桥吊司机安全操作关键结点的眼动研究【优秀毕业课程设计】_第1页
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摘 要 集装箱装卸桥(桥吊)是港口集装箱装卸的关键设备,它关系到企业的发展,码头的成效。桥吊操作的效率和安全是港口通过能力的体现,也是桥吊司机操作水准的体现。 本论文首先对于桥吊安全结点操作法进行简单介绍,对各个操作结点的操作规则和注意点进行说明。然后用眼动仪测量桥吊司机现场操作,进行多项眼动参数的测定和搜集。利用 次分析法对多项参数进行权重分析,得到最能说明桥吊司机注意力集中与否的若干眼动参数(眨眼,注视),再由各个操作结点中的这些参数进行横向对比得到关键结点(吊具连接 ,集箱就位)。最后进行关键结点的纵向眼动参数对比,得出相关结论。 本论文采用 及 据分析软件进行数据初步筛选以及分析,结合问卷调查等资料,最后得出桥吊作业的操作关键结点以及桥吊司机操作过程中一些操作特性,为桥吊司机的理论培训和安全作业提供参考。 关键词: 集装箱装卸桥,桥吊司机,眼动参数,层次分析法( 关键结点 he is of It is to of of of is of of of HP to a of or of an of an By of to in At of of of s to 录 1. 绪论 . 1 景和意义 . 1 内外研究现状 . 2 究内容和目标 . 4 术路线 . 5 2. 桥吊操作关键 结点研究的理论依据 . 6 吊安全结点操作法概述 . 6 次分析法概述 . 8 次分析法的应用 . 9 意力与眼动相关性 . 9 究工具 . 9 3. 桥吊操作实验设计 . 11 验目的 . 11 验设备 . 11 验方案设计 . 13 4. 桥吊操作实验的眼动数据分析 . 14 据介绍与数据提取 . 14 据筛选 . 16 于 次分析法的决定关键结点的眼动参数判断 . 16 吊司机安全操作关键结点确定 . 21 键结点的注视视线分布探究 . 26 键结点的眼动参数相关性分析 . 27 于眼动参数的疲劳假设 . 29 5. 总结与展望 . 31 文总结 . 31 一步研究的建议 . 31 致 谢 . 33 参考文献 . 34 附 录 . 36 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 1 1. 绪论 港口的综合实力水平与集装箱装卸作业效率密不可分,在桥吊司机作业效率被广泛关注的同时,桥吊作业事故依旧时有发生,对于桥吊司机安全的研究仅停留在原理分析阶段,相应的安全分析和监测系统的开发还需要进一步深入研究。桥吊司机作业过程中的眼动数据能够客观反映桥吊司机本人不能感受到的信息,对于桥吊司机的作业安全研究有着重要意义。 景和意义 景 随着中国加入 国的进出口贸易量逐步增大,对海上运输的要求逐步提高。而货物的装卸是海运服务的起始和终点,若在这一环节无法良好完成,则意味着该运输方式不能为经济贸易的运作提供服务。而集装箱装卸桥(桥吊)是码头集装箱装卸的主要设备,他关系到航运企业的发展,码头港口的成效。因此在码头负责装卸集装箱的桥吊司机的操作是至关重要,他们存在于这一关键的第一线,所以对于桥吊司机吊箱操作的安全研究存在其一定的必要性和重要性。 2011 年,全世界港口吞吐量排名前 20 中,有 10 个中国港口(其中两座港口为中国香港和中国 台湾),上海港更是以 3200 多万 列第一,这是中国改革开放的显著成效,更是中国经济快速发展的最直接体现。然而一个港口的吞吐量除了在 “ 量 ” 上十分重要之外,它的 “ 质 ” 也是相当关键。集装箱船舶在港口的装卸效率直接影响到船公司和港口装卸的市场竞争力,从而提升港口综合实力水平。 虽然我国的 码头 建设已取得了 突飞猛进的发展 ,但是目前我国港口普遍还面临着效率低下、服务不专业的问题 , 港口的服务水平与国外的先进水平相比还 存在着 很大的差距,一方面 是 由于资金、技术等因素,先进的操作设备和技术没有普及,这样就限制了整个港口吞吐量的提高 1;另一方面是港口的管理 体系, 很多 情况下 还采用经验管理,管理方法落后、运作效率低下、信息系统不完善,这些 都是制约港口操作效率的主要因素,与之而来的,就是港口集装箱装卸作业的事故发生 2。现有港口集装箱装卸作业事故原因分析中,国内已针对桥吊坠箱事故等相应事故进行分析,结果表明桥吊驾驶员的主观人为因素和不规范操作成为重要原因 3,但对于人为因素分析仅停留在原理分析阶段,相应的安全分析与改善仍需进一步深入研究。据对某码头近年来发生的安全事故统计分析表明,在由于所有的桥吊安全事故中,事故发生的时间结 点呈现规律性,多为吊具和集装箱接触的起始到终止阶段 4。 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 2 义 国内外研究发现,对于港口桥吊事故发生中,人为原因在其中占有主要因素。不规范的人为操作所引发的作业事故占港口事故总数的 65%5。桥吊司机操作行为的规范性 , 成为了影响作业效率、作业安全的主要问题。 由桥吊司机的操作准则可见,这项工作对于安全的要求是相当严格的,因为,集装箱的装卸效率将对港口竞争力和综合实力有直接影响,集装箱装卸的操作正确与否更是与桥吊司机的自身安全息息相关。所以桥吊司机的操作不当或是其他主观操作失误所造成的后果将 是十分严重的。 在本论文中,将通过对桥吊司机眼动参数的分析,深入了解到桥吊司机处理视觉场景的过程,而这一过程将会体现出一部分桥吊司机主观上难以察觉的信息,主要是针对桥吊司机整个操作流程中的一些事故易发结点进行数据研究,对于桥吊司机的安全操作有着重要意义,同时为相关部门桥吊司机的上岗培训以及教育学习提供一定的理论参考。 内外研究现状 口桥吊作业研究现状 港口桥吊伴随着集装箱运输船舶大型化的发展和技术进步而在不断更新换代,科技含量越来越高。港口桥吊由最初的常规桥吊发展至现在的双小车桥 吊、双四十英尺桥吊等类型,对于港口装卸作业的提高有着重要帮助 6。 文献 3中,上海海事大学物流工程学院的陈良玉,梁承姬在桥吊坠箱事故树分析一文中分析到,目前 , 限位开关、防误吊操作装置的使用等 , 使桥吊的机械性能不断完善 , 从机械角度预防事故的发生 。 据了解 , 港口实际生产过程中 , 桥吊事故很大程度是由桥吊司机操作不规范或者责任心不够造成的 , 单纯由机械故障引发的事故显少 。 因此从港口角度考虑 , 对桥吊操作系统进行安全分析 , 进而有针对性地制定出合理的安全措施 , 规范桥吊司机的操作 ,增强其安全意识和责任感 , 显得尤为关键。 由幸宝良等桥吊司机的经验总结基础上,总结归纳的桥吊安全结点操作法中,将桥吊作业的整个过程根据作业实际情况,清楚的划分了若干个作业结点,并总结归纳了各个结点的注意点和事故发生可能情况,规范了桥吊司机的操作从而达到安全高效的目的。 动视觉研究现状 ( 1)在国外:从近年的文献资料来看,国外在这一领域内开展的研究相当广泛,有在室内通过模拟驾驶来研究的,也有在真实交通环境中进行研究的。并且发现有一点很有趣,即欧洲尤其是北欧各国和英法等国在此领域内的研究明显多于美国、日本及其他国家。 英国 立了一个事故研究室 (就认知上海海事大学本科生毕业设计(论文) 3 等心理活动对驾驶员的驾驶能力及事故倾向的影响、视觉行为及注意力与驾驶技能之间的关系等课题进行了长期的研究,并得到了许多有价值的结论 7。 1998年,该研究室成员 通过在试验中引入不同类型的道路,以改变受试驾驶员的认知负荷水平,从而对熟练驾驶员和新驾驶员视觉搜索策略的差异进行了研究。每次试验中,先让受试驾驶员进行 20分钟的适应驾驶,然后让其带上眼动仪并继续在指定路线 上驾驶,以记录其眼动行为。试验后,通过对驾驶员的平均注视时间、注视点数目以及水平与垂直方向搜索分散范围的分析,得出以下结论: (1)熟练驾驶员在信息量较少的道路 ( 乡村道路 ) 上的注视时间较短,在信息量大的道路 ( 双车道 ) 上的注视时间变长,而新驾驶员则相反; (2)熟练驾驶员与新驾驶员在水平方向搜索广度方面存在显著差异:在信息量大的道路 ( 双车道 ) 上熟练驾驶员水平方向搜索广度要比新驾驶员的大得多。说明熟练驾驶员能根据道路的复杂程度选择性的改变其视觉搜索策略,而新驾驶员在驾驶需求变化了的时候,其视觉搜索策略显得太过于僵硬 死板。 2002年,荷兰 对 50名因病理原因而导致视野缺损的驾驶员进行了一项室内的试验研究。试验中,要求受试驾驶员进行计点操作及视觉搜索作业,并记录其眼动行为,通过对搜索时间、眨眼情况、注视次数、眼跳幅度、注视持续时间及错误数等参数的分析发现,周边视野缺损的受试驾驶员与正常驾驶员相比,其注视次数多,搜索时间长,注视持续时间短;而中心视野缺损 的驾驶员的操作也比正常驾驶员的差。研究同时发现,两组驾驶员的视野缺损与眼动参数之间存在单调函数关系。 2006年,英国学者 0等人对火车驾驶员的视觉策略进行了研究。他们使用 分析了驾驶员的总(眨眼)注视次数、平均(眨眼)注视持续时间、注视目标物的时间百分比及首次注视目标物的时间。虽然 本论文所要研究的桥吊驾驶员有很大的不同,但是研究方法值得借鉴。该研究的特色之一在于, 它对通过眼动行为的录像来分析注视行为的方法做了较为细致的介绍。 ( 2)在国内:国内关于驾驶员视觉特性与眼动行为方面的研究不多。已有的关于眼动行为的研究多集中在语言学、广告学、心理学及医学应用等方面,如天津师范大学、辽宁师范大学等在这些方面进行了不少的研究。将视觉及眼动研究应用到交通领域的报导并不多见,然而本论文的研究方向桥吊驾驶员的眼动行为的相关研究资料更是比较缺少,只能通过对道路交通领域已有的部分研究进行学习和类比。此处对最近几年的一些较为典型的研究进行介绍。 文献 11, 12, 13中,北京航空 航天大学的柳忠起、袁修干、刘伟及王睿对模拟飞机降落过程中飞行员的眼动行为进行了研究。通过对注视点分布、扫视速度以及扫视的眼动机上海海事大学本科生毕业设计(论文) 4 制进行分析,探讨了飞行员对信息的初步认知加工过程。结果表明,受试者主要利用由上到下 (信息处理机制驱动眼动。 文献 14中,西安交通大学的杨建国、肖永剑和王兆安通过对驾驶员视觉关注焦点的移动规律、视线范围以及障碍物情况等等 3个方面的研究,提出了一个新的驾驶员视觉感知模型,并通过计算机来模拟实际场景,对比受试者和模型标注的感知对象,完成了模型有效性的验证。 文献 15中,上海海事大学的曲旋是对于桥吊司机眼动模式和行为模式研究的相对比较完整的一篇资料,文献中通过对新老司机作业眼动参数的分析,得到 操作熟练的桥吊司机在关键作业区的视线注视时间比新手的作业时间要长,注意力较为集中,不易受外界干扰。同时随着作业时间的增长,有些眼动参数表现出司机有轻微的疲劳负荷现象。 从以上的国内外研究情况可以看出,对于本论文研究的主要方向,桥吊操作结合眼动视觉研究的内容在国内外资料较少,较多的都是公路汽车驾驶,火车驾驶,飞机驾驶等,在这些领域国内的研究同国外在驾驶员视觉特性及操作行为领域的研 究相比,国内的研究无论是在技术手段上,还是研究的广泛程度上都存在较大差距。由对于公路驾驶的研究发现和研究方法上可以得到一些可以作为本文参考的资料,从而能够从道路驾驶类比到桥吊驾驶的研究中去,为桥吊司机的眼动视觉研究提供一定的依据。 究内容和目标 要研究内容 本文由道路驾驶的眼动研究情况,类比分析码头集装箱装卸桥驾驶员的操作情况,请有经验的桥吊师傅来到我校桥吊真机上进行吊箱作业,并用眼动仪 行操作过程中的眼动参数采集,结合桥吊安全结点操作法中的桥 吊操作结点划分情况,对不同结点,不同箱型的眼动参数进行对比分析,同时结合有关文献和经验,以及对于码头桥吊司机的调查问卷的部分资料,利用 次分析法得出在多个眼动参数中能影响桥吊司机注意力集中的一项或多项参数指标,综合分析得到在多个操作结点中相对关键的结点,在本文中称为 “ 关键结点 ” ,确定关键结点之后,继续深入分析不同箱型的关键结点操作过程中的眼动参数,从而挖掘其中的异同点。另外桥吊操作随着时间的推移,桥吊司机将很有可能产生相对疲劳,假设疲劳的产生,对于相同箱型,在不同时间操作得出的数据,进行结合疲劳的有关分析,探索是否有疲劳现象体现在眼动参数上,并说明疲劳的产生导致的眼动参数的细微变化,验证假设的正确性。 究目标 桥吊操作安全的重要性不言而喻,本文从桥吊司机操作的安全性出发,由眼动参数做数上海海事大学本科生毕业设计(论文) 5 据支持,参考桥吊安全结点操作法,结合生理学相关知识,利用 次分析法, 数据分析软件,绘图软件 出桥吊司机在吊箱操作过程中的关键结点,以及由关键结点的眼动特性得出的相关结论,为以后有关部门的培训,学习等工作提供理论依据和数据参考。同时通过研究相同箱型随着时间推移而导致 的眼动参数的变化,为有关的疲劳检测研究和疲劳预警系统的研发提供一定的参考。 术路线 如图 示,为本论文技术路线图 桥 吊 司 机操 作 结 点文 献 资 料问 题 描 述眼 动 实 验数 据 分 析层 次 分 析 数 据 处 理理 论 依 据实 验 设 计试 验 数 据理 论 依 据问 卷 调 查确 定 参 数数 据 提 取数 据 筛 选结 论 与 建 议图 术路线 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 6 2. 桥吊操作关键结点研究的理论依据 在明确桥吊作业规章制度和对于桥吊司机各项上岗培训和考核之后,为进一步地规范桥吊司机操作行为和达到安全高效的目的,在总结辛宝良等桥吊司机的经验基础上,归纳了桥吊安全结点操作法 16。通过对码头桥吊司机的部分调查问卷显示, 70%的桥吊司机都对 此有所了解,并且对于作业结点的区分十分清楚。 吊安全结点操作法概述 桥吊安全结点操作法是总结幸宝良等桥吊司机的经验得到的,按桥吊操作全过程分解成以下的控制点,如图 示,这是安全操作和提高作业效率的重要环节,也是控制各类事故发生的关键的安全结点。 图 吊操作过程控制结点 业前 ( 1) 五个 “ 熟悉 ” 1)熟悉桥吊安全操作规程和掌握各操作动作的基本要领。 2)熟悉装卸船舶的类型,包括动态掌握作业船舶积载情况和相应的操作要求。 3)熟悉桥吊装卸的各项机械技术指 标。 4)熟悉箱型特性。 5)熟悉周围操作环境。 ( 2)四个 “ 确认 ” 1)确认作业环境 2)确认通讯畅通 3)确认指挥到位 4)确认机械正常 作业 前 桥吊 就位 起吊 离地 吊具 连接 集箱就位 小车 运行 吊具 回升 停止 作业 起 吊 舱内 起吊 双箱 起吊 就位 前 工间 异常 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 7 桥吊就位 两个 “ 注意 ” 1)注意途经区域无障碍 2)注意电缆线收放正常 吊具连接 一 “ 缓 ” ,二 “ 牢 ” ,三 “ 禁 ” ,四 “ 防 ” ,五 “ 适度 ” 1)缓速对位入锁,防止吊具撞毁箱或货。 2)确认闭锁信号,确保连接牢靠。 3)禁止使用旁路开关,避免因吊具连锁保护失效,造成坠箱事故。 4)防止 40吊具误吊两只 20集装箱,这是毁坏吊具和集装箱的一大祸根 。 5)适度控制吊具就位,着落吊具时,吊具钢丝绳不宜过松或过紧。这是提高桥吊装卸效率的重要手段。 起吊离地 两个 “ 避免 ” 1)避免拖曳(斜拉)起吊 2)避免误带下层集装箱 吊运 两个 “ 控制 ” 1)控制吊运速度。做到 “ 两头慢,中间快 ” 。 2)控制吊运行程。通过司机目测能力的提高,在安全前提下缩短吊运行程。 小车运行 三个 “ 要 ” 1)要平衡位移 2)要保持距离 3)要注意下方 就位前 一 “ 停顿 ” 、二 “ 对位 ” 、三 “ 禁止 ” 1)承载面上方应停顿 2)对位后松 放 3)禁止悬吊等候 集箱就位 二 “ 要 ” 1)要轻放 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 8 2)要放妥 吊具回升 一 “ 确认 ” ,二 “ 防止 ” 1)确认开锁 2)防止勾带 停止作业 四 “ 事项 ” 1)机具 “ 就位 ” 2)前梁 “ 收起 ” 3)控制 “ 置零 ” 4)落实 “ 锚定 ” 次分析法概述 层次分析法 (17首先是由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于 70 年代初提出的,这种方法把决策有关的因素分为目标层、准则层、指标层,是在系统工程中应用的评价与决策方法。能够处理多目标、多准则、多层次复杂 决策问题。层次分析法先把复杂的系统问题涉及的因素分组,把因素进行分组后形成有序的层次结构模型,然后通过构造判断矩阵的方式反映每一层次中各因素的相对重要性,进行层次单排序及一致性检验,最后完成层次总排序及一致性检验,通过排序计算得到决策因素相对于总目标层的重要性程度的总排序确定优选方案。具体步骤如下 18: ( 1)建立层次的结构模型。在分析需要决策的问题之前,将所面对的问题中所含的原因因素划分为不同层次,如目标层、准则层、指标层等,用图表形式说明层次的递阶结构与因素的从属关系。 ( 2)构造判断矩阵。判断矩阵 中各元素的值反映了各因素之间的相对重要性,一般采用1 9 及其倒数的标度方法,具体见表 断矩阵的标度 标度 含义 1 表示两个因素相比,具有相同重要性 3 表示两个因素相比,一个比另一个稍微重要 5 表示两个因素相比,一个比另一个明显重要 7 表示两个因素相比,一个比另一个强烈重要 9 表示两个因素相比,一个比另一个极端重要 2, 4, 6 表示上述两相邻判断中值 倒数 反比较 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 9 ( 3)层次单排序以及一致性检验。这里的层次单排序意思是本层因素对上层某一因素的重要性次序 ,其计算的实质是计算判断矩阵的最大特征根及相应的特征向量,即对判断矩阵B,计算满足 中 B 的最大特征根, W 为对应于 规范化特征向量,则 W 的分量就是对应于单排序的权值。为保证层次单排序的可信性,需要对判断矩阵一致性进行检验。 ( 4)层次总排序。计算同一层次所有因素对于最高层(总目标)相对重要性的排序权值, 称为层次总排序。这一过程是从最高层次到最低层次进行的。若上一层次 含 m 个因素 2,A m,其层次总排序权值分别为 a1,a m,下一层次 含 n 个因 素 2,B n, 它们对于因素 层次单排序权值分别为 ,b 当 联系时, )。 次分析法的应用 在现实生活中,往往会遇到许多决策问题,比如如何选择物流中心的位置,如何选择升学的志愿等等,在决策者做出决定之前,他必须要考虑到很多方面的因素,这些因素都是能够影响到最终决策结果的,或是主要因素,或是次要因素,然而这些因素是相互制约,相互影响的。在这样一个复杂的决策系统中,很多因素之间的比较往往无法定量描述,此时就需要将半定量,半定性的问题 转化成一个定量计算,从而得出为决策服务的相关数据结果。 在本论文中,眼动参数多种多样,如何去选择对研究结果有着相对重要影响的数据来分析是一个难以定量描述的问题,然而,通过对相关文献资料,对桥吊司机的问卷调查,以及访谈形式的交流中,能把得到的相关信息结合层次分析法的理论转化为一个定量计算,通过逐层比较各种关联因素的重要性来为分析和最终的决策提供一个定量的依据。 意力与眼动相关性 在国内外已有的研究结果中,影响人的注意力的因素多种多样,客观的天气,光线,声音等等因素,主观的有人的心情,压力,身体状 况等等。但是在多种能够反映人的注意力状态的因素中,人的眼睛的活动状况是最即时也是最能简单获得的。在总结了若干有关眼动与注意力的生理学相关文献资料后,得出反映注意力的眼动参数主要有,眼睛注视情况,眨眼频率,视线跳跃度等因素,同时与瞳孔大小也有一定联系。 在本论文的研究中,将利用非侵入式的眼动仪对桥吊司机作业过程中的眼动数据进行采集,将结合相关文献资料选择最适合研究内容的眼动参数。 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 10 究工具 验工具 本论文的实验将利用上海海事大学校内的真实集装箱起重机,结合 动仪,具体的情况在实验设计章节会详细介绍。 据分析工具 ( 1) 件, 微软公司开发的主要针对办公的软件之一,在众多领域都有着其简洁,实用的优势和特点。在从实验设备中导出需要的数据之后,利用 件进行数据预处理,筛选,统计分析以及对比分析工作。 ( 2) 据分析软件, 世界上最早的数据分析软件,作为一款以数据分析为主要功能的软件,相对于 数据分析更加深入,功能更为齐全。在本文中,初步的数据筛选和简单的数据对比在由 后,利用 进一步深入研究提供依据。 ( 3) 图软件, 一款主要以图形设计为主的绘图软件,具有操作简便,实用性强等特点。在本论文中,利用 件对眼动仪采集到的注视点进行平面描绘,可以直观的看出注视点的分布情况。 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 11 3. 桥吊操作实验设计 本论文的实验在上海海事大学校内的集装箱起重机上进行的,实验所用的桥吊和集装箱是振华港机赠予的真实起重机械,是真实的集装箱和起重机。同时邀请到了振华的具备操作经验的桥吊司机现场 操作,使实验所得的数据更具研究价值,使研究结论更为客观。 验目的 本实验的目的在于,利用眼动仪,实时采集桥吊司机吊箱操作时的眼动参数,探索桥吊司机在吊箱操作过程中,眼动参数的变化规律,分析在不同的作业任务情况下,桥吊司机的各项眼动参数的异同点和变化情况以及对于变化原因的探究,另外在时间上,相同作业任务的情况下,疲劳的产生是否会很明显的反映在眼动情况上。 验设备 吊 实验是在上海海事大学校内的真实集装箱起重机上进行的,整套设备包括桥吊和若干 20英尺和 40 英尺集装箱,配 备了专业的设备,有严格的使用规章制度。如图 示。相比模拟机,真实的设备实验所得到的数据更为客观,同时更具有研究价值。 图 海海事大学校内集装箱装卸桥场地 动仪 ( 1) 眼动仪是心理学基础研究的重要仪器。用于记录人在处理视觉信息时的眼动轨迹特上海海事大学本科生毕业设计(论文) 12 征,广泛用于注意、视知觉、阅读等领域的研究。 眼动仪 通过红外线摄像机测出瞳孔中心位置与角膜的相对位置,来推算出 当前眼球运动状态 值,一般每秒输出 60 组数据。研究者通过分析这些数据,来推断 被试者 的心理活动 等其他状态,数据主要反映精神上的有关状态, 为相关研究提供理论依据。 ( 2) 论文中的实验采用的眼动仪是 图 示: 图 装在桥吊驾驶室内的 动仪 用户提供一个远程眼睛跟踪系统,系统高精确度全帧速率的测量头部和视线构成的 3 维图像。应用范围包括汽车行业、飞行模拟器、网页设计、阅读研究和心理实验室等多种研究领域。 统的关键组成部分除了功能强大的计算分析软件还包括一个独特的视频成像系统。该系统使用一个或多个相 机连同一个红外闪光照明单元,使每个系统主要使用自己的光源。这就使得它功能非常强劲,适用于所有自然光照条件。 够精确测算头部的三维位置和方向。系统通过跟踪一系列带有面部特征的图像,然后匹配这些特征点到 3D 头部模型上。通过对虹膜和瞳孔的检测和定位,并参照已经标定过得眼睛几何模型来确定观测者的视线的方向。同时眼皮也被定位,另外通过使用眼部的 3D 模型确定上下眼皮的距离。最后,确定瞳孔直径。 时操作摄像机 在本实验中,除了眼动仪记录下桥吊司机操作的时候的眼动参数之外,在桥吊上另外安装 了三台摄像机,用于拍摄驾驶舱外吊具工作的全过程,即吊箱操作的全过程,以及驾驶员手部的动作,视频资料和眼动参数资料是实时对应的。在本论文中,主要研究的是桥吊作业的操作结点,该摄像机对于后期处理数据时的拆分归纳十分重要。 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 13 验方案设计 以实验目的为主要依据,以安全实验为前提,针对桥吊司机吊箱操作进行实验方案设计。 由于安全原因,本次实验本人并未上真机桥吊进行现场观察,但是参与了前期的实验准备,实验仪器的安装和调试工作。并且和上桥吊进行现场实验的研究生学长和学姐进行了详细的沟通,对于实验的具体情 况有一个大致的了解,并且委托学姐拍摄了部分影像资料。 验对象 本实验在上海海事大学校内的桥吊真机上进行,邀请了振华拥有多年桥吊作业工作经验的桥吊司机进行现场吊箱操作。 验准备 1)集装箱起重机安全注意事项 2)眼动仪设备安装与调试 3)外部摄像头安装与调试 验过程 实验分为两天进行,待前期准备工作都完成之后,桥吊司机师傅就上到桥吊上进行现场操作实验,与司机进行简单的沟通,请司机尽可能保证头部的活动范围,以确保实验数据采集的质量。 实验的内容主要是 20 英尺和 40 英尺集装箱的 装卸操作, 20 英尺和 40 英尺集装箱交替操作,从地面装至货船,从货船卸至地面。 由于论文需要眼动数据和实时操作内容对应,所以外部摄像机的摄像内容一定要与眼动仪记录的司机的眼动参数一致,所以在实验过程中,由于记录时间的上限原因或是其他外部原因导致的实验暂停和再开始,都需要同时操作眼动仪记录和摄像机记录。 验结束 经过几个小时的装卸操作和实验数据的采集,实验部分告一段落,将数据确保保存完毕之后,将桥吊上的相关实验仪器拆除并装在实验室的计算机上,开始准备数据的导出和分析工作。 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 14 4. 桥吊 操作实验的眼动 数据分析 桥吊操作实验结束之后,将制定适合本文研究方向的数据分析方案,由于本文主要是对操作结点的研究,故准备以结点划分提取数据并归类保存。根据研究方向,利用数据分析软件对初筛选之后的数据进行分析,结合相关理论得到分析结果。 据介绍与数据提取 据指标介绍 眼动仪在进行数据采集的过程中,提供多种眼动数据的记录,原始数据记录见附录一,结合相关资料对于眼动参数的已有研究,在本论文中,初定选用以下几种眼动数据进行分析和研究。 ( 1) 眨眼,眨眼 是一种快速的闭眼 动作,称为瞬目反射。据统计,正常人平均每分钟要眨眼十几次,通常 2 6 秒就要眨眼一次,每次眨眼要用 钟时间。 在使用说明书中,对于 本实验数据中的介绍,大致意思为,发生一次眨眼行为,则眨眼参数加 1,假设 数值为 n,则该次眨眼为该数据记录时间段内的第n 次眨眼,数值持续的时间为眨眼持续时间。 ( 2) 注视, 人眼获得视觉信息的主要方式是通过注视点接受得到,而在视觉识别过程中, 90%的视觉信息均通过注视的过程得出,而其中注视时间和注视位 置不仅反映了人对于当前视觉信息的兴趣程度、识别能力,从目前对于操作人员注视的研究还可以看出,注视时间和轨迹在一定程度上可以反映作业任务的大致情况,数据在本实验中的具体含义与 类似。 ( 3) 扫视, 是一种常见的视线转移运动, 是 双眼协同的联合运动 , 瞳孔对光反射是由于进入视网膜的光亮度的变化而引起瞳孔的直径改变 。视觉、注意、决策以及自动性或随意性运动的发起、神经系统的可塑性等过程,是研究操作者对于高级信息加工机制的重要基础。正常人快速跳视的幅度、速度与持续时间之间表现出很高的相关性,数据 在本实验中的具体含义与 类似。 ( 4) 眼睑张开度,眼睑是 保护眼球以及角膜,并具有将泪液散布结膜角膜的作用,同时起到保护视力的作用。当人在感觉困倦的时候,眼睑速度变慢,眨眼持续时间变长,视力模糊,注意力涣散。眼睑的变化情况是作业研究作业负荷程度的重要数据参考,在本论文中,眼睑的张开度对于驾驶疲劳的研究十分重要,对于在本实验中数据的具体含义为,两只眼睛上下眼睑间距离的平均值。 上海海事大学本科生毕业设计(论文) 15 ( 5) 瞳孔直径,瞳孔是在虹膜中间的开孔,是作为光 线进入眼内的入口。瞳孔的大小变化可以调节进入眼部的光通量,从而保证眼睛适应外界光环境的变化。瞳孔的大小除了随光线的强弱变化外,还与年龄大小、身体状况、心理状态等因素有关,在不同脑力负荷下瞳孔的变化也较为显著。在本论文中,对于相同操作环境和操作内容情况下,不同疲劳状态时瞳孔直径的不同变化也是实验内容之一。对于在本实验中数据的具体含义为,被实验者两只眼睛瞳孔直径的平均值即时大小。 ( 6) 注视方向,视线的方向对于兴趣的研究是一个十分重要的指标,在互联网广告设计时,很需要这一被测试者的 这一数据,以将他们所需要宣传推广的目标设计在一个视线热区。 算的是两只眼睛平均注视的一个方向,在本实验中不能直接得到视线热区,但是可以通过视线方向模拟出一个大致的范围。 据提取 在桥吊上的实验结束之后,拆下眼动仪和记录仪器,把相关仪器安装至实验室的计算机上之后,开始数据的导出提取工作了。 ( 1)根据本论文的研究需要,制定数据提取计划。由于数据量十分庞大,数据文件的名称是按照采集时的时间自动命名的,光从数据文件名和详细数据不能区分该段数据处于哪个操作结点上,首先根据数据文件名进行排序并选取数据提取源。 ( 2)视频文件和数据文件对应。由于本论文研究的是桥吊司机吊箱操作的结点眼动数据,所以势必要把数据按照操作结点来进行区分,由于视频摄录是人工启动和结束的,所以和眼动仪采集的数据文件存在一定的时间误差,经过视频时间和数据帧数对比以及和摄录视频的学长的沟通,帧数误差大约在 150,即时间误差在 3,在本论文中认为

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