煤礦不同工作面場景的安全標(biāo)志顯著性研究

譚章祿，劉 潔，吳 琦

（中國礦業(yè)大學(xué)（北京）管理學(xué)院，北京 100083）

安全標(biāo)志作為安全生產(chǎn)管理過程中的重要手段之一，具有傳遞和警示危險(xiǎn)信息的作用。因此提高礦工對于安全標(biāo)志的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)煤礦安全標(biāo)志的有效應(yīng)用，對于減少煤礦安全事故的發(fā)生和預(yù)防人的不安全行為起著重要作用[1]。因此基于6種常見的煤礦工作面場景，在不同光線程度對比下開展有、無輔助文字的安全標(biāo)志的眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，探究煤礦不同工作面場景下，光線程度與輔助文字對煤礦安全標(biāo)志的顯著性影響。旨在提高礦工對煤礦安全標(biāo)志的識(shí)別程度，減少礦工不安全行為，從而達(dá)到降低煤礦安全事故發(fā)生的目的。

1 煤礦安全標(biāo)志的研究現(xiàn)狀

近年來，煤礦井下安全事故多發(fā)，而安全標(biāo)志能夠起到警示危險(xiǎn)信息、規(guī)范安全操作的作用，借此來指導(dǎo)和管控人們的不安全行為，從而保障煤礦工作人員安全。在煤礦安全標(biāo)志現(xiàn)有的研究中，國外學(xué)者如：Wei Jiang[2]研究危險(xiǎn)源辨識(shí)與信息量計(jì)算在煤礦安全標(biāo)志設(shè)計(jì)中的作用；Chan[3]研究用戶因素及認(rèn)知符號特性對煤礦安全標(biāo)志的影響。國內(nèi)學(xué)術(shù)界對于煤礦安全標(biāo)志的研究主要集中在煤礦安全標(biāo)志設(shè)置的位置[4]、煤礦安全標(biāo)志有效性研究[5]、煤礦安全標(biāo)志的設(shè)計(jì)[6]、煤礦安全標(biāo)志的種類[7]、煤礦安全標(biāo)志識(shí)別的因素[8]和煤礦安全標(biāo)志標(biāo)準(zhǔn)化[9]等方面。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對于煤礦安全標(biāo)志的研究大多集中于定性研究，而眼動(dòng)理論的研究相對比較成熟，也有部分學(xué)者從眼動(dòng)追蹤技術(shù)的角度開展了定量研究，并取得了一定成果[10-13]。然而目前學(xué)者基于煤礦井下不同工作面場景，開展光線程度和輔助文字對安全標(biāo)志的顯著性研究較少。因此，利用眼動(dòng)追蹤技術(shù)，選取6種常見煤礦工作面場景作為實(shí)驗(yàn)材料，在不同光線程度對比下開展有、無輔助文字的安全標(biāo)志眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)。通過采集被試者的平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時(shí)間3種眼動(dòng)指標(biāo)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。進(jìn)而為煤礦安全標(biāo)志的設(shè)計(jì)提供合理化建議，通過做好風(fēng)險(xiǎn)管控，減少礦工不安全行為。

2 煤礦安全標(biāo)志的眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)

1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹＂僭诿旱V不同工作面場景下，探究在不同光線程度對比下被試者對有、無輔助文字的安全標(biāo)志的認(rèn)知程度是否存在顯著差異；②比較被試者對于6種煤礦不同工作面場景的認(rèn)知程度是否存在顯著差異。以期為煤礦安全標(biāo)志的設(shè)計(jì)及有效運(yùn)用提供合理化建議，提高礦工對煤礦安全標(biāo)志的識(shí)別程度。

2）實(shí)驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)采用Tobii Pro Nano60眼動(dòng)儀，采樣率60 Hz，準(zhǔn)確度0.3°理想環(huán)境下，精確度0.10°RMS理想環(huán)境下，頭動(dòng)范圍35 cm×30 cm。設(shè)備可以自動(dòng)記錄被試者在觀察刺激材料時(shí)注視、眼跳、眨眼等指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3）實(shí)驗(yàn)材料。實(shí)驗(yàn)選取6種常見的煤礦工作面場景圖片作為實(shí)驗(yàn)刺激材料，其中煤礦工作面場景的選取是基于安宇[14]對某煤巷掘進(jìn)工作面的多次實(shí)地考察，最終確定移動(dòng)變電站單元、帶式輸送機(jī)單元、軌道運(yùn)輸單元、刮板輸送機(jī)單元、掘進(jìn)作業(yè)單元、支護(hù)作業(yè)單元6個(gè)單元的物理區(qū)域進(jìn)行研究。此外，關(guān)于煤礦安全標(biāo)志的位置設(shè)置問題，實(shí)驗(yàn)基于田水承[4]在煤礦安全標(biāo)志位置設(shè)置的實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)論，將煤礦安全標(biāo)志設(shè)置在工作面右側(cè)或右上側(cè)位置，能夠增強(qiáng)煤礦安全標(biāo)志的顯著性。因此，實(shí)驗(yàn)分別針對每一種煤礦工作面場景選擇一張具有代表性的安全標(biāo)志，且均為禁止標(biāo)志。針對同一煤礦工作面場景將分別附有、無輔助文字的煤礦安全標(biāo)志圖片置于實(shí)驗(yàn)刺激材料的右上側(cè)，并分別調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)刺激材料的顏色從而形成光線程度對比?；诖?，實(shí)驗(yàn)共分為6組安全標(biāo)志圖片刺激材料，且每組安全標(biāo)志分別由4張圖片組成，即2張暗光線下有、無輔助文字的安全標(biāo)志和兩張亮光線下有、無輔助文字的安全標(biāo)志圖片。實(shí)驗(yàn)所用圖片的設(shè)計(jì)依據(jù)GB 2984—2008《安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則》[15]，均已控制圖片的尺寸和顏色等物理參數(shù)對被試認(rèn)知效果的影響，滿足實(shí)驗(yàn)要求，從而進(jìn)行眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

4）實(shí)驗(yàn)對象。為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性，實(shí)驗(yàn)被試選取了35名具有煤礦工作經(jīng)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)經(jīng)驗(yàn)的人員作為實(shí)驗(yàn)被試者?；诿禾科髽I(yè)行業(yè)的特殊性質(zhì)，被試均為男性，視力或校正視力均正常，無色盲色弱現(xiàn)象。在35名被試中，剔除3名數(shù)據(jù)偏差較大的無效樣本，最終選擇了32名具有代表性的被試樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

5）實(shí)驗(yàn)過程。實(shí)驗(yàn)開始前，為提高實(shí)驗(yàn)采樣率，被試者在開始眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)之前均需進(jìn)行校準(zhǔn)，當(dāng)校準(zhǔn)率達(dá)到70%以上，可以接受校準(zhǔn)結(jié)果。校準(zhǔn)完成后，實(shí)驗(yàn)者會(huì)引導(dǎo)被試做好準(zhǔn)備工作并對被試實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)，一切準(zhǔn)備就緒后實(shí)驗(yàn)開始。實(shí)驗(yàn)過程中，屏幕將分別按照圖片組別自動(dòng)呈現(xiàn)6組實(shí)驗(yàn)刺激材料的24張圖片，并在每張圖片后設(shè)置了2個(gè)有關(guān)認(rèn)知負(fù)荷的問題，分別為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的問題，并設(shè)置了里克特七級量表的選項(xiàng)讓被試者進(jìn)行認(rèn)知打分。在識(shí)別安全標(biāo)志的眼動(dòng)過程中，注視和眼跳是最主要的2種基本眼動(dòng)形式，眼動(dòng)儀也會(huì)在實(shí)驗(yàn)過程中記錄被試者的眼動(dòng)數(shù)據(jù)，以便之后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

6）數(shù)據(jù)導(dǎo)出及處理。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用Tobii眼動(dòng)儀自帶的ErgoLAB軟件將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出，用EXCEL表格對導(dǎo)出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，處理完成后借助SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.1 相關(guān)分析

選取了對認(rèn)知負(fù)荷有顯著影響的3種眼動(dòng)指標(biāo)，為平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時(shí)間。其中，瞳孔直徑與認(rèn)知負(fù)荷呈正比，當(dāng)被試者面臨任務(wù)難度大的時(shí)候，被試需要付出更多的認(rèn)知努力，容易導(dǎo)致瞳孔直徑變大；眨眼頻率與認(rèn)知負(fù)荷呈反比，當(dāng)認(rèn)知任務(wù)較為困難時(shí)，會(huì)抑制眨眼活動(dòng)的發(fā)生，從而導(dǎo)致眨眼頻率降低。注視時(shí)間與認(rèn)知負(fù)荷呈正比，隨著任務(wù)復(fù)雜性增加，心理努力投入和任務(wù)主觀難度增大，注視時(shí)間增加。為了進(jìn)一步驗(yàn)證外在認(rèn)知負(fù)荷與3種眼動(dòng)指標(biāo)的關(guān)系，主要采用Pearson相關(guān)分析方法進(jìn)行相關(guān)分析。外在認(rèn)知負(fù)荷與平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時(shí)間的相關(guān)系數(shù)分別為0.148、－0.426、0.084，表明外在認(rèn)知負(fù)荷與平均瞳孔直徑、平均注視時(shí)間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，而外在認(rèn)知負(fù)荷與眨眼頻率存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。綜上所述可以得到3種眼動(dòng)指標(biāo)均符合認(rèn)知規(guī)律。

3.2 不同影響因素對認(rèn)知負(fù)荷的差異性分析

3.2.1 光線程度對認(rèn)知負(fù)荷的影響分析

為了進(jìn)一步探究光線程度對認(rèn)知負(fù)荷的影響，運(yùn)用SPSS19.0軟件進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，分組變量為暗光線和亮光線，檢驗(yàn)變量為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷。其中，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是基于任務(wù)本身通過自上而下的驅(qū)動(dòng)影響人的注意力，任務(wù)復(fù)雜性越大，會(huì)占用更多的工作記憶容量，此時(shí)就會(huì)增加學(xué)習(xí)者的內(nèi)在負(fù)荷；外在認(rèn)知負(fù)荷是基于展示方式和信息組織方式本身的，通過自下而上來影響人的注意力，當(dāng)呈現(xiàn)方式不當(dāng)，就容易增加學(xué)習(xí)者的外在負(fù)荷。光線程度的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

不同光線程度下，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的顯著性概率Sig.（雙側(cè)）均為0，說明內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷在暗光線及亮光線場景下均有顯著性差異。其中，暗光線場景下，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的均值分別為4.30和4.25，二者認(rèn)知負(fù)荷的均值均高于在亮光線場景下的均值。綜上所述可以得到在暗光線場景時(shí)，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的認(rèn)知難度更大。

3.2.2 輔助文字對認(rèn)知負(fù)荷的影響分析

從有、無輔助文字的安全標(biāo)志角度對認(rèn)知負(fù)荷進(jìn)行差異性比較，分組變量為無輔助文字和有輔助文字，檢驗(yàn)變量為內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷。輔助文字的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較分析結(jié)果見表2。

表2 輔助文字的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)Table 2 Independent sample t test of auxiliary text

在有、無輔助文字的場景時(shí)，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的顯著性概率Sig.（雙側(cè)）均為0，說明內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷在有、無輔助文字場景時(shí)具有顯著性差異。其中，在無輔助文字場景時(shí)，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的均值分別為5.27和5.20，二者認(rèn)知負(fù)荷的均值均大于在有輔助文字場景時(shí)的均值。綜上，可以得到在無輔助文字的場景時(shí)，內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的認(rèn)知難度更大。

3.2.3 圖片組別對認(rèn)知負(fù)荷的影響分析

為了探究不同圖片組別即煤礦不同工作面場景時(shí)對認(rèn)知負(fù)荷的影響程度，進(jìn)行了差異性比較，圖片組別對認(rèn)知負(fù)荷的差異性比較分析結(jié)果見表3。

表3 圖片組別對認(rèn)知負(fù)荷的差異性比較Table 3 Comparison of differences in cognitive load of picture groups

不同圖片組別在內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷和外在認(rèn)知負(fù)荷的顯著性概率分別為0.968和0.927，均大于0.05，不存在顯著差異。綜上，可以得到在煤礦不同工作面場景時(shí)，被試者對安全標(biāo)志的識(shí)別程度不存在顯著性差異。

3.3 不同影響因素下眼動(dòng)指標(biāo)的差異性分析

3.3.1 光線程度對眼動(dòng)指標(biāo)的影響分析

分別探究不同光線程度對眼動(dòng)指標(biāo)的差異性比較，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)的方法，光線程度對眼動(dòng)指標(biāo)的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 光線程度對眼動(dòng)指標(biāo)的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)Table 4 Independent sample t test of light intensity on eye movement indexes

在不同光線程度時(shí)，平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時(shí)間的顯著性概率Sig.（雙側(cè)）分別為0、0.026、0.002，顯著性概率均小于0.05，3種眼動(dòng)指標(biāo)分別在暗光線和亮光線下均有顯著性差異。此外平均瞳孔直徑在暗光線和亮光線下的均值分別為3.686和3.522，說明暗光線下平均瞳孔直徑增大；眨眼頻率在暗光線和亮光線下的均值分別為0.406和0.447，可以得到暗光線下眨眼頻率降低；平均注視時(shí)間在暗光線和亮光線下均值分別為0.401和0.360，表明暗光線下注視時(shí)間更長。綜上可以得到3種眼動(dòng)指標(biāo)在暗光線場景時(shí)，被試需要付出更多的努力，認(rèn)知難度更大。

3.3.2 輔助文字對眼動(dòng)指標(biāo)的影響分析

從有無輔助文字的安全標(biāo)志角度對眼動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行差異性比較，輔助文字對眼動(dòng)指標(biāo)的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較分析結(jié)果見表5。

表5 輔助文字對眼動(dòng)指標(biāo)的獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)Table 5 Independent sample t test of auxiliary text on eye movement indexes

在有、無輔助文字的場景時(shí)，平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時(shí)間的顯著性概率Sig.（雙側(cè)）分別為0，0和0.017，顯著性概率均小于0.05，3種眼動(dòng)指標(biāo)分別在無輔助文字和有輔助文字時(shí)均有顯著性差異。其中，平均瞳孔直徑在無輔助文字和有輔助文字的均值分別為3.748和3.615，可見無輔助文字時(shí)平均瞳孔直徑更大；眨眼頻率在無輔助文字和有輔助文字時(shí)的均值分別為0.343和0.564，可見無輔助文字時(shí)眨眼頻率降低；平均注視時(shí)間在無輔助文字和有輔助文字時(shí)均值分別為0.415和0.384，說明平均注視時(shí)間在無輔助文字時(shí)注視時(shí)間更長。綜上，可以得到3種眼動(dòng)指標(biāo)在無輔助文字場景時(shí)，認(rèn)知任務(wù)較為復(fù)雜，認(rèn)知難度更大。

3.3.3 圖片組別對眼動(dòng)指標(biāo)的影響分析

進(jìn)一步探究不同圖片組別即煤礦不同工作面場景對眼動(dòng)指標(biāo)的影響程度，進(jìn)行了差異性比較，圖片組別對眼動(dòng)指標(biāo)的差異性比較分析結(jié)果見表6。

表6 圖片組別對眼動(dòng)指標(biāo)的差異性比較Table 6 Comparison of differences in eye movement indicators by picture group

不同圖片組別下平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時(shí)間的顯著性概率分別為0.063、0.077和0.065，均大于0.05，說明不存在顯著性差異。綜上所述，可以得到3種眼動(dòng)指標(biāo)在煤礦不同工作面場景時(shí)不存在顯著差異。

4 結(jié)語

通過開展眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，分析被試者在煤礦不同工作面場景下，光線程度與輔助文字對煤礦安全標(biāo)志的顯著性影響。在煤礦不同工作面場景時(shí)被試者對安全標(biāo)志的識(shí)別程度不存在顯著性差異。光線程度與輔助文字對煤礦安全標(biāo)志均存在顯著性影響，其中，在暗光線場景時(shí)，被試需要付出更多的努力，認(rèn)知難度更大。在無輔助文字時(shí)，認(rèn)知任務(wù)較為復(fù)雜，認(rèn)知難度更大。因此，可以得到在亮光線場景下，添加輔助文字有助于降低被試者的認(rèn)知負(fù)荷，能夠提高被試者識(shí)別安全標(biāo)志的程度。希望煤礦企業(yè)今后能進(jìn)一步規(guī)范煤礦不同工作面場景的光線程度，有效添加安全標(biāo)志的輔助文字，有助于增加礦工對安全標(biāo)志的識(shí)別性，從而降低安全標(biāo)志的識(shí)別難度，以期達(dá)到減少礦工不安全行為的目的。