn)擊目標(biāo)字符所在方格區(qū)域，目標(biāo)字符全部找到后，圖片會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至下一張。為了探明三個(gè)中文目標(biāo)字符和三個(gè)英文目標(biāo)字符各自之間是否具有相同的難度，在正式實(shí)驗(yàn)之前共有15名在校大學(xué)生(男生8名，女生7名；年齡在22-25歲)參加了預(yù)實(shí)驗(yàn)。用單因素方差分析法對(duì)中文和英文字符的注視時(shí)間分別進(jìn)行分析，如表1所示。中文的單目標(biāo)搜索中，目標(biāo)字符的組內(nèi)搜索時(shí)間無(wú)明顯差異(F(2，42)=1.83，P=0.17，P>0.05)；英文的單目標(biāo)搜索中，目標(biāo)字符的組內(nèi)搜索時(shí)間無(wú)明顯差異(F(2，42)=1.91，P=0.16，P>0.05)。

表1 目標(biāo)字符注視時(shí)間及組內(nèi)單因素方差分析(ms)

2.1 被試

本實(shí)驗(yàn)選取30名來(lái)自西安科技大學(xué)的在大學(xué)生，其中男生16名，女生14名，被試年齡在22-25歲之間。均為右利手，母語(yǔ)為漢語(yǔ)，各被試均無(wú)計(jì)算機(jī)操作障礙，裸眼視力或矯正視力均正常，無(wú)散光和色盲。所有被試之前都沒(méi)有參加過(guò)類似實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷或者有關(guān)于煤礦的相關(guān)知識(shí)背景，有一定的化學(xué)基礎(chǔ)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)采用RED-mobile桌面式眼動(dòng)儀，是一款非接觸式、可自由移動(dòng)的眼動(dòng)追蹤系統(tǒng)。硬件包括一臺(tái)筆記本電腦和追蹤模塊。采樣率為250 Hz，視點(diǎn)位置準(zhǔn)確度為0.4°，精確度為0.03°。軟件包括Experiment Center實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)軟件和SMI BeGaze眼動(dòng)數(shù)據(jù)分析軟件。

2.3 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)材料選用12個(gè)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中常用的化學(xué)名稱，其中練習(xí)材料有4頁(yè)，正式實(shí)驗(yàn)材料12頁(yè)(單目標(biāo)中英文字符各三張，多目標(biāo)中英文字符各三張)，提示材料14頁(yè)。中文字符的字體選擇當(dāng)前實(shí)踐主要用的宋體，為了使看到的字體大小和實(shí)際相一致故選擇22磅字(約為三號(hào)字)。英文字符采用中文字符對(duì)應(yīng)的分子式，字體大小與中文字符一致。

2.4 實(shí)驗(yàn)程序

(1)在實(shí)驗(yàn)正式開始之前先讓被試熟悉實(shí)驗(yàn)材料，了解實(shí)驗(yàn)中涉及到的化學(xué)名稱及對(duì)應(yīng)的化學(xué)分子式。

(2)在被試坐在眼動(dòng)儀前，給被試說(shuō)明實(shí)驗(yàn)要求。調(diào)整被試的位置和坐姿，被試距離屏幕大約在60-80 cm，使被試視線放松時(shí)的視線中心落在屏幕的中心附近并進(jìn)行校準(zhǔn)。

(3)被試在閱讀指導(dǎo)語(yǔ)后程序呈現(xiàn)中文搜索界面其次是英文搜索界面，單目標(biāo)搜索任務(wù)在前多目標(biāo)在后。每個(gè)實(shí)驗(yàn)材料前面都有提示語(yǔ)，提示被試需要找到的目標(biāo)字符，當(dāng)被試找到時(shí)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊屏幕上目標(biāo)字符所在的方格區(qū)域。在一次搜索任務(wù)完成后屏幕隨即顯示下一個(gè)要查找的實(shí)驗(yàn)圖片。當(dāng)中文搜索任務(wù)結(jié)束后，被試休息一分鐘，然后進(jìn)入英文搜索任務(wù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 單目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)

由于眼球運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可以提供關(guān)于注視點(diǎn)數(shù)和注視持續(xù)時(shí)間的有價(jià)值的信息[20]。注視時(shí)間表示完成對(duì)目標(biāo)的分析和判斷的總時(shí)間；注視點(diǎn)數(shù)表示視覺(jué)搜索的有效性，注視點(diǎn)數(shù)越多意味著單次信息獲取能力弱，搜索目標(biāo)的相對(duì)難度較大，需增加注視點(diǎn)以補(bǔ)充輔助信息[21]。對(duì)被試單目標(biāo)中英文搜索實(shí)驗(yàn)的注視時(shí)間和注視點(diǎn)數(shù)進(jìn)行比較結(jié)果見(jiàn)表2。進(jìn)一步對(duì)中、英文的注視時(shí)間采用單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，中、英文注視時(shí)間差異顯著(F(1，178)=80.657，P=0.000,P<0.01)，即在字符顯示類型上中文與英文的注視時(shí)間有顯著差異。對(duì)注視點(diǎn)數(shù)進(jìn)行單因素方差分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中、英文注視點(diǎn)數(shù)差異顯著(F(1，178)=37.111，P=0.000,P<0.01)，即在字符顯示類型上中文與英文的注視點(diǎn)數(shù)有顯著差異。

表2 單目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)的注視時(shí)間和注視次數(shù)

3.2 多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)

多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中目標(biāo)字符的注視時(shí)間、注視點(diǎn)數(shù)如表3所示，通過(guò)單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中被試中英文注視時(shí)間無(wú)明顯差異，(F(1，178)=2.481，P=0.117,P>0.05)。多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中被試中英文注視點(diǎn)數(shù)無(wú)明顯差異(F(1，178)=0.095，P=0.758,P>0.05)。

表3 多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)的注視時(shí)間和注視點(diǎn)數(shù)

進(jìn)一步研究多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中各目標(biāo)字符的搜索時(shí)間。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于有六名被試(男生4名、女生2名)沒(méi)有記住多目標(biāo)提示語(yǔ)而返回上一頁(yè)查看提示字符的情況，因此有效被試為24名(男生12名，女生12名)。將目標(biāo)字符所在表格劃出興趣區(qū)并得到如下的各目標(biāo)字符搜索時(shí)間公式：

T1=tE1

T2=tE2-tE1-tD1

T3=tE3-tE2-tD2

式中，T1、T2、T3分別為第一個(gè)、第二個(gè)、第三個(gè)目標(biāo)字符的搜索時(shí)間；tE1、tE2、tE3分別為進(jìn)入第一個(gè)、第二個(gè)、第三個(gè)目標(biāo)字符所在興趣區(qū)的進(jìn)入時(shí)間(Entry time);tD1、tD2分別為第一個(gè)、第二個(gè)目標(biāo)字符所在興趣區(qū)域內(nèi)所有注視點(diǎn)的注視時(shí)間和眼跳時(shí)間之和。有上述公式計(jì)算各目標(biāo)的搜索時(shí)間如表4所示：

表4 多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)搜索時(shí)間(ms)

通過(guò)單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中被試第一個(gè)目標(biāo)字符的搜索時(shí)間中、英文無(wú)明顯差異(F(1，142)=2.56，P=0.112，P>0.05)。第二個(gè)目標(biāo)字符的搜索時(shí)間中英文無(wú)明顯差異(F(1，142)=2.526，P=0.114，P>0.05)。第三個(gè)目標(biāo)字符的搜索時(shí)間中、英文有明顯差異(F(1，142)=7.04，P=0.009，P<0.01)。

配對(duì)樣本T檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，中文第一個(gè)目標(biāo)與第二個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間差異顯著(t=-4.299，P=0.000，P<0.01)。第二個(gè)目標(biāo)與第三個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間差異顯著(t=-6.576，P=0.000，P<0.01)。中文第一個(gè)目標(biāo)與第三個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間差異顯著(t=-2.467，P=0.016，P<0.05)。進(jìn)一步對(duì)比英文目標(biāo)字符的搜索時(shí)間發(fā)現(xiàn)，英文第一個(gè)目標(biāo)與第二個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間差異顯著(t=-5.306，P=0.000，P<0.01)。英文第二個(gè)目標(biāo)與第三個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間無(wú)明顯差異(t=-1.085，P=0.281，P>0.05)。英文第一個(gè)目標(biāo)與第三個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間無(wú)明顯差異(t=1.825，P=0.072，P>0.05)。

3.3 搜索方式結(jié)果

眼動(dòng)儀記錄下單目標(biāo)和多目標(biāo)搜索的掃描路徑如圖2-圖5所示。

通過(guò)Be Gaze分析軟件對(duì)被試搜索過(guò)程中的整體掃描路徑進(jìn)行回放，可以看出被試在搜索過(guò)程中主要有兩種搜索方式：系統(tǒng)搜索、自由搜索，如圖6-圖7所示。

圖6 系統(tǒng)搜索軌跡圖

圖7 自由搜索軌跡圖

表5是用眼動(dòng)記錄數(shù)據(jù)對(duì)搜索方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，在中英文單目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中對(duì)搜索方式進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)單目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中英文目標(biāo)的搜索方式無(wú)明顯差異(t=1.292，P=0.201，P>0.05)。在中英文多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中對(duì)搜索方式進(jìn)行配對(duì)樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中英文目標(biāo)的搜索方式無(wú)明顯差異(t=0.728，P=0.472，P>0.05)。對(duì)比單目標(biāo)搜索任務(wù)和多目標(biāo)搜索任務(wù)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試在單目標(biāo)搜索任務(wù)和多目標(biāo)搜索任務(wù)的搜索方式差異顯著(t=-16.651，P=0.000,P<0.01)。通過(guò)單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，中文單目標(biāo)字符的搜索方式男女無(wú)明顯差異(F(1，70)=1.432，P=0.235，P>0.05)。英文單目標(biāo)字符的搜索方式男女無(wú)明顯差異(F(1，70)=1.29，P=0.063，P>0.05)。在多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)被試無(wú)論男女在找中文字符和英文字符時(shí)均采用自由搜索，男女無(wú)差異。即性別不能預(yù)測(cè)搜索的種類。

針對(duì)不同搜索方式下被試的搜索時(shí)間進(jìn)行分析結(jié)果如表6所示，通過(guò)單因素方差分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中文單目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中系統(tǒng)搜索和自由搜索的被試注視時(shí)間差異顯著(F(1，70)=50.09，P=0.000，P<0.01)；單目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中被試英文注視時(shí)間差異顯著(F(1，70)=13.81，P=0.000，P<0.01)。

表6 不同搜索模式下被試的注視時(shí)間(ms)

4 討論

單目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，英文字符比中文字符的注視時(shí)間短，且其注視點(diǎn)數(shù)明顯少于中文字符。對(duì)搜索路徑圖分析發(fā)現(xiàn)，單目標(biāo)中被試多采用系統(tǒng)搜索；自由搜索和系統(tǒng)搜索的反應(yīng)時(shí)間有差異，這與Wolfe的研究一致。分析其原因：第一，中文字符與英文字符本身的差異。漢字是“音”、“形”、“意”的結(jié)合體，而英文字符較中文字符簡(jiǎn)潔、好辨識(shí)。第二，中文字符的長(zhǎng)度比其對(duì)應(yīng)的英文字符長(zhǎng)，使搜索中文字符的難度加大。第三，單目標(biāo)系統(tǒng)搜索的注視時(shí)間明顯比自由搜索短，在單目標(biāo)搜索過(guò)程中被試對(duì)目標(biāo)字符的記憶難度較小，被試在搜索過(guò)程中只需要找到單個(gè)目標(biāo)并不受到搜索順序的影響進(jìn)行反復(fù)回視。

多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中、英文字符的注視時(shí)間和注視點(diǎn)數(shù)均沒(méi)有明顯差異(見(jiàn)圖8)。進(jìn)而計(jì)算了中、英文多目標(biāo)搜索中各個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：中、英文字符中第二個(gè)目標(biāo)字符搜索時(shí)間最長(zhǎng)；中文第三個(gè)目標(biāo)字符搜索時(shí)間最短，第一個(gè)次之；英文第一個(gè)目標(biāo)字符最短，第三個(gè)次之，與中文字符相反。第一個(gè)目標(biāo)字符與第二個(gè)目標(biāo)字符的搜索時(shí)間上中、英文均無(wú)明顯差異，而第三個(gè)目標(biāo)字符中、英文差異顯著且英文的搜索時(shí)間大于中文。此結(jié)果與以往同類研究有所不同，徐兆方等在進(jìn)行中文單個(gè)字符的多目標(biāo)眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)第二個(gè)目標(biāo)字符的搜索時(shí)間最短，第一個(gè)和第三個(gè)字符的搜索時(shí)間接近。湯洪濤等在進(jìn)行多目標(biāo)視覺(jué)搜索實(shí)驗(yàn)時(shí)也發(fā)現(xiàn)第二個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間最短，第一個(gè)目標(biāo)最長(zhǎng)[22]。

對(duì)比單目標(biāo)和多目標(biāo)搜索的注視時(shí)間和注視點(diǎn)數(shù)發(fā)現(xiàn)，多目標(biāo)的注視時(shí)間和注視點(diǎn)數(shù)大于單目標(biāo)，在簡(jiǎn)單的任務(wù)中很容易識(shí)別目標(biāo)字符，需要處理少量的相關(guān)刺激，幾乎需要注意力資源。而在復(fù)雜任務(wù)中很難識(shí)別和判斷目標(biāo)。此外，復(fù)雜任務(wù)需要處理大量的相關(guān)刺激，因此需要相當(dāng)多的關(guān)注。參與者可以增加注視時(shí)間以補(bǔ)償其注意力資源并確保搜索準(zhǔn)確性[23]。

對(duì)多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)的眼動(dòng)搜索路徑圖分析發(fā)現(xiàn)：(1)多目標(biāo)的搜索方式中、英文字符無(wú)差異。(2)多目標(biāo)搜索多采用自由搜索。(3)性別無(wú)法預(yù)測(cè)搜索方式。分析上述結(jié)果的原因：第一，刺激材料和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的難度有差異。分析實(shí)驗(yàn)材料發(fā)現(xiàn)大部分多目標(biāo)實(shí)驗(yàn)中的干擾字符是相同的，只要找到與干擾字符外形不同的目標(biāo)字符即可，只是簡(jiǎn)單的視覺(jué)搜索過(guò)程。而在本實(shí)驗(yàn)中干擾字符和目標(biāo)字符均來(lái)自礦井瓦斯的數(shù)十種有害氣體的名稱，屏幕上顯示的每個(gè)字符都不相同且具有實(shí)際意義，這也導(dǎo)致了被試在搜索的過(guò)程中難度加大進(jìn)而搜索時(shí)間增長(zhǎng)注視點(diǎn)增多。第二，干擾字符的復(fù)雜程度。Wolfe等人[24]發(fā)現(xiàn)目標(biāo)搜索的速度受到復(fù)雜背景的限制。干擾字符的不同也導(dǎo)致了搜索背景變得復(fù)雜使搜索難度加大。第三，被試信息處理過(guò)程不同。Wickens等人[25]提出了數(shù)字化人-機(jī)交互系統(tǒng)中人的信息處理包括感知階段(對(duì)界面信息的監(jiān)視和對(duì)刺激的識(shí)別)、判斷階段(對(duì)界面進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估并做出響應(yīng)決策)、響應(yīng)階段(對(duì)上一階段的決策做出選擇和執(zhí)行)。由于實(shí)驗(yàn)材料中每個(gè)字符都不一樣，被試在搜索的過(guò)程中需要對(duì)每一個(gè)字符進(jìn)行識(shí)別和判斷；在多目標(biāo)搜索實(shí)驗(yàn)中被試還必須記住三個(gè)不同的目標(biāo)字符，導(dǎo)致他們?cè)谶M(jìn)行目標(biāo)搜索和判斷時(shí)要分配更多的記憶和注意資源，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有的被試還出現(xiàn)了目標(biāo)字符遺忘的現(xiàn)象。第四，目標(biāo)字符間會(huì)相互影響，在搜索的過(guò)程中可能有工作記憶的影響[26]。通過(guò)進(jìn)一步分析被試目標(biāo)字符的搜索順序發(fā)現(xiàn)，大部分被試在搜索過(guò)程中是按照提示語(yǔ)的目標(biāo)字符順序進(jìn)行搜索的，搜索中文字符時(shí)58.33%的被試搜索順序與提示語(yǔ)順序一致，65.28%的被試搜索英文字符時(shí)搜索順序與提示語(yǔ)一致；尤其對(duì)首個(gè)目標(biāo)字符搜索時(shí)與提示語(yǔ)順序一致的比例更高，中文字符93.06%，英文字符83.33%。這說(shuō)明被試在搜索過(guò)程中受到提示語(yǔ)順序的影響較大，被試對(duì)提示語(yǔ)的記憶順序影響了每個(gè)目標(biāo)搜索的前后順序。Pomplun等人[27]發(fā)現(xiàn)在搜索過(guò)程中被試發(fā)生了多次“檢查”的眼動(dòng)，從而減少了需要記憶編碼的信息量。通過(guò)查看被試的搜索軌跡也能看出，被試在搜索過(guò)程中被試找到第一個(gè)目標(biāo)之后發(fā)生了多次回視，此時(shí)被試已經(jīng)看到了第三個(gè)目標(biāo)字符但是受到記憶字符順序的影響并沒(méi)有馬上識(shí)別出來(lái)，這也導(dǎo)致第二個(gè)目標(biāo)的搜索時(shí)間最長(zhǎng)。Najemnik等人[28]發(fā)現(xiàn)在視覺(jué)搜索過(guò)程中，人們會(huì)調(diào)整眼動(dòng)策略來(lái)盡量減少記憶、認(rèn)知和注意的資源負(fù)荷。被試多目標(biāo)搜索的搜索方式在開始時(shí)傾向于系統(tǒng)搜索，而第一個(gè)目標(biāo)之后多采用自由搜索，與Hong的研究一致[29]。

5 結(jié)論

本文對(duì)數(shù)字化礦山瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中參數(shù)名稱的中、英文呈現(xiàn)方式進(jìn)行對(duì)比研究。設(shè)計(jì)了單目標(biāo)視覺(jué)搜索和多目標(biāo)視覺(jué)搜索的眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組內(nèi)中、英文字符的眼動(dòng)記錄數(shù)據(jù)對(duì)照分析得出以下結(jié)論：

(1)在搜索單個(gè)目標(biāo)搜索時(shí)英文字符的注視時(shí)間和注視點(diǎn)數(shù)明顯少于中文字符，而在多目標(biāo)搜索時(shí)無(wú)差異。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮根據(jù)監(jiān)控任務(wù)界面的復(fù)雜程度，選擇不同的字符呈現(xiàn)方式，即界面內(nèi)容單一、搜索任務(wù)簡(jiǎn)單時(shí)可選擇使用英文參數(shù)展現(xiàn)，復(fù)雜任務(wù)可參數(shù)名稱中、英文混合使用。

(2)干擾字符的復(fù)雜程度會(huì)影響被試對(duì)目標(biāo)字符的搜索效率。因此，在界面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免呈現(xiàn)過(guò)于復(fù)雜的信息，提高信息的可識(shí)別性，保證作業(yè)人員的監(jiān)控可靠性。

(3)被試在單目標(biāo)視覺(jué)搜索過(guò)程主要采用系統(tǒng)搜索方式，多目標(biāo)視覺(jué)搜索主要采用自由搜索；單目標(biāo)搜索中被試的搜索方式會(huì)影響注視時(shí)間。在監(jiān)控人員上崗前可以對(duì)其搜索方式進(jìn)行測(cè)試，篩選出搜索績(jī)效較好的人員。