一种施工危险认知负荷水平的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种施工危险认知负荷水平的测量方法，包括构建测量系统、测试者进行测试、数据采集和数据运算等步骤，通过危险侦测时的认知负荷、危险分析时的认知负荷、危险处理时的认知负荷三个维度进行评价，有益效果：本发明专利技术结合虚拟现实技术，构建虚拟现实工地危险事故场景，让测试者融入情境，真实测量受测者的危险认知能力及负荷，可以为施工作业安全性改善提出针对性方法，为进一步减少事故的发生，提高作业人员对危险的认知提供有价值的参考方法和依据。

A Method for Measuring the Cognitive Load Level of Construction Hazard

【技术实现步骤摘要】
一种施工危险认知负荷水平的测量方法
本专利技术涉及一种个人素质水平的测量方法，特别涉及一种施工危险认知负荷水平的测量方法。
技术介绍
认知负荷概念是以Miller早期对脑力负荷和心理负荷研究为基础，由JohnSweller在1988年第一次被提出来。建筑施工当事人危险认知过程中的危险认知负荷为：危险认知负荷水平代表了施工当事人在一定的施工环境及施工任务下，搜索、发现及分析处置危险目标的过程中所感受到的难度大小和心理压力水平。由于每个人施工经验和心理承受能力各不相同，因此每个施工当事人的施工危险认知负荷水平也各不相同。随着认知负荷理论的发展，对于认知负荷的测量也逐渐形成了较为固定的三大类。(1)主观测量法，也叫自我报告测量法，是认知负荷测量中最常用的测量方法。主观测量法也存在着一些缺陷，例如主观评价的题目量过少，影响其测量准确性。(2)生理测量法，通过获取被测试者在完成任务过程中出现的生理反应指标数据间接的评价认知负荷的方法，如眼动指标、脑电波、心率变化指标等。与其他测量方法相比，该测量方法可以比较精细的反应认知负荷的动态变化过程，但操作和实验仪器要求较高。(3)任务绩效测量法，能够通过具体任务的完成结果得到认知负荷结果，但是过程中容易受多种因素干扰，一般作为其他测量指标的辅助而不单独使用。目前对于个体认知负荷的研究主要集中在教学教育优化、多媒体设计、交通驾驶等领域。建筑施工领域主要是对当事人认知过程进行了研究，针对建筑施工当事人的危险认知研究主要关注危险感知差异、危险认知偏差及危险认知因素与不安全行为的关系等。认知负荷理论在建筑施工领域的应用，拓宽了施工安全研究的视野，丰富了施工安全研究的理论体系和方法体系。同时，也验证认知负荷理论在施工安全领域对当事人危险认知过程研究的可行性。对危险认知过程中认知负荷的研究，能够更深层次的揭示当事人与施工环境的交互机理，为作业安全性改善方法的提出提供理论支撑。现实层面，目前施工事故已经受到业界及相关行业的广泛关注，针对事故发生原因和针对性的改善措施也有了很多的研究成果，但是安全事故发生率还是没有得到很好控制，其主要原因还是对施工当事人的施工危险认知负荷水平了解不够，不能因地制宜的合理分配或者安排施工当事人的施工任务，或者有针对性地对施工当事人进行训练提高其施工危险认知负荷水平。目前现有技术手段只能采用模拟现实场景的手段，通过当事人体验虚拟场景的办法测量该测试者的危险认知负荷水平。但是在整个测试过程中被测者的危险认知负荷水平是动态变化的，通常测试过程分为侦测时、分析时和决策时三个阶段，侦测时危险认知负荷是指对危险信息目标浏览和搜索过程中的危险认知负荷；分析时危险认知负荷是指对危险目标进行识别和匹配过程中的危险认知负荷；决策时危险认知负荷是指对危险目标进行逻辑思维并进行处理危险目标过程中的危险认知负荷。对于施工工人来说，认知负荷水平的高低会影响其前期对危险的认知、任务过程中的表现和最终的行为决策，危险认知过程中认知负荷变化的研究可以很好的反映施工作业过程中工人对危险的内在认知障碍及深层次认知需求。因此，探索危险认知负荷的差异性和变化规律是解决问题的关键。在此基础上，给工人提供全过程安全能力训练与测评，提高施工工人危险认知过程中认知负荷水平。但是基于虚拟现实技术的限制虚拟手段主要通过PC或者VR设备实施；目前VR设备可以加装眼动信息采认装置，因此可以通过增加测量维度的方法更加准确的测量施工者的施工危险认知负荷水平。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于克服现有认知负荷测量方法的不足的问题，提供一种施工危险认知负荷水平的测量方法。技术方案：一种施工危险认知负荷水平的测量方法，具体测量方法如下：1)构建测量系统：根据施工事故调查，分析事故原因，对施工事故进行分类并找出典型事故，设计搭建虚拟的三维场景，并在场景中将各类典型事故的前兆特征作为危险源进行埋设，在危险源周围设置触发区域；2)测试者进行测试：邀请测试者通过虚拟终端进行体验；3)数据采集：采集包括首次确定危险目标用时、完成单个危险区域标记用时、标记危险区域正确率、次任务反应准确率、修改危险标记次数、心率跳动次数六项指标；4)数据运算：施工危险认知负荷水平包括危险侦测时的认知负荷、危险分析时的认知负荷、危险处理时的认知负荷三个维度的评价。危险侦测时的认知负荷是指对危险信息目标浏览和搜索过程中的危险认知负荷；危险分析时的认知负荷是指对危险目标进行识别和匹配过程中的危险认知负荷；危险处理时的认知负荷是指对危险目标进行逻辑思维并进行处理危险目标过程中的危险认知负荷。本专利技术专利对测试者进行测量原理如下：测试者在实验主试的指导下，进入虚拟现实工地危险事故场景中，通过测量测试者的各个指标，根据前期大量实验结果，得出每个指标换算的得分。将不同指标换算为各个指标的得分，先采用分值加权的测量方法，再以加权大小数值除以总的分值，得出所占比例以此反映受测者侦测时、分析时、决策时危险认知负荷的水平。硬件设备包括虚拟终端设备和测量心率跳动次数的心率测量设备，所述的虚拟终端设备包括PC端或VR端或加装眼动信息采集装置的VR眼动端。所述虚拟终端设备为PC端或VR端时，施工危险认知负荷的评价如下：危险侦测时的认知负荷：通过确定危险目标用时、标记危险区域正确率、和心率跳动次数三个指标进行评价；危险分析时的认知负荷：通过完成单个危险区域标记用时、标记危险区域正确率、次任务反应准确率、修改危险标记次数和心率跳动次数五个指标进行评价；危险处理时的认知负荷：通过标记危险区域正确率、次任务反应准确率、修改危险标记次数和心率跳动次数四个指标进行评价；将首次确定危险目标用时、完成单个危险区域标记用时、标记危险区域正确率、次任务反应准确率、修改危险标记次数、心率跳动次数六项指标进行打分换算成分值，首次确定危险目标用时：测试者进入实验开始时起至首次用鼠标点击危险源或手柄指向危险源扣动扳机的间隔时间，首次确定危险目标的用时越长，意味着发现危险目标越困难，需要投入精力越多，所以用时越长，危险认知负荷水平越高。完成单个危险区域标记用时：测试者确定危险目标时起至标记出危险区域的间隔时间，完成单个危险区域标记的用时越长，意味着对危险目标进行逻辑思维时间越长，需要投入精力越多，所以用时越长，危险认知负荷水平越高。标记危险区域正确率：测试者标记正确危险区域的个数与所有危险区域的个数的比值，标记危险区域正确率越高，意味着对危险目标搜索、发现、识别、筛选所需投入努力的强度越高，所以正确率越高，危险认知负荷水平越高。次任务反应准确率：测试者在侦测、分析、处理一个危险源过程中，额外增加的一个次任务，需要受测者在处理一个危险目标的过程的同时，需要记忆危险目标附近的一些施工工具，在处理完后此危险目标后，进行选择出刚才出现在危险目标附近的施工工具的图片，测试者选择场景中出现过的施工物品图片个数与出现的施工物品图片个数的比值，选择图片的正误比例越大，意味着在完成主任务的同时需要投入更多的精力在次任务中，所以正确率越高，危险认知负荷水平越高。修改危险标记次数：测试者在整个实验中修改危险源标记的次数，危险源标记的修改次数越多，意味着越难进行危险目标的最终确定，逻辑思维确定的过程中需要投入努力的强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种施工危险认知负荷水平的测量方法，其特征在于：具体测量方法如下：1)构建测量系统：根据施工事故调查，分析事故原因，对施工事故进行分类并找出典型事故，设计搭建虚拟的三维场景，并在场景中将各类典型事故的前兆特征作为危险源进行埋设，在危险源周围设置触发区域；2)测试者进行测试：邀请测试者通过虚拟终端进行体验；3)数据采集：采集包括首次确定危险目标用时、完成单个危险区域标记用时、标记危险区域正确率、次任务反应准确率、修改危险标记次数、心率跳动次数六项指标；4)数据运算：施工危险认知负荷水平包括危险侦测时的认知负荷、危险分析时的认知负荷、危险处理时的认知负荷三个维度的评价。

【技术特征摘要】
1.一种施工危险认知负荷水平的测量方法，其特征在于：具体测量方法如下：1)构建测量系统：根据施工事故调查，分析事故原因，对施工事故进行分类并找出典型事故，设计搭建虚拟的三维场景，并在场景中将各类典型事故的前兆特征作为危险源进行埋设，在危险源周围设置触发区域；2)测试者进行测试：邀请测试者通过虚拟终端进行体验；3)数据采集：采集包括首次确定危险目标用时、完成单个危险区域标记用时、标记危险区域正确率、次任务反应准确率、修改危险标记次数、心率跳动次数六项指标；4)数据运算：施工危险认知负荷水平包括危险侦测时的认知负荷、危险分析时的认知负荷、危险处理时的认知负荷三个维度的评价。2.根据权利要求1述的施工危险认知负荷水平的测量方法，其特征在于：硬件设备包括虚拟终端设备和测量心率跳动次数的心率测量设备，所述的虚拟终端设备包括PC端或VR端或加装眼动信息采集装置的VR眼动端。3.根据权利要求2所述的施工危险认知负荷水平的测量方法，其特征在于：所述虚拟终端设备为PC端或VR端时，施工危险认知负荷的评价如下：危险侦测时的认知负荷：通过确定危险目标用时、标记危险区域正确率、和心率跳动次数三个指标进行评价；危险分析时的认知负荷：通过完成单个危险区域标记用时、标记危险区域正确率、次任务反应准确率、修改危险标记次数和心率跳动次数五个指标进行评价；危险处理时的认知负荷：通过标记危险区域正确率、次任务反应准确率、修改危险标记次数和心率跳动次数四个指标进行评价；将首次确定危险目标用时、完成单个危险区域标记用时、标记危险区域正确率、次任务反应准确率、修改危险标记次数、心率跳动次数六项指标进行打分换算成分值，各项指标总分值用大写字母表示，测试者实际得分用对应的小写字母表示，字母代表的含义如下：A-首次确定危险目标用时指标的总分值、a-首次确定危险目标用时指标的测试者实际得分、B-完成单个危险区域标记用时指标的总分值、b-完成单个危险区域标记用时指标的测试者实际得分、C-标记危险区域正确率指标的总分值、c-标记危险区域正确率指标的测试者实际得分、D-次任务反应准确率指标的总分值、d-次任务反应准确率指标的测试者实际得分、E-修改危险标记次数指标的总分值、e-修改危险标记次数指标的测试者实际得分、F-心率跳动次数指标的总分值、f-心率跳动次数指标的测试者实际得分；所述危险侦测时的认知负荷、危险分析时的认知负荷、危险处理时的认知负荷的运算公式如下：危险侦测时的认知负荷U：；危险分析时的认知负荷V：；危险处理时的认知负荷W：。4.根据权利要求3所述的施工危险认知负荷水平的测量方法，其特征在于：所述加装眼动信息采集装置的VR眼动端时，施工危险认知负荷的评价如下：危险侦测时的认知负荷：通过确定危险目标用时、标记危险区域正确率、心率跳动次数、首次注视时间、首次进入前注视点个数、瞳孔改变量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，韩豫，尹贞贞，宋陈烨，刁泳升，孙保苍，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32