脑力负荷对安全标志认知影响差异研究

汪 琨,周晓宏

安徽工程大学管理工程学院，安徽芜湖,241000

安全标志是为表达特定安全信息，并由边框形状、安全色、图形符号或文字构成的一类标志[1]。作为防范安全生产事故的最后一道防线，安全标志适时提醒着人们在公共场所、工厂企业、建筑工地等区域注意安全，有效避免危险源所带来的伤害，而它的失效可能直接导致安全生产事故的发生[2]。

目前，已有许多国内外学者对基于特定条件下的安全标志有效性进行研究。其中，一部分学者针对安全标志自身属性进行研究，如安全标志的颜色、图标、辅助文字等[3-5]。少部分学者开始转向研究人的因素对安全标志的影响，如人的情绪、年龄、脑部缺陷等[6-8]。然而，针对脑力负荷对安全标志识别的影响问题，尚未有人研究。在日常生活中，不仅人的安全意识不足与物的不安全状态是造成安全生产事故的主要原因[9]，也有由于标志本身信息过载，使人们难以立即理解以及迅速做出正确反应而导致不安全行为[10]。工作步骤的复杂性和工作任务的多样性，决定不同的脑力负荷水平，进而影响对标志的正确处理也是其中一个重要因素[11]。如航空领域数据表明：60～90%的飞行事故及事故征候是由于飞行员工作任务渐重,使其脑力负荷超出自身能力范围[12]，导致操作飞行界面时信息输入、分析失误从而决策错误造成的[13]。随着社会的发展，脑力劳动创造价值所占的比重增加，研究人们的脑力负荷问题越来越重要。研究脑力负荷对于标志的设计、改进以及预防安全生产事故的发生具有重要意义。

脑力负荷是一个涉及作业要求、时间紧迫程度、作业者的能力水平、行为表现、主观努力程度及其他因素的多维度的概率表征[14]。目前国内外学者已提出多种脑力负荷评价测量的方法，大体可分为四种：主观评价法、主任务测量法、次任务测量法、生理测量法。李曼认为主观评价法在国内的应用相较于其他的测量方法，具有较好的信度及效度[15]32。因此笔者将采用主观评价法中的NASA-TLX量表(美国国家航空航天局任务负荷指数)来评估脑力负荷大小。

本文以不同的脑力负荷条件下，完成安全标志识别任务的识别率和识别反应时间，来分析脑力负荷对安全标志识别的影响，以及识别率及识别反应时间的性别差异。

1 安全标志识别率试验研究

1.1 安全标志信息量分析

在进行安全标志识别率试验之前，应根据安全标志所含信息量大小进行选择。根据信息论的观点，信息量是量度信源的信息多少的一个物理量[16]，它从数量上反映具有确定概率的事件发生时所传递的信息的多寡。事件中的信息量与事件发生的概率密切相关。事件出现的概率越小，则事件中包含的信息量就越大，就存在很多不确定性，例如如果事件是不可能发生的，即发生概率为0，则它将有无穷的信息量；如若事件是必然的，即发生的概率为1，则它传递的信息量应为零。

本测试通过了解人们在无特殊限制的情况下，对安全标志所含信息的理解程度，来测量安全标志的信息量。采用计算机演示和问卷的方法进行测评。先随机选择20名高校大学生(其中男女各10名，平均年龄为25.4岁)作为安全标志信息量的测试对象，体检表明皆身体健康，精神状态良好，没有视觉功能障碍，且先前没有做过相关试验。调查者首先对《安全标志及其使用导则》[1]中的103个安全标志(40个禁止标志，39个警告标志，16个指令标志，8个提示标志)通过图形处理软件进行处理，整理出画质清晰、尺寸相同的标志图片，并将其放映在投影仪屏幕上。对于没有任何疑义的标志，其定义为“信息量为零”，被调查者则需在问卷相应位置填写“1”；对于有疑义的标志，则被调查者根据自身的理解程度在问卷相应位置内以“0～1”为范围进行填写。由于测试时间长，任务重，为避免被调查者产生疲劳及厌倦情绪，被调查者在第40和第79个标志测试完成后分别休息5 min。

对被试的20份问卷进行整理，并进行初步筛选，最终实际有效问卷为15份。计算所有被试对每个安全标志信息量的算术平均数，可得出其中信息量最高的50个安全标志。其中，禁止标志为25个、警告标志为19个、指令标志为2个、提示标志为4个,具体如表1。

表1 安全标志及其平均信息量材料

1.2 试验对象

另外随机选取40名(其中男女各20名)在校大学生，年龄为21～22岁(平均年龄为20.65岁)，且受教育程度一致。体检表明皆身体健康，精神状态良好，没有视觉功能障碍，先前均没有做过类似试验。

1.3 试验假设

通过试验来证明：(1)脑力负荷会降低安全标志的识别率。(2)脑力负荷会增加人对安全标志识别的反应时间。(3)在脑力负荷同等的情况下，男性的识别率高于女性。(4)在脑力负荷同等的情况下，男性的反应时间短于女性的反应时间。

1.4 试验过程

本试验分为3部分，并且根据试验需要，将上述40名试验对象随机分为两组(正常组,课前测试;负荷组,两节课后测试)，每组男性、女性各10名，试验地点为计算机房。

首先交代试验中的注意事项，正常组需填写NASA-TLX量表[15]42，此量表用来测量被试的脑力负荷，而负荷组则需在两节课(财务管理计算机实验课)后填写该量表。

该量表分为6个条目，分别为：心智需求、体力需求、时间需求、努力程度、业绩水平和压力。每个条目记0～20分，以一条20等分的直线表示，直线的两端分别表示低、高等字样。被试者根据实际工作时间，在代表每个条目的直线的相应位置做标记。除业绩水平外，其余5个条目从左至右均为负荷逐渐增加，业绩水平从左至右为好到差，即业绩水平越好，负荷越低，其得分就越低。然后采用两两比较法，将6个条目进行两两配对，共可组成15个对子。要求被试者选出每对中认为对总脑力负荷关联更为密切的那一条目。被试者根据每一条目被选中的次数确定该条目对总脑力负荷的权重。总脑力负荷值为6个条目的加权平均值。

随后两组进入机房，每人一台计算机，并需打开面前计算机的E-prime心理实验专用软件编程(该软件可记录每题得分和答题速度)，此时计算机显示屏上会出现上述测试所选取的50个信息量较高的安全标志图形，每张图形下方有A,B,C,共3个选项，分别为正确含义、基本正确含义、错误含义[17]。所对应分值分别为2分、1分、0分。被试则需在软件中选择主观认为是该安全标志含义的选项。该测试总分为100分，最低为0分。

最后，被试需继续对上述信息量较高的安全标志的标志特性[18]进行测试。此时，投影屏将对这50个安全标志依次播放，被试需观察完每张标志后，在问卷中对此标志的5个特性进行打分。该问卷中的5个特性分别为熟悉性、具体性、简明性、明确性、语义接近性。每个标志特性的得分取值为0～10分，程度依次升高，即10分表示完全同意，0分则表示完全不同意。

2 试验结果

2.1 两组脑力负荷分值

通过两组被试在试验前填写NASA-TLX量表，得出每组的脑力负荷分值。结果表明，负荷组在通过两节课后的脑力负荷平均分值高于正常组3.162分，且每组别女性的脑力负荷要低于同组别的男性。正常组中男性脑力负荷最高分为10.78，女性脑力负荷最高分为9.38。负荷组中男性脑力负荷最高分为16.32，女性脑力负荷最高分为14.66。两组脑力负荷得分具体见表2。

表2 两组脑力负荷分均值

2.2 两组标志识别率及反应时间

2.2.1 正常组的识别率及反应时间

正常组男女性别对安全标志识别率与反应时间的差异。本组中，男性的识别率相对于女性较高且反应时间相对于女性较短。其中男性识别率平均为65.8%，反应时间平均为3 823.62 ms。女性识别率平均为64.8%，反应时间平均为4 826.76 ms。正常组的平均识别率和反应时间分别为65.3%、4 325.19 ms。

2.2.2 负荷组的识别率及反应时间

负荷组经过两节课后，与正常组相比，标志识别率降低，反应时间变长。男女性别对安全标志识别率及反应时间差异在负荷组中也有表现：男性识别率平均为64.6%，反应时间平均为7 079.96 ms；女性识别率平均为63.2%，反应时间平均为8 459.57 ms。负荷组的平均识别率和反应时间分别为：63.9%、7 769.77 ms。

2.2.3 两组的识别率及反应时间结果对比

图1为正常组与负荷组的识别率与反应时间散点图。如图所示，正常组的识别率分值稍高于负荷组。其中，正常组的数值分布较为集中，多数处于脑力负荷为8～10，识别率为0.4～0.7区间内，识别率分值最高者出现在该组为0.78分；负荷组数值分布则较为分散，识别率分值最低者在本组为0.32分。负荷组的反应时间高于正常组，其中反应时间最长者出现在负荷组为12 448.1 ms，反应时间最短者则出现在正常组为752.78 ms；总体上看，正常组的反应时间随脑力负荷的增大而渐短，负荷组的反应时间则与脑力负荷的增加无相关关系，但大体上，负荷组的反应时间随脑力负荷的增加而延长，且随着增加呈平缓趋势。

2.3 不同脑力负荷下的标志特性分析

为进一步研究不同脑力负荷程度下对5个标志特性影响的差异性，通过SPSS 18.0软件对试验所得两组五维标志特性评价数据进行独立样本T检验差异分析。结果显示，熟悉性中两组数据差异不显著(t(38)=1.412,p=0.166)、正常组的具体性数据显著大于负荷组(t(38)=2.228,p=0.032)、正常组的简明性数据显著大于负荷组(t(38)=2.178,p=0.036)、正常组的明确性数据边缘显著大于负荷组(t(38)=1.956,p=0.058)、正常组的语义接近性数据显著大于负荷组(t=(38)=3.199,p=0.003)。表明脑力负荷对标志的熟悉性的影响并不显著，可能是由于在上述安全标志信息量分析中，选取了信息量较高且并不常见的50个安全标志。脑力负荷对标志的具体性、简明性、明确性、语义接近性的影响较为显著，因此本文在剔除了标志熟悉性后，对余下4个标志特性进行相关性分析。

图1 识别程度散点图

由表3可知，除标志熟悉性以外，其余4个标志特性之间均存在显著的正相关关系，即其中一个标志特性的变化会引起其他标志特性的正向改变。结果表示，最强的相关性来自简明性与明确性(r=0.945)，相关性稍低的为具体性和简明性(r=0.908)，最弱的相关性则是具体性与语义接近性(r=0.722)。

表3 标志特性皮尔逊相关系数值

2.3.1 正常组的标志特性分值

由表4可知，正常组中，5个标志特性中禁止标志所反映的安全标志简明性分值最高，为6.346。最低则为提示标志所反映的安全标志熟悉性，分值为4.563。在禁止标志中，反映较差的是标志明确性为5.956。警告标志中，分值较高的是标志简明性为6.229，分值较低为标志熟悉性为5.768。指令标志中，标志特性反映较好的是安全标志语义接近性为6.175，反映较差的是标志熟悉性为5.150。提示标志中，分值较高的是标志具体性为5.375。

表4 正常组的标志特性分值统计

2.3.2 负荷组的标志特性分值

负荷组的标志特性分值可由表5得知。安全标志特性最高分值为禁止标志所反映的标志简明性为5.698，最低分值为提示标志所反映的标志语义接近性为4.025。禁止标志中，分值较低为标志语义接近性为4.966。警告标志中分值较高为标志明确性为5.276，分值较低的是标志语义接近性是4.579。指令标志反映较好和较差的标志特性分别为明确性5.700和语义接近性4.675。提示标志中分值较高的是标志简明性为4.725。

表5 负荷组的标志特性分值统计

3 结 论

(1)试验结果表明：作业强度的提高必然会使脑力负荷增加。超出人们脑力负荷承受范围时，脑力负荷会影响标志的识别率及反应时间。可能是由于过高的脑力负荷降低了人们的应变能力而增加了其紧张程度，进而降低其识别能力。因此，适量的脑力负荷是完成安全标志的正确识别所必需的，但过高的脑力负荷将会影响作业人员对安全标志的正确识别，进而影响其作业安全及身心健康。作业者在适当脑力负荷下，完成作业任务的绩效会达到最佳程度[19]。有效控制劳动者的脑力负荷并使之处于适当的水平对保护作业者健康，提高作业功效具有十分重要的意义[20]102。

(2)在工作量等同增加的情况下，男性的脑力负荷高于女性。可能是由于个体成长过程中，家庭、学校、社会对个体性别的思维意识产生潜在的影响[21]，因此导致对安全标志有不同的识别程度：男性在安全标志识别率上优于女性，识别速度方面快于女性。因此男性比女性有更好的处理脑力负荷的能力，从而使得男性对安全标志有更好的识别能力。肖元梅认为从性别的角度来看，男性脑力负荷总体显著高于女性，进而导致男女不同的工作能力[20]104。

(3)根据试验结果显示，无论脑力负荷程度如何，简明性都是使人们对安全标志易于识别的主要原因。Bruyas等认为设计越简单越利于人们对标志的识别[22]。而随着脑力负荷程度增加，人们对安全标志传递的语义接近性感知水平下降，是造成人们对安全标志识别能力降低的主要因素。使用简单、概括的语言传送特定信息的标志是现代人克服文字障碍的重要视觉符号[23]。

4 建 议

(1)脑力负荷会对安全标志识别率与反应时间有所影响。随着脑力负荷的增加，总体会降低人们对安全标志的识别能力，但在一定水平下的脑力负荷则对安全标志的识别能力影响较小。因此在日常安全作业中，为避免脑力负荷影响作业人员对安全标志的正确理解及决策，当人们脑力负荷过重时，应采取措施降低其脑力负荷，如减少工作环境中无关的标志牌、广告牌、规范对安全标志的使用等；而当脑力负荷较轻时，应适当提高其脑力负荷，如作业人员上岗前应仔细检查工作环境安全隐患、合理规划好每日工作内容等，从而减少安全事故的发生。

(2)本文仅研究了不同性别的脑力负荷差异。在今后的研究中，应当进一步考虑其他因素对脑力负荷程度的影响，以便完善对标志的设计工作。

(3)对安全标志的语义接近性无法正确理解，是脑力负荷较重的人群对标志识别能力下降的主要原因。但随着脑力负荷加重，对标志的熟悉性、具体性、简明性以及明确性的信息传递也有所影响。因此，在今后的研究中应该进一步对此进行分析讨论。