面向格式塔空间的地下洞室群安全标识视觉认知机理

Underground caverns with Gestalt spatial characteristics of gestalt topology could affect visual communication effects of safety marks, and lead to unsafe behaviors probably or accidents. The mechanism of visual cognition is a key to the visual communication of safety mark design. This project will be carried out in progressive step with basic analysis, experimental simulation, rule inference and optimization design. The feature of human–environment interaction of safety marks’ visual communication are analyzed and visual communication attributes of safety mark are extracted, and Gestalt space is clustered. The combination of the prominence level and comprehension level serves to characterize the visual communication validity of safety mark. Eye movement data is collected with virtual eye movement experiment technique. After determining the parameters of attention resource allocation, the impact mechanism of visual resource allocation emerges through comparing the consistency of visual resource allocation and visual communication validity. Division of visual areas and determination of stationary distribution of visual interest space transfer are the basis of inference of the multi-level visual search path. Based upon combining with the mechanism of visual resource allocation and the characteristics of visual search path, the visual cognition mechanism of safety mark is revealed, and the optimization model of spatial sequence and intrinsic attribute is established. This project not only develops the scientific criteria for spatial arrangement of safety mark in underground caverns, but also provides a theoretical support for visual communication of safety mark design.

地下洞室群呈现完形拓扑的格式塔空间特征，将干扰安全标识的视觉传达与认知，易引发不安全行为，造成安全事故。开展视觉认知机理研究是安全标识视觉传达优化设计的关键。本课题按照基础分析、实验仿真、规律推断、优化设计的递进层次展开研究：分析安全标识视觉传达的人-环交互特征，提取安全标识视觉传达属性，聚类格式塔空间；聚合凸显水平和可理解水平，表征安全标识视觉传达效度；开发虚拟眼动实验技术，采集注视与扫视眼动数据；厘定注意资源分配参数，建立视觉资源分配量与视觉传达效度一致性判断准则，揭示作业人员视觉资源分配的影响机制；分割虚拟视场的视觉区域，确定视觉兴趣空间转移的平稳分布，推断作业人员多层次视觉搜索路径；融合视觉资源分配机制和视觉搜索路径特征，揭示安全标识视觉认知机理，建立安全标识空间序列及本征属性的优化模型。本课题旨在制定地下洞室群安全标识优化设计与布置的科学准则，为安全标识视觉传达设计提供理论支撑。

地下洞室群的环境特征，将干扰驾驶人员对施工场景及安全标识的视觉传达与认知，易引发不安全行为，造成安全事故。开展视觉认知机理研究是地下洞室安全标识视觉传达优化设计、保障驾驶施工安全的关键。本课题针对地下洞室群施工安全视认特点，首先，根据实地数据开发虚拟眼动实验技术，设计大型地下洞室模拟场景，开展施工作业驾驶试验，实时采集施工作业驾驶员的眼动和脑电数据；采用认知心理学分析隐患识别认知过程，进行绩效指标匹配，通过眼动指标对正确识别率、搜索效率、分心效应、信息处理水平4个视觉搜素任务绩效指标进行量化研究，阐明安全隐患识别的人-环交互特征；其次，基于格拉布斯准则（Grubbs Criterion）剔除眼动异常数据，通过快速傅里叶变换（Fourier Transform）解析脑电节律，构建脑电疲劳指数模型；开展不同区段下驾驶员平均瞳孔直径、眨眼持续时间、眨眼频率及θ、α、β节律等指标的差异性分析，以平均瞳孔直径和脑电疲劳指标为参量，提出基于模糊综合评价的地下洞室施工作业驾驶疲劳度量方法；最后，基于地下洞室交通隧道环境的实验场景，收集驾驶员的眼动、脑电等行为数据，提出注意力演化规律的分析方法，探索驾驶员视觉变化趋势，计算出不同驾驶阶段感知不同视觉信息的可能性，系统揭示了地下洞室复杂环境中，施工驾驶人员安全标识的视觉注意选择机制。本课题旨在探索地下洞室群驾驶施工安全线索的视认特性，为施工交通及安全标识的设计提供理论支撑。