何含笑,張守寶,盛進(jìn)路

(1.重慶交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，重慶市 南岸區(qū) 400074； 2.重慶交通大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，重慶市 南岸區(qū) 400074)

1 引言

視覺是人類感知世界，獲取信息的主要渠道，駕駛員行車過程中80%以上的信息是通過視覺獲得[1]，而實際在駕駛過程中的駕駛員視覺是動態(tài)視覺，與交通事故密切相關(guān)的也正是駕駛員的動態(tài)視覺特性[2]。正面吊在集裝箱堆垛、運輸?shù)茸鳂I(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用，在實際工作中由于堆垛高度條件的限制，正面吊駕駛員的視野范圍和視角會發(fā)生變化，在集裝箱堆垛過程中駕駛員需要進(jìn)行集裝箱對位鎖閉、落箱等操作，仰角大小和視野范圍受限勢必會影響駕駛員視覺搜索績效。

視覺搜索績效直接影響人類工作效率，因此視覺搜索績效一直是在各個行業(yè)生產(chǎn)活動中備受關(guān)注的重點。Engel FL[3]曾指出影響搜索績效的具體相關(guān)參數(shù)：視野面積、一次凝視和掃視到下一凝視點的時間、目標(biāo)落入視野內(nèi)被發(fā)現(xiàn)的概率以及搜索區(qū)域面積；不只是視野面積，視野形狀也會對視覺搜索績效造成影響，Rantanen EM[4]等又提出與視野形狀相關(guān)的8個參數(shù)：如周長面積比、形狀因子等，隨后Derek又給出了更為詳盡的16個視野參數(shù)[5]。此外，光線色彩、強度等都是影響人們視覺感知的重要因素，顏色和閃爍的突顯方式能夠顯著促進(jìn)被試視覺搜索績效[6-7]，如以黑色作為背景[8-9]。很多研究表明視覺搜索績效存在個體差異[10]，在不同時間壓力、圖片難度下，影響視覺搜索績效的個體因素也有所不同[11]，而當(dāng)目標(biāo)比較罕見時，那些具有較高工作記憶容量的人更善于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)[12]。

隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)：語音噪音環(huán)境[12]、人格與任務(wù)難度(高難度、低難度)[13]、移動速度、目標(biāo)個數(shù)和時間壓力[14]等對視覺搜索績效都會產(chǎn)生影響，在視覺搜索績效方面的研究仍也在繼續(xù)，多數(shù)只是停留于特定職業(yè)如放射科、安檢等職業(yè)人員，在其他行業(yè)的研究甚少，并未對仰角變化對視覺搜索績效的影響進(jìn)行詳盡探究，所以需要根據(jù)行業(yè)特性進(jìn)行更細(xì)致的研究，能夠提升具視覺搜索績效研究價值。

2 研究方法

2.1 被試

本實驗選取重慶某大學(xué)的10名男性大四學(xué)生(正面吊駕駛員以男性為主)作為本實驗的被試，年齡范圍為21～23歲，身高175～180 cm，身體健康，無心理疾病，無色盲色弱，各項指標(biāo)均符合本次實驗要求。被試人員測試之前均未參加過相關(guān)的培訓(xùn)，沒有任何視覺檢測經(jīng)驗。

2.2 仰角選取

本實驗仰角度數(shù)計算以RSC45-5M正面吊為例，其吊取示意圖如圖1。根據(jù)被試人員的坐姿眼高、堆高安全距離以及集裝箱尺寸等計算可得，座椅高加坐姿眼高離地面約3 m，45 t集裝箱的高度約2.71 m，當(dāng)堆碼層數(shù)為1層時，駕駛員操作時約為平視(0°)；當(dāng)堆碼層數(shù)為2層時，仰角約為25°；當(dāng)堆碼層數(shù)為3層時，仰角約為45°；當(dāng)堆碼層數(shù)為4和5層時，仰角分別約為57°和64°。因此本次實驗選取0°、25°、45°和60°四個仰角角度來分別測試駕駛員的視野范圍及績效。

圖1 正面吊集裝箱作業(yè)尺寸

2.3 實驗設(shè)備與布置

本實驗采用北京匯云易聽網(wǎng)絡(luò)科技有限公司的視覺測試系統(tǒng)，能夠測繪出被試視野形狀，搜索用時等視覺指標(biāo)，實驗中使用能夠安裝視覺測試系統(tǒng)的筆記本電腦，通過調(diào)整被試的位置,以及放置電腦平臺的高度等，分別確保被試者以平視、不同仰角下注視電腦屏幕時，眼球與屏幕相距50 cm，且視線剛好落于屏幕中央，設(shè)定移動角速度為10°/s。

2.4 實驗流程

(1)被試填寫個人基本信息后，主試講解實驗操作步驟及注意事項，在被試熟悉操作步驟后開始逐一進(jìn)行實驗。

(2)根據(jù)被試者身高、坐姿眼高等調(diào)整座椅高度、電腦屏幕位置及平臺高度等，使被試者能夠平視電腦屏幕中央；

(3)進(jìn)入視覺測試系統(tǒng)，點入“動態(tài)視野測試”，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，及被試人員信息錄入；

(6)調(diào)整被試座椅高度、電腦放置高度等，使被試滿足分別以25°、45°、60°的仰視角度下視線落于電腦屏幕中央；

(7)再進(jìn)入“動態(tài)視野測試”，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及被試人員信息錄入，開始25°、45°、60°仰角下的動態(tài)視野測試，結(jié)束后保存數(shù)據(jù)，返回“目錄”；

(8)進(jìn)入“績效測試”，人員信息錄入后，開始25°、45°、60°仰角下的視野搜索績效測試，保存實驗數(shù)據(jù)，直至每位被試完成不同仰角下的動態(tài)視野測試及績效測試結(jié)束。

(9)實驗結(jié)束，進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)匯總分析。

3 研究結(jié)果

3.1 不同仰角下的動態(tài)視覺邊界圖

根據(jù)視野測試系統(tǒng)測試,系統(tǒng)繪制被試者視覺邊界圖(如圖2-4),其中，陰影邊界線為被試視野邊界線，內(nèi)部的陰影區(qū)域為該仰角下的視野區(qū)域。選取被試者3、5、9進(jìn)行陳列。

圖2 被試3動態(tài)視野形狀圖

圖3 被試5動態(tài)視野形狀圖

圖4 被試9動態(tài)視野形狀圖

從視覺測試系統(tǒng)中導(dǎo)出實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行各指標(biāo)數(shù)據(jù)整合計算，如表1所示。

表1 不同仰角下的動態(tài)視野形狀各指標(biāo)值

3.2 不同仰角下的動態(tài)視覺各指標(biāo)值變化趨勢分析

根據(jù)不同仰角下被試動態(tài)視野形狀圖，以及各項指標(biāo)值，分析不同仰角下被試視覺指標(biāo)變化趨勢。

(1)周長與面積

圖5 不同仰角下動態(tài)視野周長和面積對比圖

根據(jù)不同仰角下被試動態(tài)視野周長和面積對比圖發(fā)現(xiàn)： 0°～60°被試視視野面積和周長呈現(xiàn)逐漸減小趨勢，而在從25°到45°視野面積無明顯變化，視野周長下降趨勢變緩，當(dāng)仰角60°時，被試視野面積和周長開始急劇下降，并達(dá)到最低，見圖5。

(2)圓度

圖6 不同仰角下的動態(tài)視野圓度各項指標(biāo)對比圖

視野圓度各項指標(biāo)越趨于1，說明視野圓度越好，根據(jù)不同仰角下動態(tài)視野圓度指標(biāo)變化發(fā)現(xiàn)：0°～60°被試動態(tài)視覺圓度各項指標(biāo)越來越小，并往偏離1的方向發(fā)展，從25°到45°動態(tài)視覺圓度基本穩(wěn)定，而當(dāng)仰角達(dá)到60°時，視覺不均勻變化最大，圓度最小，見圖6。

(3)視覺平滑性

圖7 不同仰角下的動態(tài)視野平滑性對比圖

根據(jù)不同仰角下動態(tài)視野平滑性對比圖發(fā)現(xiàn)：隨著仰角的逐漸增加，被試動態(tài)視野平滑性指標(biāo)逐漸趨于1，當(dāng)仰角為45°和60°時，視覺邊界粗糙度越來越明顯，同時在60°時視覺邊界褶皺性約為1，而錐性達(dá)到最大，視野邊界粗糙度達(dá)到最大，見圖7。

(4)對稱性

圖8 不同仰角下的動態(tài)視野對稱性對比圖

對稱性方面，根據(jù)不同仰角下對稱性指標(biāo)對比圖發(fā)現(xiàn)：整體來說，0°～60°被試動態(tài)視覺對稱性逐漸下降，其中，凸包水平對稱性和凸包豎直對稱性隨著仰角的增大在遠(yuǎn)離1的方向上不斷增大，而水平頂點和豎直頂點對稱性，以及上下和左右面積對稱性隨著仰角的增大遠(yuǎn)離0方向上不斷增大；在60°時凸包垂直對稱性和凸包水平對稱性達(dá)到最大，水平、豎直頂點對稱性，上下左右面積對稱性趨于一點，視野對稱性最差，見圖8。

(5)延展性和規(guī)則性

圖9 不同仰角下動態(tài)視野延展性和規(guī)則性指標(biāo)對比圖

不同仰角下動態(tài)視野延展性和規(guī)則性指標(biāo)對比發(fā)現(xiàn)：0°～60°隨著仰角的增大，被試動態(tài)視野延展性和規(guī)則性逐漸減小，其中在45°～60°時，視野延展性和規(guī)則性降低趨勢最為緩慢，當(dāng)仰角60°時延展性和規(guī)則性指標(biāo)值最低，被試視野延展性和規(guī)則性最差，見圖9。

通過以上對不同仰角下的動態(tài)視野形狀各項指標(biāo)值分析，可得出以下結(jié)論：被試視野周長、面積隨著仰角的增大逐漸減少，同時被試視野圓度、邊界平滑性以及對稱性、規(guī)則性和延展性也隨仰角增大而降低?？傮w說明，仰角對被試視野范圍造成一定程度的影響。

3.3 不同仰角下的動態(tài)視覺搜索績效分析

上述分析了仰角大小對視野形狀的影響,現(xiàn)將各被試在四種仰角下視覺搜索績效測試數(shù)據(jù)，搜索用時和準(zhǔn)確率進(jìn)行統(tǒng)計，見表2。

表2 搜索用時(單位：s)及準(zhǔn)確率統(tǒng)計表

根據(jù)的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著仰角的增加，平均搜索用時有所增加，準(zhǔn)確率也隨之降低。

對搜索用時的方差進(jìn)行分析，并進(jìn)行顯著性檢驗，見公式(1)～(5)：

(1)

(2)

(3)

(4)

SE=ST-SA

(5)

表3 不同仰角下的搜索時間方差分析

將顯著性水平設(shè)置為0.05，經(jīng)計算如表3所示，由于F(3,36)<23.66016206，故認(rèn)為不同仰角下的搜索用時具有顯著性差異。

為了再次確定相鄰仰角之間的視覺搜索績效有無顯著變化，對相鄰仰角的搜索用時時進(jìn)行t檢驗，檢驗結(jié)果見表4。

表4 視覺搜索用時t檢驗結(jié)果

取α=0.05，查表得： "" _"" ("" )"" _DDd變化時，視覺搜索用時明顯增加，雖然仰角由從25°到45°和45°到60°時，視覺搜索用時的增長幅度較低于0°到25°的搜索用時增長幅度。但也可以發(fā)現(xiàn)，仰角從0°到60°變化時，視覺搜索用時一直趨于增長狀態(tài)，正確率也趨于降低，因此可以說明仰角大小會影響視覺搜索效率，即隨著仰角的增大，視覺搜索績效會隨之降低。

4 討論

在注視過程中，大腦對視覺信息的加工處理是決定視覺范圍和視覺搜索績效的關(guān)鍵，而空間因素對大腦處理視覺信息存在影響，視覺注視點區(qū)域會隨視角的變化而發(fā)生改變，根據(jù)“基于空間”的注意理論大腦不能夠同時對注視區(qū)域內(nèi)所有的點進(jìn)行有效的接收處理，在中央窩視覺區(qū)，視覺敏感度最高，成功捕獲視覺信息的可能最高，仰角的增大使得中央窩視覺區(qū)與平視狀態(tài)下發(fā)生相對偏移，從而造成隨著仰角的增大被試視野邊界往視野中央逐漸靠攏的情況發(fā)生，即仰角增大使得視野面積和周長逐漸減小。同時，由于視覺注意力在信息呈現(xiàn)的位置上存在差異，而造成被試視野邊界隨著仰角的增大在不同方向上的視覺信息捕捉力出現(xiàn)差異，使得視野形狀圖邊界的不規(guī)則性明顯，即隨著仰角的增大視野邊界圓度、平滑性、對稱性、規(guī)則性和延展性逐漸降低。此外，隨著仰角的增大，視野邊界的逐漸減小增加了視覺搜索難度，以及長時間的仰視使得視覺疲勞明顯，對被試動態(tài)視覺搜索用時和正確率造成負(fù)面影響，使得隨著仰角的增大，被試動態(tài)視覺搜索用時增加，正確率隨之降低。

5 結(jié)論

通過對不同仰角下的正面吊駕駛員動態(tài)視野形狀變化進(jìn)行分析，以及對不同仰角下的視覺搜索績效的變化進(jìn)行顯著檢驗，得出：不同仰角下的動態(tài)視野形狀有所差異，隨著仰角的增大，動態(tài)視野形狀周長、面積逐漸減少，視野的圓度、邊界平滑性以及對稱性、規(guī)則性和延展性也隨之降低，視野范圍受限；同時，隨著仰角的增大動態(tài)視覺搜索用時逐漸增加，正確率降低，動態(tài)視覺搜索績效減小。因此，為降低仰角對正面吊駕駛員視野范圍及搜索績效的影響，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)定期對正面吊駕駛員進(jìn)行理論和操作實務(wù)培訓(xùn)，提高駕駛員作業(yè)適應(yīng)力，同時合理分配駕駛員工作時間，降低因駕駛員堆垛作業(yè)時間過長造成的視覺疲勞，提高駕駛員視覺績效和作業(yè)效率，還可通過增設(shè)相應(yīng)設(shè)備或通過其他技術(shù)手段增加正面吊駕駛員作業(yè)可視范圍。