煤礦不同工作面場景的安全標志顯著性研究

譚章祿，劉 潔，吳 琦

（中國礦業大學（北京）管理學院，北京 100083）

安全標志作為安全生產管理過程中的重要手段之一，具有傳遞和警示危險信息的作用。因此提高礦工對于安全標志的認識，增強煤礦安全標志的有效應用，對于減少煤礦安全事故的發生和預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志的眼動實驗，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志的顯著性影響。旨在提高礦工對煤礦安全標志的識別程度，減少礦工不安全行為，從而達到降低煤礦安全事故發生的目的。

1 煤礦安全標志的研究現狀

近年來，煤礦井下安全事故多發，而安全標志能夠起到警示危險信息、規范安全操作的作用，借此來指導和管控人們的不安全行為，從而保障煤礦工作人員安全。在煤礦安全標志現有的研究中，國外學者如：Wei Jiang[2]研究危險源辨識與信息量計算在煤礦安全標志設計中的作用；Chan[3]研究用戶因素及認知符號特性對煤礦安全標志的影響。國內學術界對于煤礦安全標志的研究主要集中在煤礦安全標志設置的位置[4]、煤礦安全標志有效性研究[5]、煤礦安全標志的設計[6]、煤礦安全標志的種類[7]、煤礦安全標志識別的因素[8]和煤礦安全標志標準化[9]等方面。

目前，國內外學者對于煤礦安全標志的研究大多集中于定性研究，而眼動理論的研究相對比較成熟，也有部分學者從眼動追蹤技術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志的顯著性研究較少。因此，利用眼動追蹤技術，選取6種常見煤礦工作面場景作為實驗材料，在不同光線程度對比下開展有、無輔助文字的安全標志眼動實驗。通過采集被試者的平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時間3種眼動指標并進行數據分析。進而為煤礦安全標志的設計提供合理化建議，通過做好風險管控，減少礦工不安全行為。

2 煤礦安全標志的眼動實驗

1）實驗目的。①在煤礦不同工作面場景下，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志的認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知程度是否存在顯著差異。以期為煤礦安全標志的設計及有效運用提供合理化建議，提高礦工對煤礦安全標志的識別程度。

2）實驗設備。實驗采用Tobii Pro Nano60眼動儀，采樣率60 Hz，準確度0.3°理想環境下，精確度0.10°RMS理想環境下，頭動范圍35 cm×30 cm。設備可以自動記錄被試者在觀察刺激材料時注視、眼跳、眨眼等指標的相關數據。

3）實驗材料。實驗選取6種常見的煤礦工作面場景圖片作為實驗刺激材料，其中煤礦工作面場景的選取是基于安宇[14]對某煤巷掘進工作面的多次實地考察，最終確定移動變電站單元、帶式輸送機單元、軌道運輸單元、刮板輸送機單元、掘進作業單元、支護作業單元6個單元的物理區域進行研究。此外，關于煤礦安全標志的位置設置問題，實驗基于田水承[4]在煤礦安全標志位置設置的實驗中得到的結論，將煤礦安全標志設置在工作面右側或右上側位置，能夠增強煤礦安全標志的顯著性。因此，實驗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志，且均為禁止標志。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志圖片置于實驗刺激材料的右上側，并分別調節實驗刺激材料的顏色從而形成光線程度對比。基于此，實驗共分為6組安全標志圖片刺激材料，且每組安全標志分別由4張圖片組成，即2張暗光線下有、無輔助文字的安全標志和兩張亮光線下有、無輔助文字的安全標志圖片。實驗所用圖片的設計依據GB 2984—2008《安全標志及其使用導則》[15]，均已控制圖片的尺寸和顏色等物理參數對被試認知效果的影響，滿足實驗要求，從而進行眼動實驗。

4）實驗對象。為保證實驗數據的合理性，實驗被試選取了35名具有煤礦工作經驗或實習經驗的人員作為實驗被試者。基于煤炭企業行業的特殊性質，被試均為男性，視力或校正視力均正常，無色盲色弱現象。在35名被試中，剔除3名數據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據進行分析。

5）實驗過程。實驗開始前，為提高實驗采樣率，被試者在開始眼動實驗之前均需進行校準，當校準率達到70%以上，可以接受校準結果。校準完成后，實驗者會引導被試做好準備工作并對被試實驗操作指導，一切準備就緒后實驗開始。實驗過程中，屏幕將分別按照圖片組別自動呈現6組實驗刺激材料的24張圖片，并在每張圖片后設置了2個有關認知負荷的問題，分別為內在認知負荷和外在認知負荷的問題，并設置了里克特七級量表的選項讓被試者進行認知打分。在識別安全標志的眼動過程中，注視和眼跳是最主要的2種基本眼動形式，眼動儀也會在實驗過程中記錄被試者的眼動數據，以便之后對實驗結果進行統計。

6）數據導出及處理。實驗結束后，用Tobii眼動儀自帶的ErgoLAB軟件將實驗數據導出，用EXCEL表格對導出的實驗數據進行分析整理，處理完成后借助SPSS19.0軟件進行數據的統計分析。

3 實驗數據分析

3.1 相關分析

選取了對認知負荷有顯著影響的3種眼動指標，為平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時間。其中，瞳孔直徑與認知負荷呈正比，當被試者面臨任務難度大的時候，被試需要付出更多的認知努力，容易導致瞳孔直徑變大；眨眼頻率與認知負荷呈反比，當認知任務較為困難時，會抑制眨眼活動的發生，從而導致眨眼頻率降低。注視時間與認知負荷呈正比，隨著任務復雜性增加，心理努力投入和任務主觀難度增大，注視時間增加。為了進一步驗證外在認知負荷與3種眼動指標的關系，主要采用Pearson相關分析方法進行相關分析。外在認知負荷與平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時間的相關系數分別為0.148、－0.426、0.084，表明外在認知負荷與平均瞳孔直徑、平均注視時間存在顯著正相關關系，而外在認知負荷與眨眼頻率存在顯著負相關關系。綜上所述可以得到3種眼動指標均符合認知規律。

3.2 不同影響因素對認知負荷的差異性分析

3.2.1 光線程度對認知負荷的影響分析

為了進一步探究光線程度對認知負荷的影響，運用SPSS19.0軟件進行獨立樣本t檢驗，分組變量為暗光線和亮光線，檢驗變量為內在認知負荷和外在認知負荷。其中，內在認知負荷是基于任務本身通過自上而下的驅動影響人的注意力，任務復雜性越大，會占用更多的工作記憶容量，此時就會增加學習者的內在負荷；外在認知負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，當呈現方式不當，就容易增加學習者的外在負荷。光線程度的獨立樣本t檢驗統計結果見表1。

不同光線程度下，內在認知負荷和外在認知負荷的顯著性概率Sig.（雙側）均為0，說明內在認知負荷和外在認知負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，內在認知負荷和外在認知負荷的均值分別為4.30和4.25，二者認知負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，內在認知負荷和外在認知負荷的認知難度更大。

3.2.2 輔助文字對認知負荷的影響分析

從有、無輔助文字的安全標志角度對認知負荷進行差異性比較，分組變量為無輔助文字和有輔助文字，檢驗變量為內在認知負荷和外在認知負荷。輔助文字的獨立樣本t檢驗比較分析結果見表2。

表2 輔助文字的獨立樣本t檢驗Table 2 Independent sample t test of auxiliary text

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

3.2.3 圖片組別對認知負荷的影響分析

為了探究不同圖片組別即煤礦不同工作面場景時對認知負荷的影響程度，進行了差異性比較，圖片組別對認知負荷的差異性比較分析結果見表3。

表3 圖片組別對認知負荷的差異性比較Table 3 Comparison of differences in cognitive load of picture groups

不同圖片組別在內在認知負荷和外在認知負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，被試者對安全標志的識別程度不存在顯著性差異。

3.3 不同影響因素下眼動指標的差異性分析

3.3.1 光線程度對眼動指標的影響分析

分別探究不同光線程度對眼動指標的差異性比較，采用獨立樣本t檢驗的方法，光線程度對眼動指標的獨立樣本t檢驗結果見表4。

表4 光線程度對眼動指標的獨立樣本t檢驗Table 4 Independent sample t test of light intensity on eye movement indexes

在不同光線程度時，平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時間的顯著性概率Sig.（雙側）分別為0、0.026、0.002，顯著性概率均小于0.05，3種眼動指標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間更長。綜上可以得到3種眼動指標在暗光線場景時，被試需要付出更多的努力，認知難度更大。

3.3.2 輔助文字對眼動指標的影響分析

從有無輔助文字的安全標志角度對眼動指標進行差異性比較，輔助文字對眼動指標的獨立樣本t檢驗比較分析結果見表5。

表5 輔助文字對眼動指標的獨立樣本t檢驗Table 5 Independent sample t test of auxiliary text on eye movement indexes

在有、無輔助文字的場景時，平均瞳孔直徑、眨眼頻率和平均注視時間的顯著性概率Sig.（雙側）分別為0，0和0.017，顯著性概率均小于0.05，3種眼動指標分別在無輔助文字和有輔助文字時均有顯著性差異。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的均值分別為0.343和0.564，可見無輔助文字時眨眼頻率降低；平均注視時間在無輔助文字和有輔助文字時均值分別為0.415和0.384，說明平均注視時間在無輔助文字時注視時間更長。綜上，可以得到3種眼動指標在無輔助文字場景時，認知任務較為復雜，認知難度更大。

3.3.3 圖片組別對眼動指標的影響分析

進一步探究不同圖片組別即煤礦不同工作面場景對眼動指標的影響程度，進行了差異性比較，圖片組別對眼動指標的差異性比較分析結果見表6。

表6 圖片組別對眼動指標的差異性比較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種眼動指標在煤礦不同工作面場景時不存在顯著差異。

4 結語

通過開展眼動實驗，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志的顯著性影響。在煤礦不同工作面場景時被試者對安全標志的識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志均存在顯著性影響，其中，在暗光線場景時，被試需要付出更多的努力，認知難度更大。在無輔助文字時，認知任務較為復雜，認知難度更大。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知負荷，能夠提高被試者識別安全標志的程度。希望煤礦企業今后能進一步規范煤礦不同工作面場景的光線程度，有效添加安全標志的輔助文字，有助于增加礦工對安全標志的識別性，從而降低安全標志的識別難度，以期達到減少礦工不安全行為的目的。