煤矿不同工作面场景的安全标志显著性研究

谭章禄，刘 洁，吴 琦

（中国矿业大学（北京）管理学院，北京 100083）

安全标志作为安全生产管理过程中的重要手段之一，具有传递和警示危险信息的作用。因此提高矿工对于安全标志的认识，增强煤矿安全标志的有效应用，对于减少煤矿安全事故的发生和预防人的不安全行为起着重要作用[1]。因此基于6种常见的煤矿工作面场景，在不同光线程度对比下开展有、无辅助文字的安全标志的眼动实验，探究煤矿不同工作面场景下，光线程度与辅助文字对煤矿安全标志的显著性影响。旨在提高矿工对煤矿安全标志的识别程度，减少矿工不安全行为，从而达到降低煤矿安全事故发生的目的。

1 煤矿安全标志的研究现状

近年来，煤矿井下安全事故多发，而安全标志能够起到警示危险信息、规范安全操作的作用，借此来指导和管控人们的不安全行为，从而保障煤矿工作人员安全。在煤矿安全标志现有的研究中，国外学者如：Wei Jiang[2]研究危险源辨识与信息量计算在煤矿安全标志设计中的作用；Chan[3]研究用户因素及认知符号特性对煤矿安全标志的影响。国内学术界对于煤矿安全标志的研究主要集中在煤矿安全标志设置的位置[4]、煤矿安全标志有效性研究[5]、煤矿安全标志的设计[6]、煤矿安全标志的种类[7]、煤矿安全标志识别的因素[8]和煤矿安全标志标准化[9]等方面。

目前，国内外学者对于煤矿安全标志的研究大多集中于定性研究，而眼动理论的研究相对比较成熟，也有部分学者从眼动追踪技术的角度开展了定量研究，并取得了一定成果[10-13]。然而目前学者基于煤矿井下不同工作面场景，开展光线程度和辅助文字对安全标志的显著性研究较少。因此，利用眼动追踪技术，选取6种常见煤矿工作面场景作为实验材料，在不同光线程度对比下开展有、无辅助文字的安全标志眼动实验。通过采集被试者的平均瞳孔直径、眨眼频率和平均注视时间3种眼动指标并进行数据分析。进而为煤矿安全标志的设计提供合理化建议，通过做好风险管控，减少矿工不安全行为。

2 煤矿安全标志的眼动实验

1）实验目的。①在煤矿不同工作面场景下，探究在不同光线程度对比下被试者对有、无辅助文字的安全标志的认知程度是否存在显著差异；②比较被试者对于6种煤矿不同工作面场景的认知程度是否存在显著差异。以期为煤矿安全标志的设计及有效运用提供合理化建议，提高矿工对煤矿安全标志的识别程度。

2）实验设备。实验采用Tobii Pro Nano60眼动仪，采样率60 Hz，准确度0.3°理想环境下，精确度0.10°RMS理想环境下，头动范围35 cm×30 cm。设备可以自动记录被试者在观察刺激材料时注视、眼跳、眨眼等指标的相关数据。

3）实验材料。实验选取6种常见的煤矿工作面场景图片作为实验刺激材料，其中煤矿工作面场景的选取是基于安宇[14]对某煤巷掘进工作面的多次实地考察，最终确定移动变电站单元、带式输送机单元、轨道运输单元、刮板输送机单元、掘进作业单元、支护作业单元6个单元的物理区域进行研究。此外，关于煤矿安全标志的位置设置问题，实验基于田水承[4]在煤矿安全标志位置设置的实验中得到的结论，将煤矿安全标志设置在工作面右侧或右上侧位置，能够增强煤矿安全标志的显著性。因此，实验分别针对每一种煤矿工作面场景选择一张具有代表性的安全标志，且均为禁止标志。针对同一煤矿工作面场景将分别附有、无辅助文字的煤矿安全标志图片置于实验刺激材料的右上侧，并分别调节实验刺激材料的颜色从而形成光线程度对比。基于此，实验共分为6组安全标志图片刺激材料，且每组安全标志分别由4张图片组成，即2张暗光线下有、无辅助文字的安全标志和两张亮光线下有、无辅助文字的安全标志图片。实验所用图片的设计依据GB 2984—2008《安全标志及其使用导则》[15]，均已控制图片的尺寸和颜色等物理参数对被试认知效果的影响，满足实验要求，从而进行眼动实验。

4）实验对象。为保证实验数据的合理性，实验被试选取了35名具有煤矿工作经验或实习经验的人员作为实验被试者。基于煤炭企业行业的特殊性质，被试均为男性，视力或校正视力均正常，无色盲色弱现象。在35名被试中，剔除3名数据偏差较大的无效样本，最终选择了32名具有代表性的被试样本数据进行分析。

5）实验过程。实验开始前，为提高实验采样率，被试者在开始眼动实验之前均需进行校准，当校准率达到70%以上，可以接受校准结果。校准完成后，实验者会引导被试做好准备工作并对被试实验操作指导，一切准备就绪后实验开始。实验过程中，屏幕将分别按照图片组别自动呈现6组实验刺激材料的24张图片，并在每张图片后设置了2个有关认知负荷的问题，分别为内在认知负荷和外在认知负荷的问题，并设置了里克特七级量表的选项让被试者进行认知打分。在识别安全标志的眼动过程中，注视和眼跳是最主要的2种基本眼动形式，眼动仪也会在实验过程中记录被试者的眼动数据，以便之后对实验结果进行统计。

6）数据导出及处理。实验结束后，用Tobii眼动仪自带的ErgoLAB软件将实验数据导出，用EXCEL表格对导出的实验数据进行分析整理，处理完成后借助SPSS19.0软件进行数据的统计分析。

3 实验数据分析

3.1 相关分析

选取了对认知负荷有显著影响的3种眼动指标，为平均瞳孔直径、眨眼频率和平均注视时间。其中，瞳孔直径与认知负荷呈正比，当被试者面临任务难度大的时候，被试需要付出更多的认知努力，容易导致瞳孔直径变大；眨眼频率与认知负荷呈反比，当认知任务较为困难时，会抑制眨眼活动的发生，从而导致眨眼频率降低。注视时间与认知负荷呈正比，随着任务复杂性增加，心理努力投入和任务主观难度增大，注视时间增加。为了进一步验证外在认知负荷与3种眼动指标的关系，主要采用Pearson相关分析方法进行相关分析。外在认知负荷与平均瞳孔直径、眨眼频率和平均注视时间的相关系数分别为0.148、－0.426、0.084，表明外在认知负荷与平均瞳孔直径、平均注视时间存在显著正相关关系，而外在认知负荷与眨眼频率存在显著负相关关系。综上所述可以得到3种眼动指标均符合认知规律。

3.2 不同影响因素对认知负荷的差异性分析

3.2.1 光线程度对认知负荷的影响分析

为了进一步探究光线程度对认知负荷的影响，运用SPSS19.0软件进行独立样本t检验，分组变量为暗光线和亮光线，检验变量为内在认知负荷和外在认知负荷。其中，内在认知负荷是基于任务本身通过自上而下的驱动影响人的注意力，任务复杂性越大，会占用更多的工作记忆容量，此时就会增加学习者的内在负荷；外在认知负荷是基于展示方式和信息组织方式本身的，通过自下而上来影响人的注意力，当呈现方式不当，就容易增加学习者的外在负荷。光线程度的独立样本t检验统计结果见表1。

不同光线程度下，内在认知负荷和外在认知负荷的显著性概率Sig.（双侧）均为0，说明内在认知负荷和外在认知负荷在暗光线及亮光线场景下均有显著性差异。其中，暗光线场景下，内在认知负荷和外在认知负荷的均值分别为4.30和4.25，二者认知负荷的均值均高于在亮光线场景下的均值。综上所述可以得到在暗光线场景时，内在认知负荷和外在认知负荷的认知难度更大。

3.2.2 辅助文字对认知负荷的影响分析

从有、无辅助文字的安全标志角度对认知负荷进行差异性比较，分组变量为无辅助文字和有辅助文字，检验变量为内在认知负荷和外在认知负荷。辅助文字的独立样本t检验比较分析结果见表2。

表2 辅助文字的独立样本t检验Table 2 Independent sample t test of auxiliary text

在有、无辅助文字的场景时，内在认知负荷和外在认知负荷的显著性概率Sig.（双侧）均为0，说明内在认知负荷和外在认知负荷在有、无辅助文字场景时具有显著性差异。其中，在无辅助文字场景时，内在认知负荷和外在认知负荷的均值分别为5.27和5.20，二者认知负荷的均值均大于在有辅助文字场景时的均值。综上，可以得到在无辅助文字的场景时，内在认知负荷和外在认知负荷的认知难度更大。

3.2.3 图片组别对认知负荷的影响分析

为了探究不同图片组别即煤矿不同工作面场景时对认知负荷的影响程度，进行了差异性比较，图片组别对认知负荷的差异性比较分析结果见表3。

表3 图片组别对认知负荷的差异性比较Table 3 Comparison of differences in cognitive load of picture groups

不同图片组别在内在认知负荷和外在认知负荷的显著性概率分别为0.968和0.927，均大于0.05，不存在显著差异。综上，可以得到在煤矿不同工作面场景时，被试者对安全标志的识别程度不存在显著性差异。

3.3 不同影响因素下眼动指标的差异性分析

3.3.1 光线程度对眼动指标的影响分析

分别探究不同光线程度对眼动指标的差异性比较，采用独立样本t检验的方法，光线程度对眼动指标的独立样本t检验结果见表4。

表4 光线程度对眼动指标的独立样本t检验Table 4 Independent sample t test of light intensity on eye movement indexes

在不同光线程度时，平均瞳孔直径、眨眼频率和平均注视时间的显著性概率Sig.（双侧）分别为0、0.026、0.002，显著性概率均小于0.05，3种眼动指标分别在暗光线和亮光线下均有显著性差异。此外平均瞳孔直径在暗光线和亮光线下的均值分别为3.686和3.522，说明暗光线下平均瞳孔直径增大；眨眼频率在暗光线和亮光线下的均值分别为0.406和0.447，可以得到暗光线下眨眼频率降低；平均注视时间在暗光线和亮光线下均值分别为0.401和0.360，表明暗光线下注视时间更长。综上可以得到3种眼动指标在暗光线场景时，被试需要付出更多的努力，认知难度更大。

3.3.2 辅助文字对眼动指标的影响分析

从有无辅助文字的安全标志角度对眼动指标进行差异性比较，辅助文字对眼动指标的独立样本t检验比较分析结果见表5。

表5 辅助文字对眼动指标的独立样本t检验Table 5 Independent sample t test of auxiliary text on eye movement indexes

在有、无辅助文字的场景时，平均瞳孔直径、眨眼频率和平均注视时间的显著性概率Sig.（双侧）分别为0，0和0.017，显著性概率均小于0.05，3种眼动指标分别在无辅助文字和有辅助文字时均有显著性差异。其中，平均瞳孔直径在无辅助文字和有辅助文字的均值分别为3.748和3.615，可见无辅助文字时平均瞳孔直径更大；眨眼频率在无辅助文字和有辅助文字时的均值分别为0.343和0.564，可见无辅助文字时眨眼频率降低；平均注视时间在无辅助文字和有辅助文字时均值分别为0.415和0.384，说明平均注视时间在无辅助文字时注视时间更长。综上，可以得到3种眼动指标在无辅助文字场景时，认知任务较为复杂，认知难度更大。

3.3.3 图片组别对眼动指标的影响分析

进一步探究不同图片组别即煤矿不同工作面场景对眼动指标的影响程度，进行了差异性比较，图片组别对眼动指标的差异性比较分析结果见表6。

表6 图片组别对眼动指标的差异性比较Table 6 Comparison of differences in eye movement indicators by picture group

不同图片组别下平均瞳孔直径、眨眼频率和平均注视时间的显著性概率分别为0.063、0.077和0.065，均大于0.05，说明不存在显著性差异。综上所述，可以得到3种眼动指标在煤矿不同工作面场景时不存在显著差异。

4 结语

通过开展眼动实验，分析被试者在煤矿不同工作面场景下，光线程度与辅助文字对煤矿安全标志的显著性影响。在煤矿不同工作面场景时被试者对安全标志的识别程度不存在显著性差异。光线程度与辅助文字对煤矿安全标志均存在显著性影响，其中，在暗光线场景时，被试需要付出更多的努力，认知难度更大。在无辅助文字时，认知任务较为复杂，认知难度更大。因此，可以得到在亮光线场景下，添加辅助文字有助于降低被试者的认知负荷，能够提高被试者识别安全标志的程度。希望煤矿企业今后能进一步规范煤矿不同工作面场景的光线程度，有效添加安全标志的辅助文字，有助于增加矿工对安全标志的识别性，从而降低安全标志的识别难度，以期达到减少矿工不安全行为的目的。