毕业论文——桥吊司机安全操作关键结点的眼动研究.doc

1、上海海事大学本科生毕业设计（论文）桥吊司机安全操作关键结点的眼动研究学 院：物流工程学院专 业：物流工程班 级：工物 姓 名：指导教师：完成日期： 年 月摘 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 AHP 层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

2、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 Excel 以及 SPSS 数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（AHP） ，关键结点AbstractThe container crane (bridge crane) is the key equipment of the port container loading and unloading.

3、It is related to the development of the enterprise, the results of the dock. The efficiency and security of the bridge crane operation is the embodiment of the port through the ability and the bridge cranes driver operation level. This paper first for Bridge crane safety operation nodeare simply des

4、cribed, of each node of the operation operating rules and show the attention.Then use eye tracking system measurement bridge cranes driver site operation, conducting many parameters measured and collecting. Using AHP analytic hierarchy process to a number of parameters for weights analysis, can get

5、the most attention that bridge cranes driver some eye movement parameters or not (the blink of an eye, the fixation of an eye), By each operation of nodes to these parameters are lateral comparison get key nodes (sling connection, the container in place). At last, the key nodes of the longitudinal e

6、ye movement parameters contrast, that the relevant conclusions. This paper using Excel and SPSS software for the preliminary data analysis data screening and analysis, combined with the questionnaire survey data, finally draw bridge cranes operating key nodes of operation and some operating characte

7、ristics of the bridge crane operation. Which for bridge cranes drivers theory training and safety working to provide the reference.Keywords: container crane, bridge cranes driver, eye movement parameters, Analytic Hierarchy Process (AHP), key nodes目 录1. 绪论 .11.1 背景和意义 .11.2 国内外研究现状 .21.3 研究内容和目标 .41

8、.4 技术路线 .52. 桥吊操作关键结点研究的理论依据 .62.1 桥吊安全结点操作法概述 .62.2 AHP 层次分析法概述 .82.3 AHP 层次分析法的应用 .92.4 注意力与眼动 相关性 .92.5 研究工具 .93. 桥吊操作实验设计 .113.1 实验目的 .113.2 实验设备 .113.3 实验方案设计 .134. 桥吊操作实验的眼动数据分析 .144.1 数据介绍与数据提取 .144.2 数据筛选 .164.3 基于 AHP 层次分析法的决定关键结点的眼动参数判断 .164.4 桥吊司机安全操作关键结点确定 .214.5 关键结点的注视视线分布探究 .264.6 关键结

9、点的眼动参数相关性分析 .274.7 基于眼动参数的疲劳假设 .295. 总结与展望 .315.1 论文总结 .315.2 进一步研究的建议 .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）11. 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。1.1 背景和意义 1.1.1 背景随着中国加

10、入 WTO，我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 TEU 名列第一，这是中国改革开放的显著成效，更是中国

11、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

12、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）21.1.2 意义国内外研究发现，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

13、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。1.2 国内外研

14、究现状1.2.1 港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

15、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。1.2.2 眼动视觉研究现状（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Nottingham大学心理学院受英国运

16、输部资助，建立了一个事故研究室(ARU)，就认上海海事大学本科生毕业设计（论文）3知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David cmndau和Geoffrey underwood8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

17、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Gmningen大学的Tanja R.M.Coeckelbergh，Frans w.Comelissen，wiebo H.Brouwer与Aan C.Ko

18、oijman9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T.Luke 10等人对火车驾驶员的视觉策略进行了研究。他们使用ISCAN VisionTrak ELT-500型眼动仪对火车驾驶员的眼动行为进行了记

19、录，并分析了驾驶员的总（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Luke等人的研究对象是火车驾驶员，与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

20、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(Top-Down)的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

21、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

22、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。1.3 研究内容和目标1.3.1 主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 smarteye pro 5.5 进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

23、的部分资料，利用 AHP 层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。1.3.2 研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

24、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 AHP 层次分析法，Excel，SPSS 等数据分析软件，绘图软件 AutoCAD 得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。1.4 技术路线如图 1.1 所示，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

25、取数据筛选结论与建议图 1.1 技术路线上海海事大学本科生毕业设计（论文）62. 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。2.1 桥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 2.1 所示，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 2.1 桥吊操作过程控制结点2.1.1 作业前（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