煤矿安全标志属性特征的视觉注意效果研究

杨亚格，孙林辉，代 宗，吴升林

（1.西安科技大学 管理学院，陕西 西安 710054；2．华能庆阳煤电有限责任公司 核桃峪煤矿，甘肃 庆阳 745306；3．陕煤集团神木红柳林矿业有限公司，陕西 榆林 719300）

煤矿安全事故频发[1]，加强安全生产管理是从源头预防事故发生的重要手段[2]，设置安全标志是最常用的方法之一，煤矿利用安全标志预防矿工的不安全行为和减少事故发生[3]。能够发现安全标志是矿工产生认知行为的前提[4]，此过程易受环境因素的影响，尤其是光照条件。Owens DA和Tyrrell RA[5]创新性的利用Landolt C仪器，定量研究了照度、对比度和清晰度对视觉敏锐性的影响，发现一定照度范围内，视觉敏锐性随着照度的下降而减弱。煤矿井下光照环境复杂，时间过长易产生视觉疲劳[6]，对矿工发现安全标志、识读标志内容有很大影响，景国勋等[7]在低光照度条件下研究了被试的持续视觉注意。矿工对安全标志的认知也受标志自身因素的影响[8]。安全标志由图形符号、安全色、边框形状或文字组成[9]。早期对安全标志属性特征的研究大都采用定性研究的方法，Purkinje[10]率先观察发现人在低照明水平下，对颜色的视觉注意往光谱的高频蓝端迁移;Carter[11]研究了标志背景色与标志其它颜色差异对视觉搜索的影响，颜色差异越大越容易引起人的注意。随着技术的进步，国内部分学者使用了眼动追踪技术进行研究，张坤等[12]研究了安全标志的边框形状、边框颜色对人视觉注意效果的影响；景国勋等[13]对警示语标识进行了研究，发现被试更易发现红底白字的警示语。综上所述，国内外学者在研究安全标志对人视觉注意产生的影响时，主要是通过发放问卷或访谈等方法进行。为此，使用SMI-RED眼动仪，追踪不同光照强度下，安全标志的4种边框颜色、4种边框形状、2种背景对比色对被试视觉注意效果影响，采集眼动数据，比较被试的首次注视时间（FFD）和注视点个数（FC）的差异。

1 视觉认知眼动实验

1）被试选取与实验环境。通过征集，选取了31名采矿与安全相关专业的大学生为被试，自愿参加实验。其中男性13名、女性18名，平均年龄为23.6岁，矫正视力均为1.0以上，均无色盲或色弱，辨色正常。实验完成后，为被试发放适当报酬。实验安排在温度适宜、安静无噪声的实验室中进行，依照我国GB 50215—2015煤炭工业矿井设计规范[14]，结合井下实际检测结果将室内光照强度和显示器屏幕亮度设定为高、低2种光照强度。

2）试验设备。实验选用SMI-RED型眼动仪，采样率设置为60 hz，采用高清OLED21寸液晶显示器播放实验素材，被试眼睛与显示器的距离设定为60 cm。

3）实验材料。按GB 2893—2008安全色[15]对颜色（红、黄、蓝、绿）、对比色（黑、白）进行设计，依据GB 2984—2008安全标志及其使用导则[16]对4种标志的边框形状进行设计（三角、圆形、斜杠圆、方形）。所有图片均进行处理，图片大小和像素与选用的显示器相同。根据4种边框颜色、4种边框形状、2种背景对比色设计3组实验材料，每组材料包含4张图片。第1组自变量为颜色，控制变量为形状和对比色，形状设定为不规则图形以避免形状变量的影响；第2组自变量为形状，控制每个素材的形状和对比色相同，边框颜色设定为黑色以避免颜色变量的影响；第3组自变量为对比色，控制每个素材的颜色和形状相同。随机分配每张图片中各素材的位置，以降低人的阅读顺序所产生的实验误差。

4）实验设计和实验程序。眼动实验开始时，屏幕上呈现实验指导语使被试能够正确理解实验内容。完毕后，进行眼动校准，校准横、纵误差要满足实验要求。校准完成后，屏幕呈现1 000 ms灰色空白屏，接着被试自由浏览随机呈现的自变量分别为颜色、形状、对比色的3组图片，每张图片呈现2 000 ms，每2张图片间用1 000 ms的灰色空白屏幕掩蔽。低光照强度下，实验流程与高光照强度一致，实验开始前，先安排被试进入与实验室光照环境相同的等候室等待，当能够辨识屏幕上的文字后再进行实验。

2 实验结果

将31名被试的眼动数据按照不同的光照强度和安全标志的3类属性特征进行汇总整理，统计被试的首次注视时间和注视点个数，首次注视间越短，注视点个数越多，自变量对被试视觉注意的影响越显著。依据两标准差法对被试的眼动数据进行筛选，剔除数据异常值后，将数据导入SPSS 26.0，并利用Origin软件进行统计分析。

2.1 光照强度与属性特征的交互作用

对首次注视时间和注视点个数进行单变量分析，光照强度与属性特征单变量分析见表1。简单效应检验和主效应检验的结果显示，光照强度与属性特征对被试首次注视时间的影响存在显著交互作用，属性特征对被试注视点个数的主效应显著。

表1 光照强度与属性特征单变量分析Table 1 Univariate analysis of lighting intensity and characteristics

2.2 光照强度对被试视觉注意的影响

依据高、低2种光照强度对实验数据进行分类，光照强度单因素方差分析结果见表2。2种光照强度下，首次注视时间F=12.809，Sig=0.001＜0.050；注视点个数F=0.019，Sig=0.891＞0.050，表明光照强度对被试首次注视时间的影响具有显著差异，对注视点个数的影响不具有显著差异。进行描述性统计分析后，高光照强度下，被试的首次注视时间为303.28 ms小于低光照强度下的367.67 ms，被试在高光照强度下的视觉注意程度更大。

表2 光照强度单因素方差分析Table 2 One-way ANOVA of lighting intensity

2.3 属性特征对被试视觉注意的影响

2.3.1 边框颜色对被试视觉注意的影响

属性特征为边框颜色时，边框颜色单变量分析见表3。光照强度和边框颜色对被试首次注视时间（Sig=0.006＜0.05）和注视点个数（Sig=0＜0.05）的影响具有显著交互作用；其主效应检验的结果显示，边框颜色对被试首次注视时间和注视点个数的影响不具有显著差异。边框颜色FFD和FC均值如图1，高光照强度下，首次注视时间较短的为红色和绿色，注视点个数较多的为黄色和红色；低光照强度下，首次注视时间较短的为绿色和蓝色，注视点个数较多的为绿色和蓝色。

表3 边框颜色单变量分析Table 3 Univariate analysis of frame color

图1 边框颜色FFD和FC均值统计Fig.1 FFD and FC mean statistics of frame color

2.3.2 边框形状对被试视觉注意的影响

属性特征为边框形状时，边框形状单变量分析见表4，光照强度和边框形状对被试首次注视时间和注视点个数的影响不具有显著交互作用；其主效应检验的结果显示，4种边框形状对被试首次注视时间的影响不具有显著差异，对被试注视点个数的影响（Sig=0＜0.05）具有显著差异。边框形状FFD和FC均值统计如图2，高光照强度下，首次注视时间较短的为三角形和圆形，注视点个数较多的为三角形和斜杠圆形；低光照强度下，首次注视时间较短的为三角形和方形，注视点个数较多的为三角形和斜杠圆形。

表4 边框形状单变量分析Table 4 Univariate analysis of frame shape

图2 边框形状FFD和FC均值统计Fig.2 FFD and FC mean statistics of frame shape

2.3.3 背景对比色对被试视觉注意的影响

属性特征为背景对比色时，背景对比色单变量分析见表5，光照强度和对比色对被试首次注视时间和注视点个数的影响不具有显著交互作用；其主效应检验的结果显示，2种背景对比色对被试首次注视时间（Sig=0.004＜0.05）和注视点个数（Sig=0.001＜0.05）的影响具有显著差异。通过黑白对比色FFD和FC均恒统计得出，2种光照强度下，首次注视时间较短和注视点个数较多的均为白对比色。

表5 背景对比色单变量分析Table 5 Univariate analysis of contrasting color

3 结 语

运用眼动追踪技术，分析不同光照强度下，安全标志属性特征对矿工视觉注意效果的显著性影响。在不同光照强度下，安全标志属性特征的差异能显著影响被试的视觉注意。光照强度和边框颜色对安全标志视觉注意效果存在显著性差异。低光照度环境下，感光细胞中的视杆细胞工作，导致被试对颜色的分辨能力下降，绿色与黑色的明度差更大，更易引起被试的注意。2种光照强度下，被试均先注意三角形和白对比色。