安全标志排列顺序的视觉注意特征研究*

景国勋，孙妍琳，蒋 方

(1.河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作 454000； 2.安阳工学院，河南 安阳 455000)

0 引言

人们能够识别并感受警告信号传达的危险信号，从而引导其自身行动[1]，但当安全要素比较复杂时，不利于作业人员掌握安全信息[2]，且公共场所和生产场所安全标志设置顺序混乱，是造成事故的重要因素[3]。因此，安全标志位置设置十分重要。

目前，针对安全标志排列顺序设置存在争议。关于多个安全标志排列组合，周丹等[3]提出煤矿井下安全标志设置存在不合理现象。此外，多安全标志排列标准也存在不一致的问题，《安全标志及其使用导则》(GB 2894—2008)[4]规定，多个标志同时放置时，应按警告、禁止、指示、提示等顺序进行放置；《用人单位职业病危害告知与警示标识管理规范》(安监总厅安健〔2014〕111号)[5]第30条规定，多个警示标识同时设置时，应按禁止、警告、指示、提示等顺序依次按先左后右、先上后下排列，但现有文献没有从视觉注意特征方面对多安全标志排列进行研究。

胡祎程等[6]采用问卷法探讨标志特征与使用者对标识的认识性；李林娜[7]通过问卷调查分析颜色与形状组合，以找寻最引人注目的组合；田水承等[8]通过将安全标志设置在同一煤矿场景中研究合理位置，以增强安全标志显著性；李世波等[9]通过问卷调查研究关注度、危险感知、安全提示、安全知识、安全意识、安全习惯6个指标对煤矿场员工对安全标志理解的影响。上述针对安全标志的研究大多采用调查问卷的形式，主要以单个安全标志识别性研究为主，缺乏多个安全标志位置设置对识别性的影响研究。

人类80%～90%的外部信息都是通过视觉信息系统实现的，而视觉信息系统又具有直接性、自然性和双向性[10]。眼动追踪技术可以记录眼睛的活动轨迹，其结果可以准确反映人的选择。基于此，本文以安全标志的排列顺序为自变量，利用EyelinkⅡ眼动仪研究多安全标志组合的视觉注意特征。

1 实验设计

1.1 实验设备

本文实验由Experiment Builder编写，眼动数据由加拿大SR研究公司研制的Eyelink Ⅱ眼动仪测量。Eyelink Ⅱ眼动仪具有高分辨率(<0.005°)、低噪声(<0.01 RMS)等优点，仪器精确度较高，平均注视位置偏差小于0.5°，其头盔装置根据工程学原理设计，具有轻便耐用、可与大多数眼睛或隐形眼镜兼容，易于设置、校准和确认，可进行实时操作反馈等优势。

1.2 实验被试

为保证数据样本的统一性，选择20名被试者(男生女生各10名)，平均年龄(25.2±1.10)岁，BMI为(20.9±2.24)kg/m2。要求被试者视力或矫正视力正常，无色盲色弱情况，且实验前禁止饮酒和剧烈运动。

1.3 实验素材

选用自《安全标志及其使用导则》(GB 2894—2008)[4]现行安全标志，通过询问法选出4张易识别标志，即禁止标志、警告标志、指令标志、提示标志各1张，处理为同等大小及像素(如图1所示)。将4张图片分别横向、纵向进行组合排列，排列方式横向纵向相同，将24种排列方式分别进行标号，如表1所示。

图1 安全标志Fig.1 Selection of safety signs

1.4 实验步骤

1)宣读实验过程。向被试介绍实验过程及注意事项，使其正确理解实验并遵守实验规则。

2)校准。开启程序，为被试数据文件夹命名，被试带上实验头盔，坐在距离屏幕0.60 m处，平视电脑屏幕中央，在被试机上采用9点校准法进行校准。

3)正式实验。每位被试先进行横向24组实验测试，休息10 min后测试纵向24组实验图片。每组图片随机播放，每张图片播放时长8 000 ms，每组实验图片中插入空白屏，避免上一张图片的影响。

4)实验过程。被试在实验过程中不需要进行任何决定或判断，所有图片观看完成后即实验结束。

5)实验完成。实验完成后数据自动保存至文件夹，整个实验控制在20 min以内。

1.5 实验数据处理及导出

兴趣区(Area of Interest,AOI)是视觉刺激的目标区域，是分析眼动结果的基本单位[11]。本文实验将每组图片的设置位置作为1个兴趣区，保证不同实验组兴趣区面积相同，并将每组实验图片从最左和最上进行兴趣区Ⅰ～Ⅳ编号，不同编号代表不同位置情况，如位置Ⅱ横向代表中间偏左，纵向代表中间偏上。研究表明，人在一定情境下对特定区域所消耗的精力大小与潜在心理动机可通过眼动实验数据进行展现[12-14]。本文实验从兴趣区中提取眼动数据，包括首次注视时间(First Fixation Time,FFT)和平均注视时间(IA Dwell Time,IDT),利用SPSS在置信度为95%的条件下进行统计学分析，并用origin绘图。

表1 排列顺序Table 1 Arrangement order

2 实验数据分析

2.1 FFT分析

FFT表示被试者从播放刺激开始到观看特定位置的时间，被试者对于某个目标的FFT越小，该目标则更能引起注意[15]。注视的顺序取决于被试视线停留位置以及每个注视点停留时间，反映场景中更能吸引注意的区域。将眼睛注视时间信息与位置信息相结合，可得到注视顺序。

同组不同位置及禁止标志FFT描述统计见表2。由表2可知，同组不同位置，横向位置Ⅰ～Ⅳ的FFT均值分别为1 047.84，508.92，1 461.27，2 843.58 ms，纵向位置Ⅰ～Ⅳ的FFT均值分别为917.61，728.28，1 865.38，3 217.86 ms。将每个位置与位置Ⅱ进行配对样本t检验，见表3，配对1～7被试观看不同位置的Sig(双尾)远小于0.05，达到显著性水平。由此可见，同组不同位置横向和纵向排列中，在位置Ⅱ处FFT平均值均相对最短。

由表2可知，禁止标志横向排列位置Ⅰ～Ⅳ的FFT均值分别为1 103.78，379.51，1 473.16，2 762.06 ms，标准偏差分别为140.47，156.05，349.97，175.61 ms；禁止标志纵向排列位置Ⅰ～Ⅳ的FFT均值分别为1 070.62，720.61，1 769.97，3 479.63 ms，标准偏差分别为472.60，247.47，415.09，564.18 ms，无论横向排列还是纵向排列,位于位置Ⅱ的均值和标准偏差均较小。由表3可知，

表2 同组不同位置及禁止标志FFT描述统计Table 2 Statistics on FFT description of different positions and prohibition sign in same group ms

所有标志位置Ⅱ平均首次注视时长横、纵存在显著性差异，而禁止标志位于位置Ⅱ时横、纵对比无显著性差异(p<0.05具有差异性，p<0.01差异性更显著)。

眼动轨迹将注视时间与顺序生成注视序列，从而利用可视化进行展现，能够反映环境中视觉吸引力较强的元素以及视觉搜索轨迹。被试眼动轨迹如图2所示，图片阅读顺序皆为位置Ⅱ，Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ，可将FFT的数据信息直观展现出来。

2.2 IDT分析

眼动轨迹能够显示被试眼睛正在注视的位置，当进行观察时，总是将视线无意的集中在固定区域的某一部分上，其规律可以反映被试的视觉加工特点。各区域注意分布程度可通过测量注视持续时间得到，IDT可以显示特定部位固定时间的平均长度[16]，通过比较AOI的平均注视持续时间，得到最受关注区域。

按照禁止标志放置位置分为4组，不同位置IDT数据分析见表4。由表4可知，禁止标志横向、纵向位于位置Ⅱ的IDT均较高。禁止标志位于不同位置IDT配对样本t检验对比见表5。由表5可知，配对样本t检验横向位置Ⅱ对横向位于位置Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ在显著水平为0.05时的p值概率分别为0.000，0.117，0.001，位置Ⅰ，Ⅳ的p小于0.05，拒绝原假设，即认为位置Ⅰ，Ⅳ对IDT有显著影响；位置Ⅲ大于0.05，认为位置Ⅲ对IDT没有显著影响，但通过平均值的比对可知，位置Ⅱ的IDT高于位置Ⅲ。纵向位置Ⅱ对纵向位置Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ的p值分别为0.039，0.007，0.004，均小于0.05，拒绝原假设，认为位置Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ对IDT有显著影响。由表5可知，将横向与纵向位置Ⅱ、禁止标志位于位置Ⅱ时的IDT进行对比可知，2种配对p值均大于0.05，可见横纵排列方式对标志的IDT并无影响。

表3 同组不同位置及横纵FFT配对样本t检验Table 3 t-test for paired samples of different positions and horizontal-vertical FFT in same group

图2 被试眼动轨迹Fig.2 Eye movement trajectory of subjects

所有组别禁止标志的IDT如图3所示。由图3可知，横向排列时禁止标志的IDT除trial 22，23较低外，其他实验组均比较平均，纵向排列中trial 2，11较其他实验组高，trial 12较其他实验组略低，横向纵向IDT国标组均高于平均值，职业安全卫生组低于平均值。

表4 禁止标志位于不同位置IDT数据分析Table 4 Analysis of IDT data for different locations of prohibition sign

表5 禁止标志位于不同位置IDT配对样本t检验Table 5 Paired-sample t-test for IDT with different locations of prohibition sign

图3 禁止标志IDTFig.3 Prohibition sign IDT

3 讨论

标志是可脱离语言文字传递信息的有效手段[17]，安全标志不同排列顺序，会影响标志的受注意程度和受注意顺序。IDT和FFT在本文实验中作为安全标志受注意程度的评价指标，FFT越短、IDT越长，则受关注程度越高。

由表2中FFT数据可知，位置不同，对首次注视时间有显著影响(p<0.05)，横向、纵向排列位置Ⅱ的FFT相对较短，最先引起被试注意。人们阅读时眼睛一般从左到右扫视，平稳经过注视点，偶尔从右向左回视[18]，当阅读图片时，会因图片内某些要素的颜色形状不同影响观看顺序。本文实验显示，被试注意到图片中心后，横向排列时从左向右阅读图片，纵向排列时从首次注视中心后开始按照从上向下的顺序阅读，在组合图片阅读时，中间偏左位置受注意程度较大，横纵均按照位置Ⅱ，Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ顺序识别。

红色作为警示色，在安全标志中能够迅速被人的眼球捕捉到，李琳娜[7]研究发现红色是最吸引人眼球的背景颜色。而本文实验发现，禁止标志位于位置Ⅱ相比于其他标志更能吸引被试的注意力；当禁止标志位于位置Ⅱ时，其首次注视时间相对其他标志较短。IDT结果表明，当安全标志在横向、纵向排列时，禁止标志在位置Ⅱ的IDT显著高于其他位置，且横纵向没有显著差异。从禁止标志不同实验组的IDT柱状图可以看出，横向排列禁止标志IDT的trial 22，23偏低，其中禁止标志排在两侧，纵向排列禁止标志IDT中trial 2,6,11,14高于其他组，其中除11外2,6,14 3项禁止标志均在位置Ⅱ，且横向、纵向国标实验组trial 14均高于职业安全卫生实验组trial 22。被试更关注于中间偏左、中间偏上位置，相对于其他位置，在该区域具有的信息会被接收更多，说明顺序因素同样对注视时间有一定影响。

王俊雅[19]在探究图书馆应急疏散标志时，同样得出被试更关注中间和中间偏上位置的结论。所以在没有充分时间阅读多个安全标志时，需要让场所人员能够及时注意到限制度更高的安全标志，规范自己的行为，应将重要的标志在横向排列时置于中部偏左处，在纵向排列时置于中部偏上处。

4 结论

1)无论横向还是纵向排列，安全标志在第Ⅱ位置时FFT相对较短，安全标志按照位置Ⅱ，Ⅰ，Ⅲ，Ⅳ依次进行阅读。

2)安全标志在位置Ⅱ时IDT相对较长，禁止标志在位置Ⅱ的IDT具有显著性差异，横向排列与纵向排列均在位置Ⅱ有更高的IDT。

3)排列方式对IDT并无显著影响，而对FFT的影响在禁止标志位于位置Ⅱ时可消除。

4)多个安全标志组合排列时，横向中偏左的位置及纵向中偏上的位置更容易引起人的注意，应放置较为重要的安全标志，而国标的顺序具有更高的识别性。