張奕瑩，蔣自杰，李 帆

(中國地質大學(武漢)工程學院，湖北 武漢 430074)

安全標識作為安全管理的重要措施，具有調動注意力和規(guī)范自身操作行為的作用，能直接給人們傳遞當前環(huán)境中的危險信息，警示人們自覺地防范周圍存在的不安全因素，促使人們對威脅安全與健康的物體和環(huán)境盡快做出正確的反應，從而減少或避免事故的發(fā)生。近年來，隨著社會各界逐漸認識到安全標識的重要性以及安全標識應用范圍的擴大，安全標識的相關研究成為許多學者關注的焦點。如JIANG[1]指出有效可靠的安全標識可以消除觀察者理解的不確定性，如果安全標識的信息認知模糊,就不能消除視認者對周圍環(huán)境的不確定性，就不能有效地傳遞信息。目前研究多集中于安全標識識別性的影響因素、安全標識有效性的界定及評價，對于安全標識信息認知和評價方面的研究較少。

安全信息是近年來新提出的一種安全理論，是以安全科學和信息學為理論基礎，以保護人的身心安全健康為目的，反映安全領域中一切活動或事物產生、發(fā)展和變化所依賴的一種資源[2]。目前關于安全信息的研究多集中在安全信息的概念原理及安全信息認知方面。如杜學勝等[3]探討了安全信息有效溝通對于增強安全文化的重要作用，分析了信息溝通的基本過程和基本形式。趙潮峰等[4]以安全信息的概念統(tǒng)一了人、物、環(huán)境、能量、管理等事故致因因素，提出了安全信息缺失的概念，構建了安全信息缺失事故致因模型。吳超[5]以安全信息認知過程為基礎，構建了多事件多級信息傳播的安全信息認知通用理論模型，揭示了復雜系統(tǒng)內安全信息傳播的機理和故障模型。DRUPSTEEN等[6]研究了安全信息指引對于進廠參觀人員應急反應的有效性。

從標識信息量化的視角出發(fā)，大多研究集中在交通標志方面，如LYU等[7]研究表明交通標志信息量和駕駛員反應時間隨著信息等級的增加而增加，表明駕駛員的認知負荷可以由交通標志信息量控制。KAPLAN等[8]提出了安全感知、道路標志信息和信息量與道路使用者可觀察和不可觀察特征之間的關系，認為安全感知不僅與標志的理解有關，還與信息量有關。胡立偉[9]提出了交通設施傳遞信息量、互信息量、信息熵等概念，從8類信息角度構建了公路交通設施基本信息量計算模型，并對所構建的模型進行了實證分析。

在標識信息有效性方面，陳沅江等[10]分析了交通標志版面設計、結構設計等環(huán)節(jié)中影響標志有效性的因素，運用層次分析法建立交通標志有效性評價指標體系，并利用多級模糊評價方法分析了標志的有效性。田水承等[11]從認知煤礦安全標志的6個階段出發(fā)，通過調查問卷等方法構建了煤礦安全標志有效性影響因素指標體系。邵海鵬等[12]選取信息需求滿足度、信息關聯度、信息適量度、信息理解難易度等作為道路標志信息有效性的量化指標，建立了交叉口指路標志信息有效性量化模型。

筆者在前人研究的基礎上，充分考慮標識信息的傳遞過程，將信息熵理論運用到安全標識領域，對標識認知影響因素進行量化，建立安全標識信息有效性整體評價模型，最后對安全標識信息傳遞效果進行綜合性分析，擬為安全標識的服務效果評價提供方法和借鑒。

1 安全標識信息傳遞與認知

安全標識的目的是通過視覺將當前系統(tǒng)或作業(yè)環(huán)境中的危險信息或有害因素有效地傳達給進入系統(tǒng)、環(huán)境中的人員，使其能夠對當前系統(tǒng)、環(huán)境中的風險因素準確感知并合理判斷，采取正確的安全行為。因此，安全標識的作用過程實質上是一種信息的溝通與傳遞過程。WOGALTER等[13]深入分析了安全信息傳遞規(guī)律，將信息溝通理論的通用模型應用于安全信息的傳遞與溝通中，建立了安全信息傳遞模型，如圖1所示。

圖1 安全信息傳遞模型

對于安全標識而言，信息發(fā)送者是承載安全信息的源頭；信息媒介是安全信息的傳遞形式,主要設計因素包括形狀、圖像、顏色、字符等；信息內容是標識中所傳遞的不安全因素和行為干預信息；信息接收者是當前安全標識環(huán)境中的目標人群。其中，信息接收者的認知是一個多階段的過程，包括發(fā)現、識別、認讀、理解和反應，任一階段都會影響安全標識的有效性。LAUGHERY[14]認為影響安全標識信息傳遞有效性的主要因素為標識的設計特征、目標受眾的特征及工作氛圍的遵從成本。袁京鵬[15]綜合安全標志的理論模型和研究成果，認為影響安全標志有效性的因素包括安全標識本身特征、個體特征、情景因素和安全氛圍4個方面。筆者綜合已有研究成果，建立了安全標識信息認知影響框架，如圖2所示。

圖2 安全標識信息認知影響框架

2 安全標識影響因素量化

2.1 信息熵理論

1948年，SHANNON[16]將玻爾茲曼關于熵的概念引入信息論中，將熵作為一個隨機事件的不確定性的度量,解決了信息的量化問題。在信息論中，信息是對事物運動狀態(tài)或者存在方式的不確定性描述。事件出現的概率越小，不確定性越多，信息熵越大，反之則越小。一個系統(tǒng)越有序，信息熵就越小。信息熵的表達式為[17]：

(1)

式中：H(X)為某一事件中的信息量；n為各因素類型的總數；P(Xi)為第i個因素的發(fā)生概率。事件未發(fā)生時，理論上每種情況出現的概率相等，即Pi=1/n，i=1,2,…,n,此時信息熵達到最大值，即最大熵值Hmax為：

Hmax=lbn

(2)

由于信息熵可以衡量系統(tǒng)狀態(tài)的有序程度，因此將信息熵應用于安全標識領域來量化安全標識信息的有效性。

2.2 影響因素量化

2.2.1 標識版面設計

安全標識的認知過程中，標識版面設計是基礎的影響因素。從安全標識的設計原則來看，每個單詞、圖形或符號都是安全標識的組成部分。根據《安全標志及其使用導則》(GB 2894-2008)中的安全標識設計特征，將標識的設計因素分為5類。根據前文的認知模型，定義安全標識設計特征的信息熵為標識設計熵。標識設計熵的計算可以分為基于字符的數量和基于字符的含義兩種。筆者對安全標識設計中各個字符子集出現概率的統(tǒng)計是基于字符的數量，具體如表1所示。標識設計熵是各元素信息熵之和，如式(3)所示。

表1 安全標識各元素概率(參考值)

(3)

2.2.2 個體認知特征

目標受眾特征也是影響安全標識傳遞信息是否被獲取的重要因素之一。在標識識別的過程中，目標受眾的個體特征主要包括風險感知能力和工作環(huán)境熟悉度。其中，風險感知能力是人們對物體或環(huán)境中所存在危險的認知能力，是是否會尋找和閱讀安全標識的重要決定因素。相關研究表明，人們感知到的危險程度越高，就越有可能尋找和獲取安全標識。因此，安全標識識別過程中的個體認知熵H2(X)為：

H2(X)=H21(X)+H22(X)

(4)

式中：H21(X)為風險感知量化熵；H22(X)為環(huán)境熟悉量化熵。

風險感知能力是個人的先天認知能力，其發(fā)生概率取決于個人自身情況。根據不同的感知風險程度，將風險感知能力分為輕度感知能力、中度感知能力和高度感知能力，轉化為發(fā)生的概率，則分別為低概率感知、中概率感知和高概率感知。根據式(1)，可得風險感知熵為：

H21(X=qi)=-P(qi)lbP(qi)

(5)

其中，P(qi)為個人的風險感知概率，取值如表2所示。

表2 個人的風險感知概率取值分布

工作環(huán)境熟悉度是指對相同或相似環(huán)境的體驗經歷。在企業(yè)生產中，人員對工作環(huán)境的熟悉程度可以用其工作年限來衡量。通常來說，工作年限較長的員工對整個工作環(huán)境和工作設備的熟悉程度要高于新進員工。故筆者采用工作年限來定義工作環(huán)境熟悉度。工作環(huán)境熟悉度可轉化為發(fā)生事件的概率，熟悉程度越高即事件發(fā)生的概率越大。根據式(1)，可以得到環(huán)境熟悉熵為：

H22(X=ki)=-P(ki)lbP(ki)

(6)

其中，P(ki)為工作環(huán)境熟悉度的概率，取值如表3所示。

表3 工作環(huán)境熟悉度的概率分布

2.2.3 外界環(huán)境水平

從視覺認知角度來說，安全標識場所照明應該有足夠適宜的照度和照度分布均勻度，使得人員清晰地看到安全標識，這是保證視覺信息傳達準確性的前提。令人滿意的外部視覺環(huán)境可提供人們本能或有意識想接受的視覺信息，而不被其他不相關的信息干擾，較差的視覺環(huán)境會降低視覺認知能力，讓人覺得不舒適，甚至做出錯誤判斷[18]。此外，安全標識的設置位置應該在物理上和時間上靠近危險，同時應考慮到目標受眾在進行可能參與的活動或任務時能夠最大限度地觀察到安全標識的可能性。結合兩方面外界影響因素，筆者對外界環(huán)境進行量化，得到外界環(huán)境熵H3(X)為：

H3(X)=H31(X)+H32(X)

(7)

式中:H31(X)為視覺效能量化熵；H32(X)為標識距離熵。

筆者將外部照明條件量化為視覺效能，不同的視覺效能會影響認知者的標識認讀。視覺效能量化熵的表達式為：

H31(X=zi)=-P(zi)lbP(zi)

(8)

其中，P(zi)為視覺效能概率，根據《圖形符號安全色和安全標志第4部分：安全標志材料的色度屬性和光度屬性》(GB/T 2893.4-2013)中對安全標識外部照明條件的規(guī)定，其概率分布如表4所示。

表4 視覺效能的概率分布

GB 2894-2008中對安全標識設置的位置進行了要求：“在實踐中，在安全標志的最小安全觀察距離上，預期使用人群中能夠正確識別圖形符號要素的比例至少為85%”。因此筆者以標識預期人群標識比例來定義標識距離熵：

H32(X=wi)=-P(wi)lbP(wi)

(9)

其中，P(wi)為預期人群正確識別圖形符號的比例，即該事件發(fā)生的概率。

2.2.4 安全氛圍

人們注意到并充分理解安全標識后，也可能因為沒有足夠的動力去遵守，從而未采取安全行為。該動力可能來源于企業(yè)管理層的安全承諾、員工對安全的參與度、安全教育與培訓、企業(yè)安全績效等因素，這些可統(tǒng)稱為安全氛圍。安全氛圍越好，則人員對安全工作的認知程度越高，在準確理解安全標識后更容易遵守安全標識。安全氛圍的量化多采用員工對測量維度量表的打分來表示[19]。根據信息熵公式，安全氛圍熵可表示為：

H4(X=ui)=-P(ui)lbP(ui)

(10)

其中，P(ui)為安全氛圍概率，可用安全氛圍測得的分值來衡量，總分為10分，其概率分布如表5所示。

表5 安全氛圍概率分布

3 安全標識有效性模型

3.1 信息熵模型修正

基于信息熵的定義，結合安全標識與視認者之間的信息傳遞過程，評價安全標識認知效果存在以下原則。

(1)影響因素中，個體認知特征、外界環(huán)境水平和安全氛圍的發(fā)生概率越大，則安全標識信息的視認有效性越高。

(2)熵值越小，確定概率事件發(fā)生所需信息量越少，就越能夠確定系統(tǒng)所處的有序狀態(tài)。因此信息熵計算出的熵值越小，表明系統(tǒng)越穩(wěn)定有序，即安全標識的有效性越高。

基于上述原則， 個體認知特征、外界環(huán)境水平和安全氛圍的發(fā)生概率P(X)均應與熵值H(X)負相關。但當P(X)∈[0,1/e]時，P(X)與H(X)正相關，因此對式(5)、式(6)、式(8)和式(9)進行修正，以保證各影響因素隨機事件的發(fā)生概率P(X)與熵值H(X)負相關。

熵函數修正前后的圖像如圖3所示。修正后的計算公式如式(11)所示。

(11)

經過修正，熵函數H(X)與指標的判定概率P(X)負相關，符合量化邏輯，且修正后的最大熵函數值為1.06。

圖3 熵函數修正前后的圖像

3.2 信息有效性模型構建

根據信息熵理論，綜合考慮安全標識信息傳遞過程中的影響因素，計算特定的工作人員與工作環(huán)境下安全標識傳遞的總信息熵Hx為：

Hx=H1+H2+H3+H4

(12)

在實際應用中，根據不同的安全標識和工作場所，實際傳遞效果會變得更加復雜，所以單純地利用信息熵反映安全標識信息有效性缺乏參照和可比性。因此，在信息熵理論基礎上，提出安全標識傳遞效能η的概念，其定義式為：

η=1-Hx/Hmax

(13)

其中，Hx/Hmax為安全標識信息熵與其最大熵[20]之比，反映了安全標識認知過程的無序程度，因此η反映了安全標識信息認知的有序度，即安全標識信息有效性，0≤η≤1，η取值越大表征安全標識信息的有效性越高。

3.3 安全標識信息有效性計算與分析

筆者利用構建的安全標識信息有效性量化模型，對兩個不同的工作場景中的安全標識有效性進行計算與分析。

首先對兩個安全標識認知場景進行假設，具體如表6所示?；诩僭O參數，分別對兩個場景中視認者獲取的安全標識信息進行計算，計算結果如表7所示。

根據安全標識信息各影響因素熵值的計算結果可以看出：

(1)安全標識“必須穿防護服”的標識設計熵為1.17 bit，高于標識“禁止吸煙”的標識設計熵。主要原因是該標識設計的單詞較多，傳遞的信息量較大，因此在視認過程中視認者對標識理解相對較困難，這也是導致該安全標識信息效能較低的原因之一。

表6 安全標識場景參數

表7 安全標識信息有效性計算結果

(2)場景一中視認者風險感知為0.6，該個體的風險感知能力相對場景二中的視認者較高，同時對該工作場所環(huán)境的熟悉度為0.8，較為熟悉，因此場景一中的個體認知熵為0.70 bit，低于場景二的個體認知熵(1.10 bit)，表明場景一的視認者更容易尋找安全標識并感知到安全標識所傳遞的風險，有助于提高安全標識傳遞的效能。

(3)場景一的外界環(huán)境熵為0.64 bit，低于場景二的外界環(huán)境熵(0.84 bit)，表明相對場景二來說，場景一中安全標識設置環(huán)境的光照條件和設置位置較好，視認者更容易看清安全標識的信息內容，有助于提高安全標識傳遞的信息效能。

(4)場景一的安全氛圍熵為0.26 bit，低于場景二的安全氛圍熵(0.44 bit)，表明相較于場景二的視認者來說，場景一的視認者理解安全標識信息后更有可能遵守安全標識，即安全標識所傳遞的信息更有效地影響了視認者的行為。

4 結論

安全標識的有效性是評價安全標識設計和可用性的重要指標。筆者利用信息學的研究成果，基于信息熵理論及安全標識信息的認知過程，根據相關研究中的安全標識認知影響因素，對標識版面設計、個體認知特征、外界環(huán)境水平和安全氛圍等因素進行信息量化，建立了安全標識信息有效性評價模型。

(1)案例結果表明，較之以往研究中對安全標識信息有效性的定性分析，模型量化數據能更精確地表征視認者對安全標識信息的接收程度，更清晰直觀地反映了安全標識設施整體的服務效果。

(2)通過對量化指標的分析，可以判斷影響安全標識信息有效性的主次因素，進而為針對性地完善安全標識設計與設置提供參考依據。

(3)筆者僅選取4個方面影響因素進行量化分析，且對各個影響因素的量化過程考慮較為簡單，實際的量化考慮因素應該更為復雜，可在后續(xù)研究中進一步研究。