邵將，劉珂，白雨鑫，羅靖，田方圓，張瀅

（1.中國礦業(yè)大學(xué)，徐州 221116；2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400050；3.西安科技大學(xué)，西安 710054）

瓦斯煤塵一直是煤礦安全生產(chǎn)的“第一殺手”，在各類煤礦事故中，瓦斯事故尤為嚴(yán)重，死亡人數(shù)高達(dá)90%，嚴(yán)重威脅礦工的生命安全以及中國煤礦的安全生產(chǎn)。隨著我國信息化技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化的信息顯示界面已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的模擬控制界面，在瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，它已成為監(jiān)控作業(yè)人員監(jiān)測礦山瓦斯?jié)舛刃畔⒁约芭袛鄾Q策的重要依據(jù)。在整個瓦斯監(jiān)控界面中，告警信息的設(shè)計尤為重要，先前已有研究表明，設(shè)計不當(dāng)?shù)母婢畔⑹菍?dǎo)致許多事故升級的一個重要因素，只有保證系統(tǒng)中告警信息設(shè)計的合理性，才能使監(jiān)控作業(yè)人員快速準(zhǔn)確地對系統(tǒng)狀態(tài)做出反應(yīng)，避免事故的發(fā)生。

1 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外學(xué)者通過顏色、亮度、閃爍、大小、位置或形狀等特征對界面中的視覺信息進行編碼，對告警信息的識別性能展開了大量研究。如Lin 等人[1]發(fā)現(xiàn)告警界面中警告出現(xiàn)的位置會影響其加工過程；Jin[2]和Lee 等人[3]提出警告圖標(biāo)在信息處理過程中可以獲得優(yōu)先權(quán)；張慧姝等人[4]通過對飛機座艙顯示界面目標(biāo)圖符的設(shè)計，得出敵機最好采用紅色實心的三角形，友機和僚機可采用綠色或藍(lán)色實心的圓形，而不明飛機可采用黃色實心的方形；Niu 等人[5]則探究了告警形勢下各種信息編碼如顏色、形狀、閃爍頻率、大小以及數(shù)字對用戶認(rèn)知性能的影響，結(jié)果表明視覺編碼報警形式中識別性能最好的是字符，最差的是閃光頻率；Shao 等人[6]從事件相關(guān)電位腦電實驗獲得的行為數(shù)據(jù)和生理數(shù)據(jù)出發(fā)，比較了界面元素大小變化和顏色變化兩種報警形式對用戶視覺認(rèn)知的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對于數(shù)字界面報警信息的呈現(xiàn)，在同一通道的現(xiàn)有方法中，雖然尺寸變化對人腦的激活程度較高，但是參與者對顏色變化的敏感度更高。雖然國內(nèi)外學(xué)者對告警狀態(tài)下不同信息編碼的認(rèn)知性能展開了研究，但是現(xiàn)有研究主要集中于單目標(biāo)領(lǐng)域。而在實際的任務(wù)界面，如礦山瓦斯、通訊指揮、核電站等大型監(jiān)控系統(tǒng)界面中，告警信息往往不僅只有一個，監(jiān)控作業(yè)人員需要及時發(fā)現(xiàn)界面中的多個告警信息并盡快作出反應(yīng)，這就使得多目標(biāo)搜索變得尤為重要，探究多目標(biāo)視覺搜索的特點對提高監(jiān)控人員視覺搜索效率、減少事故發(fā)生具有重要意義。

關(guān)于多目標(biāo)視覺搜索模型的研究最早可以追溯到 Morawski 等人[7]將單目標(biāo)搜索模型擴展到多個故障類型的研究實驗。直到2000 年，才有學(xué)者提出比較完整的多目標(biāo)視覺搜索模型[8]，此時的多目標(biāo)視覺搜索模型仍有缺陷，其成立的條件在于每一個目標(biāo)的搜索都是相互獨立的，于瑞峰等人[9]針對這一問題進行了多目標(biāo)視覺搜索的目標(biāo)獨立性與模型研究，提出了改進的多目標(biāo)隨機視覺搜索績效模型。還有部分學(xué)者在研究中發(fā)現(xiàn)當(dāng)人們進行多目標(biāo)視覺搜索時，在找到第一個目標(biāo)后，發(fā)現(xiàn)第二個目標(biāo)的可能性會下降，起初這種現(xiàn)象被稱為“搜索滿意度”（Satisfaction of Search，SOS）[10]，原因是人們會對最初顯示的“結(jié)果”感到“滿意”，后來眾多專家學(xué)者對這種現(xiàn)象進行了研究，發(fā)現(xiàn)造成這種現(xiàn)象的原因有很多，如Adamo 等人[11]發(fā)現(xiàn)在更短的時間內(nèi)搜索更容易發(fā)生SSM 錯誤；Stothart 等人[12]提出動態(tài)下的活動更容易出現(xiàn)SSM 錯誤；還有學(xué)者指出SSM 的出現(xiàn)與工作記憶有關(guān)[13-14]，于是，這種效應(yīng)被重新命名為“后續(xù)搜索錯誤”（Subsequent Search Misses，SSM）[15]，由于SSM 效應(yīng)的存在，多目標(biāo)視覺搜索的搜索績效被大幅降低了。因此，關(guān)于單目標(biāo)視覺搜索的研究并不適用于多目標(biāo)視覺搜索領(lǐng)域，探究多目標(biāo)視覺告警編碼形式也就變得尤為必要了。

綜上，本文以礦山瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)為研究背景，探究在單目標(biāo)和多目標(biāo)兩種視覺搜索任務(wù)條件下，顏色編碼、大小編碼以及字符編碼三種不同視覺告警編碼形式在注意、警告、危險三種告警等級下的識別效率，以獲得礦山瓦斯監(jiān)控界面最優(yōu)的視覺告警編碼形式，并為復(fù)雜系統(tǒng)監(jiān)控界面中多目標(biāo)告警的視覺編碼形式提供設(shè)計依據(jù)和實驗支持。

2 視覺搜索實驗

2.1 實驗材料

在礦山瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)中，瓦斯?jié)舛阮A(yù)警可分為五個級別，不同預(yù)警級別應(yīng)采取不同的應(yīng)急措施，瓦斯預(yù)警級別及措施見表1[16]。由表可知，當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?0.7%時監(jiān)控作業(yè)人員可繼續(xù)對系統(tǒng)進行監(jiān)測，而當(dāng)濃度超過1.2% 時監(jiān)控作業(yè)人員就需立即采取防范措施。因此本實驗將瓦斯?jié)舛确譃楸O(jiān)控（0%～0.7%）、注意（0.7%～1%）、警告（1%～1.2%）以及危險（>1.2%）4 個等級，監(jiān)控作業(yè)人員只需對注意、警告、危險三種告警等級做出反應(yīng)。

實驗以監(jiān)控狀態(tài)下的瓦斯監(jiān)測點圖標(biāo)為背景，將其設(shè)計為20 pixels×20 pixels[5]的實心圓形，顏色為黑色（0, 0, 0），以其他三種告警等級為目標(biāo)進行視覺搜索實驗。Michalski 等人[17]發(fā)現(xiàn)界面元素的顏色或顏色對比對視覺有引導(dǎo)作用，且對于數(shù)字界面告警信息而言，紅色代表危險或告急，處于最高級的優(yōu)先地位；黃色反映了情況有變化或即將變化，需要操作者注意；橙色介于紅色和黃色之間，表示系統(tǒng)處于警戒狀態(tài)，面臨高危風(fēng)險。因此本實驗將顏色編碼作為實驗變量之一，選取紅色（255, 0, 0）、橙色（255, 128, 0）、黃色（255, 255, 0）分別代表監(jiān)控界面危險、警告、注意三種告警等級。根據(jù)Lourenco 等人[18]的實驗結(jié)論，當(dāng)警告信息以尺寸編碼的形式存在時，如果目標(biāo)的尺寸越大，人類對目標(biāo)危險性的感知程度更為明顯。在針對飛機駕駛艙視覺告警信號設(shè)計規(guī)定的研究中，舒秀麗提出在進行視覺告警信息尺寸編碼的設(shè)計時，大符號的編碼應(yīng)至少是小符號編碼的1.5 倍[19]。因此本實驗以監(jiān)控狀態(tài)下圖標(biāo)大小為基礎(chǔ)，選擇 30 pixels×30 pixels 的實心圓形圖標(biāo)表示注意狀態(tài)；45 pixels×45 pixels 的實心圓形圖標(biāo)表示警告狀態(tài)；67.5 pixels×67.5 pixels 的實心圓形圖標(biāo)表示危險狀態(tài)。字符作為交互界面中是一個極其重要的組成部分，它可以傳遞大量細(xì)微的信息，具有較好的識別效果。由于現(xiàn)有的瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)界面采用字母代表不同的告警級別（如表1），所以本實驗采用A、B、C、D 四個字母分別代表監(jiān)控界面監(jiān)控、注意、警告、危險四種狀態(tài)，實驗材料見表2。

表1 瓦斯預(yù)警級別及措施Tab.1 Gas warning levels and measures

表2 實驗材料Tab.2 Th e experimental materials

2.2 實驗設(shè)備及被試

實驗采用心理學(xué)實驗開發(fā)軟件E-Prime 編寫與控制，刺激呈現(xiàn)在惠普21.5 英寸顯示器中央，屏幕分辨率為1920 px ×1080 px，刷新率為100 Hz。實驗在中國礦業(yè)大學(xué)智能交互實驗室進行，室內(nèi)照明條件正常，屏幕背景為白色。實驗使用電腦配套鍵盤，在鍵盤1、2、3 的位置貼上了注意、警告、危險3 個告警級別，讓被試進行按鍵反應(yīng)。被試為20 名中國礦業(yè)大學(xué)在校研究生，男女各半，年齡在22～30 歲之間，視力矯正或正常，無色盲或色弱。實驗中會統(tǒng)計被試的相關(guān)信息，包括姓名、性別、年齡、專業(yè)等，所有被試均沒有參加過類似實驗的經(jīng)歷。

2.3 實驗設(shè)計

實驗采用3×3×2 三因素被試內(nèi)設(shè)計，因素一為注意、警告、危險三種告警等級；因素二為顏色、大小、字符三種視覺編碼形式；因素三為單目標(biāo)、雙目標(biāo)兩種目標(biāo)數(shù)量。由于Lindberg 等人[20]曾提出用戶在視覺搜索的過程中偏好于5×5 的陣列矩陣，因此本文采用5×5 矩形陣列的方式進行實驗。為消除位置效應(yīng)的影響，實驗過程中，目標(biāo)在矩形陣列的任意一個或兩個位置呈現(xiàn)，刺激呈現(xiàn)界面見圖1。實驗中不告知被試界面中有幾個目標(biāo)將要呈現(xiàn)，以降低被試的心理期待。為防止被試發(fā)現(xiàn)視覺編碼的規(guī)律，不同編碼形式的目標(biāo)在實驗中隨機呈現(xiàn)。整個實驗中，一半是單目標(biāo)搜索實驗，一半是雙目標(biāo)搜索實驗；在雙目標(biāo)搜索中又存在兩種情況，一種是兩個目標(biāo)屬于同一告警等級，一種是兩目標(biāo)屬于不同告警等級。三組變量隨機組合形成36 個實驗樣本：18 個單目標(biāo)實驗，9 個雙目標(biāo)/相同告警等級，9 個雙目標(biāo)/不同告警等級。在Eprime 平臺將36 個實驗樣本呈現(xiàn)給20 名被試，每個實驗條件呈現(xiàn)三次，一共108 個試次。

圖1 刺激呈現(xiàn)界面Fig.1 The stimulus presentation interface

2.4 實驗程序

實驗開始之前先讓被試熟悉實驗材料，了解各告警等級所對應(yīng)的編碼形式。隨后進行練習(xí)實驗，讓被試熟悉不同告警等級的按鍵反應(yīng)以及界面中出現(xiàn)不同數(shù)量目標(biāo)時被試所需要進行的操作。練習(xí)實驗程序會記錄被試的正確率，當(dāng)正確率大于90%時被試才會轉(zhuǎn)入正式實驗。正式實驗開始時，屏幕中央先呈現(xiàn)一個500 ms 的紅色“+”字，提醒被試注意，隨后呈現(xiàn)刺激界面，被試需對刺激界面中出現(xiàn)的告警級別做出判斷并進行按鍵反應(yīng)，若告警信息為注意級，則按“注意”鍵；若為警告級，則按“警告”鍵；若為危險級，則按“危險”鍵。當(dāng)界面中呈現(xiàn)兩個告警信息時，被試發(fā)現(xiàn)第一個目標(biāo)后需馬上按下第一個反應(yīng)鍵，發(fā)現(xiàn)第二個目標(biāo)后則按下第二個反應(yīng)鍵。當(dāng)界面中只呈現(xiàn)一個告警信息時，被試按下第一個反應(yīng)鍵后，確定界面中沒有其他目標(biāo)時，則按“空格”鍵結(jié)束此次搜索。雖然按鍵反應(yīng)沒有時間限制，但是要求被試集中注意力做出又好又快的反應(yīng)。刺激界面結(jié)束后，屏幕呈現(xiàn)一個1000 ms 的空屏，為被試提供一個緩沖。整個實驗流程見圖2。

圖2 實驗流程Fig.2 The experimental fiow

實驗結(jié)束后，被試需填寫一份李克特五級量表，對不同視覺告警編碼形式的反應(yīng)速度和辨認(rèn)難度進行主觀評分，并對評分的結(jié)果進行簡略的說明。

3 實驗結(jié)果與分析

剔除實驗中的極端數(shù)據(jù)，采用SPSS26.0 軟件對不同實驗條件下E-prime 軟件自動收集的正確率和反應(yīng)時進行分析，實驗設(shè)定的顯著性水平值P=0.05。首先探討目標(biāo)數(shù)量對正確率和反應(yīng)時的影響，分別對兩者進行配對樣本T 檢驗，結(jié)果表明，目標(biāo)數(shù)量對正確率沒有顯著性影響（F=0.063,P=0.091>0.05），但對反應(yīng)時的影響具有顯著性（F=570.820,P=0.00<0.05），即界面中存在單目標(biāo)還是雙目標(biāo)會明顯影響被試的反應(yīng)速度。分別對單目標(biāo)、雙目標(biāo)視覺搜索實驗的數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果如下。

3.1 單目標(biāo)視覺搜索實驗

對20 名被試在單目標(biāo)條件下不同視覺告警等級以及編碼形式的正確率和反應(yīng)時進行統(tǒng)計分析，單目標(biāo)不同告警等級下各編碼形式的正確率見圖3，單目標(biāo)不同告警等級下各編碼形式的反應(yīng)時見圖4。

圖3 單目標(biāo)不同告警等級下各編碼形式的正確率Fig.3 The accuracy of each coding form under different alarm levels of single target

圖4 單目標(biāo)不同告警等級下各編碼形式的反應(yīng)時Fig.4 The response time of each coding form under different alarm levels of single target

以告警等級和編碼形式兩因素為變量因素，對反應(yīng)時和正確率進行重復(fù)測量方差分析，結(jié)果表明，不同告警等級對正確率沒有顯著性影響（F=3.083,P=0.057>0.05），但對反應(yīng)時的影響具有顯著性（F=4.225,P=0.022<0.05）；不同視覺編碼形式對正確率和反應(yīng)時均具有顯著性影響（正確率F=3.697,P=0.034<0.05；反應(yīng)時F=76.052,P=0.000<0.05）；告警等級與編碼形式之間的交互效應(yīng)在正確率和反應(yīng)時上均不顯著（正確率F=1.268,P=0.292>0.05；反應(yīng)時F=1.740,P=0.150>0.05）。由此可見，監(jiān)控作業(yè)人員對不同告警級別的反應(yīng)速度具有顯著性差異，不同編碼形式也會顯著影響監(jiān)控作業(yè)人員的搜索績效。

進一步采用最小顯著性差異法對不同告警等級之間的反應(yīng)時進行多重比較檢驗，單目標(biāo)不同告警等級反應(yīng)時的LSD 檢驗見表3。告警級與危險級之間具有顯著性差異，而注意級與告警級、注意級與危險級之間均無顯著性差異。結(jié)合圖4 可知，被試對危險級反應(yīng)最快，注意級次之，警告級最慢。

表3 單目標(biāo)不同告警等級反應(yīng)時的LSD 檢驗Tab.3 LSD test for different alarm levels of single target

對不同編碼形式的反應(yīng)時和正確率進行多重比較檢驗，結(jié)果表明大小編碼與顏色編碼、字符編碼在反應(yīng)時和正確率上均有顯著性差異，顏色編碼與字符編碼在反應(yīng)時上有顯著性差異，而在正確率上兩者之間的差異性不顯著，單目標(biāo)不同視覺告警編碼形式的LSD 檢驗見表4。結(jié)合圖3、圖4 可知，當(dāng)界面中只有單目標(biāo)告警時，告警信息采用顏色編碼時整體的認(rèn)知績效最好，采用大小編碼時準(zhǔn)確率最低，而采用字符編碼時被試的反應(yīng)最慢但其正確率稍高于大小編碼。

表4 單目標(biāo)不同視覺告警編碼形式的LSD 檢驗Tab.4 LSD test for different visual warning coding forms of single target

3.2 雙目標(biāo)視覺搜索實驗

雙目標(biāo)不同視覺告警編碼形式的反應(yīng)時和正確率見表5。對正確率進行分析，發(fā)現(xiàn)被試對3 種編碼形式評判的正確率都高達(dá)92%以上，由于大小編碼的正確率最低，對其進行SSM 效應(yīng)檢驗[21]，計算公式為：

表5 雙目標(biāo)不同視覺告警編碼形式的反應(yīng)時和正確率Tab.5 The response time and accuracy of different visual alarm coding forms of dual-target

其中，P(A)表示探測目標(biāo)A（感興趣目標(biāo)）的單目標(biāo)概率；SR表示轉(zhuǎn)換率，即雙目標(biāo)搜索中搜索順序為先B后A的兩目標(biāo)都被發(fā)現(xiàn)的概率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)其期望值與單目標(biāo)搜索的命中值之間無顯著性差異，即文中未出現(xiàn)明顯的SSM 效應(yīng)。

進一步對正確率進行方差分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3 種編碼形式之間沒有顯著性差異（F=1.475,P=0.244>0.05）。而反應(yīng)時的方差分析結(jié)果表明，3 種編碼形式之間差異性顯著（F=65.788,P= 0.000<0.05），即雙目標(biāo)搜索時，不同的編碼形式對被試的反應(yīng)時間有顯著影響。

進一步采用最小顯著性差異法對反應(yīng)時進行多重比較檢驗，雙目標(biāo)不同視覺告警編碼形式反應(yīng)時的LSD 檢驗見表6，3 種編碼形式的反應(yīng)時兩兩之間均具有顯著性差異。被試對顏色編碼的反應(yīng)時間最短，大小編碼次之，字符編碼最長。

表6 雙目標(biāo)不同視覺告警編碼形式反應(yīng)時的LSD 檢驗Tab.6 LSD test for different visual warning coding forms of dual-target

被試的搜索時間可進一步分為第一個目標(biāo)的搜索時間和第二個目標(biāo)的搜索時間，通過配對樣本T 檢驗對兩個目標(biāo)的搜索時間進行比較，發(fā)現(xiàn)兩者具有顯著性差異（F=670.634，P=0.00< 0.05），即目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)的次序?qū)Ψ磻?yīng)時有顯著影響，第二個目標(biāo)的搜索時間更短。

當(dāng)界面中兩個目標(biāo)同時告警時，會存在兩目標(biāo)告警級別相同和不同兩種情況，對兩種情況下的反應(yīng)時進行配對樣本T 檢驗，結(jié)果顯示，兩個目標(biāo)的告警級別是否相同對被試反應(yīng)時間具有顯著性影響（F=98.696,P=0.00<0.05），當(dāng)兩目標(biāo)告警級別相同時，被試的反應(yīng)時間更短。

兩目標(biāo)相同時不同告警等級下各編碼形式的反應(yīng)時見圖5。對反應(yīng)時進行告警等級×編碼形式的雙因素重復(fù)測量方差分析，結(jié)果表明告警等級和編碼形式的主效應(yīng)均非常顯著（告警等級F=13.987,P= 0.000<0.05；編碼形式F=52.911,P=0.000<0.05），兩者之間的交互作用也具有顯著性（F=2.644,P=0.040< 0.05）。

采用最小顯著性差異法對不同告警等級的反應(yīng)時進行多重比較檢驗，兩目標(biāo)相同時不同告警等級反應(yīng)時的LSD 檢驗見表7。危險級與注意級、警告級之間均存在顯著性差異，注意級與警告級間差異性不顯著。結(jié)合圖5 可知，被試對危險級反應(yīng)最快，對警告級反應(yīng)最慢。對不同編碼形式的多重比較檢驗結(jié)果表明，三種編碼形式兩兩之間均存在顯著性差異，被試對顏色編碼的視覺告警形式反應(yīng)最快。

表7 兩目標(biāo)相同時不同告警等級反應(yīng)時的LSD 檢驗Tab.7 LSD test for different alarm levels of single target when two targets are the same

圖5 兩目標(biāo)相同時不同告警等級下各編碼形式的反應(yīng)時Fig.5 The response time of each coding form under different alarm levels when two targets are the same

對告警等級與編碼形式之間的交互作用進行簡單效應(yīng)檢驗，結(jié)果表明，當(dāng)告警等級處于注意級時，三種編碼形式兩兩之間均存在顯著性差異，顏色編碼的認(rèn)知速度最快；當(dāng)處于警告級時，字符編碼與顏色編碼、大小編碼之間存在顯著性差異，顏色編碼與大小編碼之間沒有差異，字符編碼的認(rèn)知速度最慢；當(dāng)處于危險級時，字符編碼與顏色編碼、大小編碼之間均存在顯著性差異，而顏色編碼與大小編碼之間沒有差異。

兩目標(biāo)告警級別不同時，對反應(yīng)時的重復(fù)測量分析結(jié)果表明，3 種告警編碼形式之間具有顯著性差異（F=45.729,P=0.00<0.05），被試同樣對顏色編碼的視覺告警形式反應(yīng)最快。

3.3 李克特量表評分

對三種編碼形式的反應(yīng)速度和辨認(rèn)難度的主觀評分進行分析，不同編碼形式的主觀評分見表8。

對三種編碼形式主觀得分的方差分析結(jié)果表明，不同編碼形式的反應(yīng)速度和辨認(rèn)難度的評分之間均具有顯著性差異（反應(yīng)速度F=13.400,P=0.00<0.05；辨認(rèn)難度F= 17.190,P= 0.000<0.05），即被試認(rèn)為不同編碼形式對告警信息的搜索績效具有顯著性影響，這與行為實驗的結(jié)論一致，結(jié)合表8 可知，被試認(rèn)為顏色編碼的認(rèn)知績效最優(yōu)。

表8 不同編碼形式的主觀評分Tab.8 Subjective scores of different coding forms

4 討論

研究發(fā)現(xiàn)，在視覺搜索中，目標(biāo)數(shù)量會對搜索績效產(chǎn)生顯著性影響，搜索單目標(biāo)的用時比搜索雙目標(biāo)用時長。推測這是由于在實驗開始之前，主試已經(jīng)告訴被試實驗過程中會有一個或兩個目標(biāo)出現(xiàn)，被試已經(jīng)預(yù)測到了第二個目標(biāo)的存在，所以即使當(dāng)界面中只有一個目標(biāo)時，被試也會對所有的目標(biāo)進行搜索，當(dāng)確定界面中不存在第二個目標(biāo)后才會進行按鍵反應(yīng)；而當(dāng)界面中有兩個目標(biāo)存在時，被試找到第二個目標(biāo)后就會立即進行按鍵反應(yīng)，從而縮短了搜索時間，這一結(jié)果與先前的研究結(jié)果一致[22]，H?fler 等人[23]通過模擬日常視覺搜索實驗也證實了相比兩個或沒有目標(biāo)存在的情況，當(dāng)只有一個目標(biāo)存在時，搜索持續(xù)時間更長。

在視覺搜索中，顏色作為一種容易被注意到的獨特特征，會明顯吸引人的注視。研究發(fā)現(xiàn)，無論是單目標(biāo)還是雙目標(biāo)視覺搜索實驗，顏色編碼的正確率和反應(yīng)時均要顯著優(yōu)于大小編碼和字符編碼，被試的主觀評分也凸顯了顏色編碼的優(yōu)越性。王海燕等人[24]也提出顏色的視覺敏感度要高于替他特征，一些研究也表明顏色可以顯著促進界面視覺元素的搜索績效[25-26]。對于大小編碼和字符編碼，在正確率上，后者優(yōu)于前者，通過被試說明可知這主要是因為采用字符編碼時被試可輕易分辨不同的告警等級，而采用大小編碼時不同告警等級間的尺度差異較小，被試在識別過程中易誤讀、誤判，因此其正確率低于字符編碼。但在反應(yīng)時上，大小編碼要顯著優(yōu)于字符編碼。根據(jù)刺激相似度理論，視覺搜索的難度往往在于目標(biāo)與干擾物之間的相似程度[27]，當(dāng)干擾物在視覺上與目標(biāo)相似時，它們更容易分散注意力[28]。在本研究中字符編碼的目標(biāo)與干擾物（即背景）之間的相似度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于大小編碼之間的相似度，其干擾性大大降低了視覺搜索績效，因此大小編碼的反應(yīng)時低于字符編碼。本實驗的研究結(jié)果與張馨予之前的研究有些許出入，他以雷達(dá)作戰(zhàn)系統(tǒng)界面為背景，通過實驗得出在單維信息編碼下，顏色編碼的正確率優(yōu)于字符編碼和大小編碼，而字符編碼的反應(yīng)速度快于顏色編碼和大小編碼[29]。推測本研究中字符編碼反應(yīng)最慢的原因是實驗過程中，被試需對B、C、D作出對應(yīng)告警等級的反應(yīng)，而對監(jiān)控狀態(tài)（即A）不作反應(yīng)，這與普通人的認(rèn)知習(xí)慣有些出入，且實驗開始之前，主試告知被試需作出又準(zhǔn)又快的判斷，被試為確保正確率在按鍵之前還需對不同等級進行再思考，因此反應(yīng)速度較慢。

縱觀單目標(biāo)和雙目標(biāo)不同告警等級的數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試對危險級反應(yīng)最快，注意級次之，警告級最慢，如圖4—5。根據(jù)“干擾抑制說”理論，人在記憶的過程中會受到“前攝抑制”和“后攝抑制”的影響，對記憶中的內(nèi)容產(chǎn)生遺忘，而中間的內(nèi)容受到雙重抑制的干擾，更容易被遺忘，因此被試對警告級反應(yīng)最慢。且本實驗中對危險級的設(shè)計采用紅色、大尺寸以及D級，相較于黃色、小尺寸以及B級，更容易使人在視覺搜索過程中產(chǎn)生緊張感和壓迫感，因此反應(yīng)較快。

在雙目標(biāo)視覺搜索中本文未出現(xiàn)明顯的SSM 效應(yīng)，推測是由于實驗中最多要求被試對兩個目標(biāo)進行搜索，目標(biāo)數(shù)量較少且難度較低，所以正確率較高。同時實驗結(jié)果顯示，雙目標(biāo)視覺搜索條件下，被試對第二個目標(biāo)的搜索時間要顯著少于第一個目標(biāo)的搜索時間，推測是由于工作記憶的影響，即當(dāng)被試搜索到第一個目標(biāo)時，看到了第二個目標(biāo)或者將目光停留在了第二個目標(biāo)附近，從而提高了搜索效率，縮短了搜索時間。

實驗結(jié)果還發(fā)現(xiàn)當(dāng)界面中出現(xiàn)兩個告警信息時，兩目標(biāo)告警等級的異同對反應(yīng)時的影響顯著，被試對相同告警等級的目標(biāo)反應(yīng)更快。大部分學(xué)者認(rèn)為產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是人的知覺相似性理論：當(dāng)?shù)谝粋€目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)后，這個目標(biāo)模板可能被儲存在工作記憶中，并引導(dǎo)對其他目標(biāo)的視覺搜索，因此與感知不同的目標(biāo)相比，與該模板具有感知相似性的目標(biāo)更有可能被找到。Berbaum 等人[30]就曾指出在多目標(biāo)搜索過程中，當(dāng)一個目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)時，搜索者接下來更可能識別出與被發(fā)現(xiàn)目標(biāo)在感知上相似的其他目標(biāo)；Gorbunova 等人[31]也發(fā)現(xiàn)隨著目標(biāo)相同特征的增加，被試在找到第一個目標(biāo)后，找到第二個目標(biāo)的時間越來越少。這些研究均表明，目標(biāo)物之間的相似性會大大影響視覺搜索的效率。但也有部分學(xué)者提出被試可以更快找到相同等級的目標(biāo)是由于其概念上的相似性，當(dāng)告警目標(biāo)處于相同等級時，被試只需要對信息進行一次加工而不需要消耗其他的認(rèn)知資源對信息進行再加工，從而大大提高了視覺搜索效率。Biggs等人[32]的研究也說明了這一點，該研究要求游戲玩家在包里尋找（零個、一個、兩個或三個）危險物品，危險物品分為兩類：與槍支有關(guān)的物品或與爆炸物有關(guān)的物品。結(jié)果表明，當(dāng)?shù)诙€目標(biāo)來自一個不同的類別時，發(fā)現(xiàn)它的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于來自不同類別的兩目標(biāo)。推測本文中被試對同等級目標(biāo)反應(yīng)更快是由于知覺相似性理論和概念相似性理論的共同作用，但目前還沒有明確的證據(jù)可證明這一觀點，后續(xù)還需進一步的研究。

5 結(jié)語

綜合單雙目標(biāo)視覺搜索實驗的結(jié)果，對于礦山瓦斯監(jiān)控界面，當(dāng)采用顏色編碼的視覺告警形式時，被試的搜索績效最優(yōu)，因此在設(shè)計實際的告警信息時，可優(yōu)先考慮顏色編碼的視覺告警形式；同時實驗結(jié)果也顯示界面中背景與目標(biāo)之間的相似程度會顯著影響視覺搜索績效，因此在設(shè)計過程中，應(yīng)考慮告警形式與背景之間的差異度，突出設(shè)計的重點。在雙目標(biāo)視覺搜索中，雖然未出現(xiàn)明顯的SSM 效應(yīng)，但本文也發(fā)現(xiàn)了一些多目標(biāo)視覺搜索的特點。比如相比單目標(biāo)視覺搜索，被試在進行多目標(biāo)視覺搜索時用時更短，且被試找到第二個目標(biāo)的時間顯著小于找到第一個目標(biāo)的時間。此外，當(dāng)界面中兩目標(biāo)相同時，其搜索時間顯著小于兩目標(biāo)不同時的搜索時間，這也給告警信息的設(shè)計提供了一些思路：設(shè)計時可考慮適當(dāng)增加信息元素間的相似性以減少視覺搜索的時間，提高搜索績效。

綜上，本文在礦山瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對視覺告警編碼形式展開了研究，揭示了多目標(biāo)告警時視覺編碼的基本規(guī)律和特征，對提高監(jiān)控作業(yè)人員的搜索績效、減少礦山瓦斯事故的發(fā)生具有重要意義。但同時本文的研究也存在一定的局限性，如實驗中未考慮其他如聲音、動畫等輔助告警形式，僅對視覺告警的編碼形式進行了研究，今后也將進一步結(jié)合多通道告警的形式，深入探索不同目標(biāo)數(shù)量下安全監(jiān)控系統(tǒng)界面的告警方式。