工作面照度對機務人員缺陷識別能力影響的研究

周長春 肖荃益* 姜浩然

（中國民用航空飛行學院 航空工程學院，四川 廣漢618307）

安全是民航永恒的主題[1]。飛行安全一方面依賴于各類與飛行有關的人員的技術水平，另一方面也依賴于航空器的適航性。世界范圍內維修與檢查差錯被列為導致事故和嚴重事故征候的因素之一[2]。因此，在維護、檢查、修理和以及目視檢查領域的工作可靠性成為確保機組航班安全中極為重要的一環。

目前，對于機務人員差錯影響因素的研究都集中在環境溫度、濕度、噪聲等，而本文從工作照度以及缺陷形狀出發，利用眼動技術[3]，通過實驗探究記錄下注視時間和注視點個數，尋找出最適合機務人員工作的照度。同時研究在目視檢查[4]中，航空器表面缺陷的形狀、大小、方向對機務人員識別能力的影響。

1 缺陷識別能力影響實驗設計

1.1 實驗目的

1.1.1 通過對被測試者在不同照度[5]下識別航空器缺陷能力的眼動測試，分析照度對機務人員識別能力影響。

1.1.2 通過對被測試者識別航空器缺陷形狀特征[6]的眼動測試，分析不同缺陷形狀對機務人員識別能力影響。

1.2 實驗環境、對象、設備的選擇

實驗環境為某安靜靜室。溫度為26℃，濕度為75%。實驗中有3 名主試人員，一名操作眼動儀，一名呈現實驗刺激圖片，一名監控實驗過程。設有25 名觀察者，平均年齡23 歲，為機務人員。實驗設備有：Tobii Pro Glasses 2 眼動儀、Tobii pro Glassses Controller 記錄軟件、照度計2 個、LED 連續可調白光源組合燈具一套以及其他輔助工具。

1.3 實驗方案設計

1.3.1 自變量

a.照度：本實驗選取 9 組照度值，分別是10、20、75、150、300、500、750、1000、1500Lux。

b.缺陷形狀：本實驗選取飛機機體、機翼的蒙皮損傷部位的缺陷，缺陷形狀形狀（線型和面型）、大小（面積大小）、方向（平行和垂直）不同。

1.3.2 因變量

本實驗的因變量有注視點個數、注視時間、注視點軌跡以及注視點落下的先后順序。

1.4 實驗中機務人員識別能力評價指標

在研究照度對機務人員缺陷識別能力影響的實驗中，注視時間越短，注視點個數越少，表明機務人員識別能力越好，反之則表明機務人員識別能力越差。

在研究缺陷形狀特征對機務人員識別能力影響的實驗中，越先識別到、注視頻數越少，表明機務人員識別能力越好，反之則表明機務人員識別能力越差[8]。

1.5 實驗方案

主任務是照度變化對機務人員識別影響，觀察者在不同工作面照度下觀察同一機體、機翼的蒙皮損傷部位的缺陷；次任務是缺陷形狀特征對機務人員識別能力影響[9]，觀察者在最佳照度下，觀察不同機體、機翼的蒙皮損傷部位的缺陷

2 實驗數據的處理

實驗數據的篩選與處理:

2.1 有效實驗數據的篩選

本實驗共有25 位實驗人員，其中第4、19、24 組實驗數據熱點圖顯示觀察者視線并未落在圖片缺陷位置，故將這3 組數據剔除，保留余下的22 組。

本實驗選取9 組照度值，在照度10Lux 時測錄的觀察者眼動指標數據與實驗刺激圖片匹配不上，原因可能是照度太低，故將這一照度變量舍去，用余下8 組實驗數據進行分析。

2.2 實驗數據處理

利用Tobii Pro Lab 對各個照度下的注視點進行疊加，形成總體熱點圖。統計結果如表1 所示。

表1 描述性統計表

3 實驗數據分析

3.1 照度對機務人員識別能力影響

3.1.1 平均注視時間隨照度變化規律分析

a. 通過表1 可看出觀察者的平均注視時間隨照度的增加是先減少再增加。在照度20～500Lux 內，觀察者平均注視時間降低了47.987s；在照度500～1500Lux 內，觀察者的平均注視時間僅增加11.717s。平均注視時間隨照度的變化趨勢不是呈現正態分布，而是偏正態分布。

b. 在照度500Lux 時，觀察者識別缺陷所花費的平均注視時間是最少的，說明在照度500Lux 時觀察者識別能力最好，同時表明工作面照度在500Lux 時最有利于機務人員完成工作。

3.1.2 平均注視點個數隨照度變化規律分析

對22 位觀察者在各個照度下實驗的眼動數據生成軌跡圖，選取每個實驗照度條件下22 位觀察者的眼動數據具有代表性的軌跡圖進行展示說明。如圖1 所示。

圖1 照度20～1500Lux 下的軌跡圖

通過對各個照度下觀察者視線的軌跡圖可以清晰的看到在照度500Lux 之前，觀察者的平均注視點個數隨著照度增加由多而雜逐漸轉變為簡潔清晰。這表明機務人員對于信息提取的困難程度在逐漸降低。在照度500Lux 之后，隨著照度增加觀察者的平均注視點個數分布又開始增加。這表明機務人員對于信息提取的困難程度開始增加。

3.2 缺陷形狀特征對機務人員識別能力影響

在對上文實驗結論進行分析總結之后，得知在實驗所選照度中照度為500Lux 時機務人員識別能力最好，因此在照度500Lux 下探究不同缺陷形狀對機務人員識別能力的影響，并且生成眼動軌跡圖和頻數柱狀圖進行觀察。本章圖中深顏色面缺陷由紅色方框標注，淺顏色面缺陷由紅色圓框標注，相對于觀察者平行的線缺陷由紅色三角形框標注，相對于觀察者垂直的線缺陷由紅色菱形標注。以下圖中標注信息同上所述。

3.2.1 缺陷形狀特征識別軌跡規律分析

對22 位觀察者在識別不同缺陷形狀的眼動數據生成軌跡圖。選擇其中幾張具有代表性的進行分析。軌跡圖如圖2 所示。

圖2 觀察者識別不同缺陷形狀的軌跡圖

在軌跡圖中，注視軌跡點顯示出：觀察者線缺陷的注視點個數明顯高于面缺陷的，這表明對于機務人員來說線缺陷較于面缺陷更難識別到。

軌跡圖反映了觀察者注視點落下的先后順序，由圖中順序可以看到面缺陷先于線缺陷被識別到。由此可知機務人員的視線是先識別到面缺陷，然后才是線缺陷。

3.2.2 面缺陷識別規律分析

根據統計結果將觀察者對不同缺陷形狀的平均注視頻數繪制成柱狀圖，如圖3 所示。橫坐標表示不同缺陷形狀，縱坐標表示觀察者對不同缺陷形狀的平均注視頻數。 對觀察者識別不同缺陷形狀時的眼動數據生成軌跡圖。如圖4 所示。

圖3 顯示觀察者對顏色較深的面缺陷的平均注視頻是7，對顏色較淺的面缺陷的平均注視頻是9。圖4 顯示觀察者對顏色較深的面缺陷先于顏色較淺的面缺陷識別出。

由此表明，對于機務人員而言，缺陷面積顏色越深，越容易識別。

圖3 觀察者對不同缺陷形狀的平均注視頻數柱狀圖

圖4 觀察者識別面缺陷的軌跡圖

3.2.3 線缺陷識別規律分析

在分析觀察者對線缺陷的識別規律時，將線缺陷在圖中單獨標注出來，如圖5 所示。

圖5 觀察者識別線缺陷的軌跡圖

圖3 顯示相對于觀察者平行的和垂直的線缺陷平均注視頻數都是12。圖5 顯示觀察者的注視軌跡點和先后順序也并沒有太大區別。由此可知線缺陷方向對于機務人員的識別能力沒有顯著影響。

4 結論

本文以機務工作環境照度以及機體缺陷形狀為變量進行實驗，實驗結果應用在機務維修工作的檢查及培訓之中具有現實意義和實際作用。照度研究可以將機務進行維修工作時的光通量設置成最合適的照度，提高機務人員工作效率，減少維修差錯，避免不安全事件的發生。缺陷形狀特征可以用于提高機務人員對不同機體缺陷形狀的識別，提高機務人員工作的準確性和全面性，同時也讓機務培訓多了一個針對于缺陷形狀特征識別的方向。