煤礦安全標志屬性特征的視覺注意效果研究

楊亞格，孫林輝，代 宗，吳升林

（1.西安科技大學 管理學院，陜西 西安 710054；2．華能慶陽煤電有限責任公司 核桃峪煤礦，甘肅 慶陽 745306；3．陜煤集團神木紅柳林礦業(yè)有限公司，陜西 榆林 719300）

煤礦安全事故頻發(fā)[1]，加強安全生產管理是從源頭預防事故發(fā)生的重要手段[2]，設置安全標志是最常用的方法之一，煤礦利用安全標志預防礦工的不安全行為和減少事故發(fā)生[3]。能夠發(fā)現安全標志是礦工產生認知行為的前提[4]，此過程易受環(huán)境因素的影響，尤其是光照條件。Owens DA和Tyrrell RA[5]創(chuàng)新性的利用Landolt C儀器，定量研究了照度、對比度和清晰度對視覺敏銳性的影響，發(fā)現一定照度范圍內，視覺敏銳性隨著照度的下降而減弱。煤礦井下光照環(huán)境復雜，時間過長易產生視覺疲勞[6]，對礦工發(fā)現安全標志、識讀標志內容有很大影響，景國勛等[7]在低光照度條件下研究了被試的持續(xù)視覺注意。礦工對安全標志的認知也受標志自身因素的影響[8]。安全標志由圖形符號、安全色、邊框形狀或文字組成[9]。早期對安全標志屬性特征的研究大都采用定性研究的方法，Purkinje[10]率先觀察發(fā)現人在低照明水平下，對顏色的視覺注意往光譜的高頻藍端遷移;Carter[11]研究了標志背景色與標志其它顏色差異對視覺搜索的影響，顏色差異越大越容易引起人的注意。隨著技術的進步，國內部分學者使用了眼動追蹤技術進行研究，張坤等[12]研究了安全標志的邊框形狀、邊框顏色對人視覺注意效果的影響；景國勛等[13]對警示語標識進行了研究，發(fā)現被試更易發(fā)現紅底白字的警示語。綜上所述，國內外學者在研究安全標志對人視覺注意產生的影響時，主要是通過發(fā)放問卷或訪談等方法進行。為此，使用SMI-RED眼動儀，追蹤不同光照強度下，安全標志的4種邊框顏色、4種邊框形狀、2種背景對比色對被試視覺注意效果影響，采集眼動數據，比較被試的首次注視時間（FFD）和注視點個數（FC）的差異。

1 視覺認知眼動實驗

1）被試選取與實驗環(huán)境。通過征集，選取了31名采礦與安全相關專業(yè)的大學生為被試，自愿參加實驗。其中男性13名、女性18名，平均年齡為23.6歲，矯正視力均為1.0以上，均無色盲或色弱，辨色正常。實驗完成后，為被試發(fā)放適當報酬。實驗安排在溫度適宜、安靜無噪聲的實驗室中進行，依照我國GB 50215—2015煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范[14]，結合井下實際檢測結果將室內光照強度和顯示器屏幕亮度設定為高、低2種光照強度。

2）試驗設備。實驗選用SMI-RED型眼動儀，采樣率設置為60 hz，采用高清OLED21寸液晶顯示器播放實驗素材，被試眼睛與顯示器的距離設定為60 cm。

3）實驗材料。按GB 2893—2008安全色[15]對顏色（紅、黃、藍、綠）、對比色（黑、白）進行設計，依據GB 2984—2008安全標志及其使用導則[16]對4種標志的邊框形狀進行設計（三角、圓形、斜杠圓、方形）。所有圖片均進行處理，圖片大小和像素與選用的顯示器相同。根據4種邊框顏色、4種邊框形狀、2種背景對比色設計3組實驗材料，每組材料包含4張圖片。第1組自變量為顏色，控制變量為形狀和對比色，形狀設定為不規(guī)則圖形以避免形狀變量的影響；第2組自變量為形狀，控制每個素材的形狀和對比色相同，邊框顏色設定為黑色以避免顏色變量的影響；第3組自變量為對比色，控制每個素材的顏色和形狀相同。隨機分配每張圖片中各素材的位置，以降低人的閱讀順序所產生的實驗誤差。

4）實驗設計和實驗程序。眼動實驗開始時，屏幕上呈現實驗指導語使被試能夠正確理解實驗內容。完畢后，進行眼動校準，校準橫、縱誤差要滿足實驗要求。校準完成后，屏幕呈現1 000 ms灰色空白屏，接著被試自由瀏覽隨機呈現的自變量分別為顏色、形狀、對比色的3組圖片，每張圖片呈現2 000 ms，每2張圖片間用1 000 ms的灰色空白屏幕掩蔽。低光照強度下，實驗流程與高光照強度一致，實驗開始前，先安排被試進入與實驗室光照環(huán)境相同的等候室等待，當能夠辨識屏幕上的文字后再進行實驗。

2 實驗結果

將31名被試的眼動數據按照不同的光照強度和安全標志的3類屬性特征進行匯總整理，統計被試的首次注視時間和注視點個數，首次注視間越短，注視點個數越多，自變量對被試視覺注意的影響越顯著。依據兩標準差法對被試的眼動數據進行篩選，剔除數據異常值后，將數據導入SPSS 26.0，并利用Origin軟件進行統計分析。

2.1 光照強度與屬性特征的交互作用

對首次注視時間和注視點個數進行單變量分析，光照強度與屬性特征單變量分析見表1。簡單效應檢驗和主效應檢驗的結果顯示，光照強度與屬性特征對被試首次注視時間的影響存在顯著交互作用，屬性特征對被試注視點個數的主效應顯著。

表1 光照強度與屬性特征單變量分析Table 1 Univariate analysis of lighting intensity and characteristics

2.2 光照強度對被試視覺注意的影響

依據高、低2種光照強度對實驗數據進行分類，光照強度單因素方差分析結果見表2。2種光照強度下，首次注視時間F=12.809，Sig=0.001＜0.050；注視點個數F=0.019，Sig=0.891＞0.050，表明光照強度對被試首次注視時間的影響具有顯著差異，對注視點個數的影響不具有顯著差異。進行描述性統計分析后，高光照強度下，被試的首次注視時間為303.28 ms小于低光照強度下的367.67 ms，被試在高光照強度下的視覺注意程度更大。

表2 光照強度單因素方差分析Table 2 One-way ANOVA of lighting intensity

2.3 屬性特征對被試視覺注意的影響

2.3.1 邊框顏色對被試視覺注意的影響

屬性特征為邊框顏色時，邊框顏色單變量分析見表3。光照強度和邊框顏色對被試首次注視時間（Sig=0.006＜0.05）和注視點個數（Sig=0＜0.05）的影響具有顯著交互作用；其主效應檢驗的結果顯示，邊框顏色對被試首次注視時間和注視點個數的影響不具有顯著差異。邊框顏色FFD和FC均值如圖1，高光照強度下，首次注視時間較短的為紅色和綠色，注視點個數較多的為黃色和紅色；低光照強度下，首次注視時間較短的為綠色和藍色，注視點個數較多的為綠色和藍色。

表3 邊框顏色單變量分析Table 3 Univariate analysis of frame color

圖1 邊框顏色FFD和FC均值統計Fig.1 FFD and FC mean statistics of frame color

2.3.2 邊框形狀對被試視覺注意的影響

屬性特征為邊框形狀時，邊框形狀單變量分析見表4，光照強度和邊框形狀對被試首次注視時間和注視點個數的影響不具有顯著交互作用；其主效應檢驗的結果顯示，4種邊框形狀對被試首次注視時間的影響不具有顯著差異，對被試注視點個數的影響（Sig=0＜0.05）具有顯著差異。邊框形狀FFD和FC均值統計如圖2，高光照強度下，首次注視時間較短的為三角形和圓形，注視點個數較多的為三角形和斜杠圓形；低光照強度下，首次注視時間較短的為三角形和方形，注視點個數較多的為三角形和斜杠圓形。

表4 邊框形狀單變量分析Table 4 Univariate analysis of frame shape

圖2 邊框形狀FFD和FC均值統計Fig.2 FFD and FC mean statistics of frame shape

2.3.3 背景對比色對被試視覺注意的影響

屬性特征為背景對比色時，背景對比色單變量分析見表5，光照強度和對比色對被試首次注視時間和注視點個數的影響不具有顯著交互作用；其主效應檢驗的結果顯示，2種背景對比色對被試首次注視時間（Sig=0.004＜0.05）和注視點個數（Sig=0.001＜0.05）的影響具有顯著差異。通過黑白對比色FFD和FC均恒統計得出，2種光照強度下，首次注視時間較短和注視點個數較多的均為白對比色。

表5 背景對比色單變量分析Table 5 Univariate analysis of contrasting color

3 結 語

運用眼動追蹤技術，分析不同光照強度下，安全標志屬性特征對礦工視覺注意效果的顯著性影響。在不同光照強度下，安全標志屬性特征的差異能顯著影響被試的視覺注意。光照強度和邊框顏色對安全標志視覺注意效果存在顯著性差異。低光照度環(huán)境下，感光細胞中的視桿細胞工作，導致被試對顏色的分辨能力下降，綠色與黑色的明度差更大，更易引起被試的注意。2種光照強度下，被試均先注意三角形和白對比色。