地铁车站行车人员作业前后心理疲劳及认知能力变化研究

张婉如，方铖，刘志钢，朱琳

(上海工程技术大学 城市轨道交通学院，201620 上海)

1 引言

心理疲劳(Burnout)是指长时间、紧张、单调的工作，导致心身紊乱，出现的心理疲乏感和心理耗竭感[1]。心理疲劳使工作绩效降低，导致失误或差错，甚至威胁到人的生命[2]，在前人的研究中，李航天等人[3]研究发现连续行车驾驶员精神压力与体力负荷都会增大,出现疲劳累积效应。李鹏杰等研究心率变异性指标(HRV)用于脑力符合评价的可行性，并对其在手控交会对接脑力负荷评价中的应用进行分析讨论，结果表明HRV指标可以用于脑力负荷评价[4]。低频与高频的比值(LF/HF)为HRV的主要指标，朱昭红等表示心理疲劳对HRV的影响表现为LF/HF升高，交感神经激活增加而副交感神经激活减弱，行为绩效降低[5]。认知能力是指接收、加工、储存和应用信息的能力。它是人们成功地完成活动最重要的心理条件[6]。德鲁·道森和凯瑟琳·里德(Drew Dawson & Kathryn Reid，Dawson D & Reid K，)指出反应时间、持续注意、眼手协调等能力的测试是度量疲劳的敏感方法[7]，城市轨道交通车站行车作业的工作属于认知型工作，其工作过程可以理解为信息加工过程，车站行车作业人员完成任务需要具备的能力中，最基本的就是持续性注意力、决断力以及反应力。吴颖超等人[8]探讨维也纳心理测试系统(VTS)在飞行员心理选拔中的应用价值，结果表明用VTS筛选飞行员心理品质方便快捷，信效度较高。故本文选择综合压力、LF/HF以及交感/副交感反映被试者的心理疲劳状态，选择持续性注意力、反应力及决断力反映工作者的认知状态，探究日常生产作业前后被试者心理疲劳及认知能力的变化情况，并根据研究结果提出保持良好认知状态及降低精神疲劳的建议。

2 对象与方法

2.1 被试

本次实验的被试为一名身体状况良好的常日班成年男性。该被试工作日八点上班、二十点下班，每日完成的工作量大致相同。

2.2 实验设备

2.2.1 维也纳测试系统

维也纳测试系统是一款成熟且广泛应用的心理测试系统。拥有138个量表80多项测试项目，涉及智力测验、一般能力测验、特殊能力测验、人格结构测验、交通心理测验等多领域心理测验模块，如下图1所示。

图1 维也纳测试系统

根据车站行车人员的工作性质，对车站行车人员基本认知能力进行测试。对应VTS中3个测评项目，其中持续性注意力包含4个测评指标，正确和错误反应的次数表明反应的准确性。“正确总数”少或“错误总数”多，表明弱集中，低度动机或者缺乏对任务的理解。决断力测试用于测定压力下的反应耐受能力，通过“正确反应数”呈现受试者在受到简单刺激的情况下做出正确反应的能力；若错误次数较多，“错误反应数”表明受试者在压力环境下长期集中注意能力较差；受试者在刺激信号出现时，长时间没有做出相应的反应，“遗漏反应数”表明受试者的持久注意能力较差，或者没有重视本项测试，注意力较为分散。反应力测试项目考察反应能力和处理能力，“平均反应时间”表明受试者接收到相应刺激信号后做出反应所用的时间，体现了受试者反应力的快慢；“平均运动时间”表明被试者对相应刺激信号出现到处理刺激运动所用的时间，体现了受试者的处理能力。将三个项目中九个指标所评定的能力维度整合，如下表1所示。

表1 基于VTS的职业心理技能测评指标

2.2.2 MAX PULSE精神压力分析仪

MAX PULSE能够进行准确的心率变异性测试以及精神压力分析，通过时域分析中的平均心率、心率变化的程度，以及频率领域分析中的TP、LF等参数进行分析，反应身体上疲劳程度以及精神情绪上疲劳程度，如下图2所示。

图2 MAX PULSE精神压力分析仪

2.3 实验流程设计

被试需在每天早晨通勤之前到达实验室，保证充足睡眠，并不饮酒，不吃药，不喝咖啡和茶等。实验前1 h，禁止抽烟以及做剧烈运动。实验中要求被试及其他工作人员保持安静，所有人员手机关机。实验要求被试者在通勤过程中选择固定的地铁交通方式，保证通勤时间无较大差别，同时被试每天完成的工作量应尽量保持相同。

被试分别进行MAX PULSE和维也纳系统测试，其中维也纳测试系统中的测试项目包含持续性注意力测试、决断力测试以及反应力测试。下班后，乘坐地铁时全程保持站立，中间无休息时间，直接返回实验室，重复早晨的测试过程，具体如下图3所示。

图3 实验流程图

2.4 数据分析

使用SPSS 24.0对数据进行统计分析，包括正态性检验、相关性分析。

3 结果

分析结果显示，正常生产作业后被试的心理疲劳水平上升,其心率变异性频域中的低频成分呈现缓慢上升的趋势；精神压力水平逐渐提高，副交感神经系统的活动性被逐步抑制[9]。持续性注意力中正确总数、错误总数无明显变化，表明被试在短时间内处理简单任务的能力、对任务的理解和对注意力的损伤无明显影响，但正确反应平均时间及错误反应平均时间均有所增加，验证了被试在正常生产作业后长时间注意集中并作出反应的能力下降；决断力中遗漏反应数和错误反应数普遍增大，表明在压力环境长期保持并集中注意力的能力下降；反应力中平均反应时间及平均运动时间普遍增加，实验所得数据的分布规律符合前人的研究，验证了数据的有效性[6]。

3.1 心理疲劳变化

工作后MP结论：

(1)本文中实验共8天，每天早晚2次测试，共16组数据。被试日常生产作业后的压力变化情况如图4所示，精神压力及身体压力普遍升高，综合压力相应增大，抗压能力下降。其中第12组数据，被试的压力状况变化显著。

图4 压力变化情况

(2)相关研究表明，LF/HF值与心理疲劳值呈现极其显著的正相关关系[10]，交感和副交感两个系统之间此消彼长的关系，可以作为个体心理疲劳状态的指标[11]。如图5所示，LF/HF值、交感/副交感值均表明被试在生产作业后心理疲劳的增加，且两者变化趋势相同，验证了本实验测得的心理疲劳增加的有效性。

图5 LF/HF、交感/副交感趋势图

3.2 认知能力变化

工作后VTS结论

(1)将本实验中八天数据进行对比分析，持续性注意力中有四个指标，其中第四天的上午、第五天全天、第七天全天，错误总数均为零，相应的错误反应平均时间也为零。如图6所示，随着疲劳的增加，被试的持续性注意力指标中的正确总数、错误总数无明显变化，猜测因正常生产作业中存在合理的休息时间，所以生产作业后的疲劳变化对被试在短时间内处理简单任务、对任务的理解和对注意力的损伤的能力没有明显影响，但图7中正确反应平均时间及错误反应平均时间普遍升高，表明被试在正常生产作业后长时间注意集中并作出反应的能力下降。

图6 正确总数、错误总数对比图

图7 正确反应平均时间、错误反应平均时间对比图

(2)适当的劳动会促进受试者的精神状态[12]，从交感/副交感值可以看出，晚上交感神经较活跃，被试晚上相对兴奋，如图8所示，决断力中的正确反应数普遍增大，且增加趋势与LF/HF值的变化趋势相同，表明被试在受到简单刺激后做出正确反应的能力有所增加；但遗漏反应数和错误反应数也普遍增大，表明在压力环境长期保持并集中注意力的能力下降。

图8 正确反应数与LF/HF值趋势图、遗漏反应数与错误反应数对比图

(3)正常生产作业后，被试的反应力也受到了影响，如图9所示，平均反应时间与平均运动时间普遍增加，表明被试的反应能力与处理能力减弱。

图9 平均反应时间、平均运动时间对比图

3.3 心理疲劳与认知变化关系

为了分析被试者的心理疲劳与认知能力之间作用机制，对MP和VTS各指标的数据进行正态检验，发现40%以上的指标数据不符合正态分布，所以本文通过Spearman相关系数分析了主要研究变量间的相关性，结果如表2所示。

表2 各种指标之间相关性

心理疲劳的指标中，平均心率与LF/HF值(r=0.692，P<0.01)、交感/副交感值(r=0.744，P<0.01)之间显著正相关，综合压力、身体压力、精神压力、抗压能力均与LF/HF值、交感/副交感值显著相关，且LF/HF值与交感/副交感值也显著相关，这些指标验证了心理疲劳的增加。认知能力的指标中，正确反应平均时间、平均反应时间均采用时间计量，时间越短，表明被试者注意力集中程度越高，反应能力越强，错误总数与综合压力之间显著正相关(r=0.549，P<0.05)、与LF/HF值之间显著正相关(r=0.559，P<0.05)、与交感/副交感之间显著正相关(r=0.556，P<0.01)；平均反应时间与综合压力之间显著正相关(r=0.544，P<0.05)、与精神压力之间显著正相关(r=0.875，P<0.01)、与LF/HF值之间显著正相关(r=0.821，P<0.01)、与交感/副交感之间显著正相关(r=0.826，P<0.01)，表明心理疲劳与认知能力的持续性注意力及反应力存在相互关系。

4 讨论

本文对一名常日班城市轨道交通车站行车人员进行为期8天的跟踪实验，通过对心理疲劳与认知能力的数据分析，发现日常生产作业后，心理疲劳度增加，认知能力部分下降，并利用相关性分析，得到心理疲劳与认知能力之间存在相关性。

从结果上看，日常生产作业后车站行车人员的心理疲劳增加，第12组数据中，被试的身体压力明显升高，且LF/HF值、交感/副交感值均较高，猜测因为当天发生了突发事件，被试对该事件进行了应急处置，所以综合压力显著增加，抗压能力较低。车站行车人员的机体疲劳状态会影响认知能力和警觉水平，进而可能造成调度指挥决策差错、违章操作等不安全行为。

日常生产作业前后车站行车人员在短时间内处理简单任务能力、对任务理解和注意力损伤程度并无显著变化，且工作后对简单刺激做出正确反应能力反而提升。这可能是因为车站行车人员每日的工作量大致相同，没有出现突发事件时，工作任务相对简单，且存在一定的休息时间，所以短期内不会对心理疲劳及简单刺激下的认知能力有较大的影响。而车站行车人员心理疲劳的变化，虽对短期的职业能力维度没有明显的影响，但疲劳具有累积效应，长期的心理疲劳积累会对认知能力有很大的影响。车站行车人员在工作时面对封闭枯燥的工作环境，肩负重大安全责任，各种原因易造成车站行车人员的身心负荷超载。如遇到事故或紧急事件时，必须快速判断事故可能的发展趋势并给出可行方案，组织做好应急处置工作，并注意事件的发展动态及相关的信息动态，若因注意力不集中或反应力的下降等，导致操作不及时，将影响处置效益。

建议企业结合团体式的压力管理、人际沟通、成长适应等方面的团体咨询做干预，有效的降低车站行车人员的工作压力。同时，人事部门应根据车站行车人员的身体、心理状态完善工作时间安排表，保证员工充足的休息时间，并通过专业的认知训练来帮助车站行车人员保持甚至提升认知水平，以保障日常生产作业的科学进行。

5 结论

本文对被试人员日常生产作业前后分别进行MP和VTS测试，并基于数据统计分析，由被试的综合压力、抗压能力、LF/HF值、交感/副交感值等指标的变化可知心理疲劳增加。通过认知能力九个指标可以反映出，车站行车人员在疲劳环境下长期注意集中能力下降，压力环境长期集中并保持注意力的能力降低，反应能力与处理能力相应减弱。