行車環境對營運客車駕駛員駕駛疲勞的影響研究工學碩士學位論文行車環境對營運客車駕駛員駕駛疲勞的影響研究RESEARCHONTHEOPERATIONBUSDRIVER’FATIGUECHARACTERISTICSUNDERASPERCIFICDRIVINGENVIRONMENT平永青2012年7月國內圖書分類號:U491學校代碼:10213國際圖書分類號:629密級:公開工學碩士學位論文行車環境對營運客車駕駛員駕駛疲勞的影響研究碩士研究生:平永青導師:裴玉龍教授申請學位:工學碩士學科、專業:交通運輸規劃與管理所在單位:交通科學與工程學院答辯日期:2012年7月授予學位單位:哈爾濱工業大學ClassifiedIndex:U491U.D.C:629DissertationfortheMaster'sDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEOPERATIONBUSDRIVER’FATIGUECHARACTERISTICSUNDERASPERCIFICDRIVINGENVIRONMENTCandidate:PingYongqingSupervisor:Prof.PeiYulongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:TransportationPlanningandManagement0Affiliation:SchoolofTransportationScience&EngineeringDateofOralExamination:July,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-I-摘要隨著機動車數量的猛增,道路交通事故數也呈現出明顯的上升趨勢,其中駕駛疲勞作為引起道路交通事故的重要原因,逐漸引起人們的重視。根據我國相關部門的道路交通事故統計的數據,約有15.2%的死亡人數是由于駕駛疲勞引起的。所以,駕駛員的駕駛疲勞已經對人們的生命財產安全造成嚴重的危害,尤其是營運客車駕駛員的駕駛疲勞,由于涉及到的人員更廣泛,往往事故的嚴重程度會更高。根據現有的相關研究,在不同的行車環境下,駕駛員的駕駛疲勞程度會有明顯的不同,因此,開展針對不同的行車環境對營運客車駕駛員駕駛疲勞的影響研究具有重要的現實意義和實用價值。本文研究的營運客車駕駛員駕駛疲勞是在原始疲勞的基礎上累積疊加后所引起的身體機能下降的現象。根據現有的實驗條件以及駕駛員駕駛疲勞表征指標的有效性確定本文選用六項駕駛疲勞特性指標深度知覺差異、速度知覺差異、選擇反應時間、注意分配能力、光反應正確操作次數、動作判斷誤操作次數和一項駕駛員眼睛特性指標PERCLOSP80。本文與客運公司合作進行駕駛員駕駛疲勞特性數據以及眼睛開閉特性數據采集。根據實際條件設計實驗以及調查問卷方案,進行數據的收集并對數據進行處理,得到不同的行車環境下營運客車駕駛員駕駛疲勞與連續駕駛時間之間的關系。根據實驗測試所得數據,分別分析道路環境、日照環境以及降雨環境的不同對營運客車駕駛員駕駛疲勞特性的影響;通過對駕駛員駕駛疲勞特性數據的綜合處理,定義表征駕駛疲勞程度的量,即為駕駛疲勞量,并且分析不同的行車環境對營運客車駕駛員駕駛疲勞量的影響;根據實驗所記錄的眼睛的開閉狀態,通過對其進行處理,得到PERCLOSP80的值,從而分析不同的行車環境對營運客車駕駛員PERCLOSP80的影響。結合本文的研究結果,總結行車環境對駕駛疲勞造成影響的原因。并在此基礎上,建立駕駛員駕駛疲勞的修正模型。另外,針對不同的行車環境對營運客車駕駛員駕駛疲勞的影響,提出相應的應對策略。關鍵詞:駕駛疲勞;疲勞特性;駕駛疲勞量;駕駛疲勞模型哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-II-AbstractWiththeboomofmotorvehicles,therearisesanobviousincreaseinthenumberofroadtrafficaccidents.Drivingfatigueasaleadingcauseofthetrafficaccidentshasattractedpeople’sattention.Accordingtostatisticaldataoftheministryofpublicsecurityin2009,drivingfatigueaccountsfor15.2%ofthedeathtollinthetrafficaccidents.Fromthispoint,wecanseethatdrivingfatiguehasalreadydonegreatharmtopeople'slifeandpropertysecurity,especiallythedrivingfatigueofoperatingbusdrivers.Sincepeoplerelatetooperatingbusiswider,seriousdegreeofrelevanttrafficaccidentscanberelativelyhigher.Accordingtotheexistingrelatedresearch,thedriverfatiguedrivingwillhaveobviousdifferenceindifferentdrivingconditions;therefore,thereisimportantrealisticmeaningandusevaluetocarryoutoperatingbusdriver'sdrivingfatiguestudyunderdifferentdrivingenvironmentInthispaper,drivingfatigueoftheoperationbusdriverisaphenomenonofdeclineinphysicalfunctionofdriverscausedbythecumulativestackonthebasisoftheoriginalfatigue.Accordingtotheexistingconditionofexperimentandtheeffectivenessofthecharacterizationindexofdrivingfatigue,weselectsixdrivingfatiguepropertyindexsuchasdepthperceptiondifference,speedconsciousnessdifference,choice-reactiontime,theabilityofattentiondistribute,operationtimesofcorrectlightreactionsandoperationtimesofwrongactionjudgmentsandoneofdrivers'eyespropertyindex,namely,PERCLOSP80WiththecooperationofPassengerCompany,wecollecteddataofdrivers’fatiguepropertyandopen-closecharacteristicsoftheireyes.Basedontheactualconditions,wedesignedtheexperimentalandquestionnairescheme,collectedandanalyzedrelevantdata,thusidentifiedtherelationshipbetweendrivingfatigueofoperationbusdriversandthetimetheyhavecontinuouslydrivenunderdifferentdrivingconditionsWeanalyzedtheeffectsofroadenvironment,sunshineconditions,rainfallconditionsondrivingfatigueonthebasisofexperimenttestdata,definedthedrivingfatiguequantitytorepresentdrivingfatiguedegreethroughcomprehensivetreatmentondrivingfatiguepropertydataandanalyzedinfluenceofdifferentdrivingenvironmentsonoperatingbusdriverfatiguerespectively.ValuesofPERCLOSP80canbegotfromtherecorddataofeyesopenandclosestatecollectedintheexperiments,sowecananalyzetheeffectsofdifferentdrivingenvironmentsonoperatingbusdrivers’drivingfatigue哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-III-Combinedwiththeresearchresultsoftheabove,weanalyzedthefactorsofdrivingenvironmentthatinfluencethedrivingfatigue.Andonthisbasis,weestablishedacorrectionmodelfordrivingfatigue,andcorrespondingcountermeasureswerealsoputforwardinviewoftheeffectsofdifferentdrivingenvironmentonoperatingbusdrivers’drivingfatigueKeyWords:drivingfatigue;fatigueproperties;drivingfatiguequantity;drivingfatiguemodel哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-IV-目錄摘要..IAbstractII第1章緒論11.1課題來源.11.2研究的目的意義11.2.1研究的目的.11.2.2研究的意義.31.3國內外研究現狀31.3.1國外研究現狀41.3.2國內研究現狀61.3.3國內外研究現狀綜述81.4主要研究內容91.5技術路線10第2章駕駛疲勞的形成過程與表征指標112.1駕駛疲勞及其影響因素112.1.1駕駛疲勞的界定112.1.2駕駛疲勞的影響因素.112.2駕駛疲勞的形成過程.122.2.1感知疲勞的形成過程.122.2.2判斷疲勞的形成過程.132.2.3反應疲勞的形成過程.142.3駕駛疲勞的表征指標.152.3.1駕駛疲勞指標體系的建立152.3.2指標選定原則.152.3.3指標的選定172.4本章小結18第3章駕駛疲勞的數據采集與預處理193.1實驗方案研究193.1.1實驗線路193.1.2實驗駕駛員19哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-V-3.1.3實驗時間203.1.4實驗步驟203.2實驗設備213.2.1駕駛疲勞特性指標檢測設備213.2.2駕駛疲勞眼部特征指標檢測設備233.3駕駛疲勞問卷調查233.3.1問詢方案和內容233.3.2主觀疲勞問詢.243.4數據預處理.243.4.1特性指標數據整理243.4.2PERCLOS指標數據處理253.5本章小結27第4章行車環境對駕駛疲勞影響的分析284.1行車環境的變量對比.284.1.1道路環境實驗的變量對比284.1.2日照環境實驗的變量對比304.1.3天氣環境實驗的變量對比304.2行車環境對駕駛疲勞特性的影響314.2.1行車環境對駕駛員感知疲勞特性的影響314.2.2行車環境對駕駛員判斷疲勞特性的影響334.2.3行車環境對駕駛員操作疲勞特性的影響364.3行車環境對駕駛疲勞量的影響分析384.3.1駕駛疲勞量的標定394.3.2行車環境對駕駛疲勞量影響的定量分析424.4行車環境對PERCLOS的影響分析.434.4.1PERCLOS與疲勞等級的對應關系434.4.2行車環境對PERCLOS的影響分析.444.5行車環境對駕駛疲勞的主觀影響分析.454.5.1道路和交通環境對駕駛員駕駛疲勞的影響454.5.2日照環境對駕駛員駕駛疲勞的影響464.5.3天氣環境對駕駛員駕駛疲勞的影響464.6本章小結47第5章駕駛疲勞量化模型及應對策略48哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-VI-5.1行車環境對駕駛疲勞的影響.485.1.1道路環境對駕駛疲勞的影響485.1.2交通環境對駕駛疲勞的影響495.1.3自然環境對駕駛疲勞的影響495.2駕駛疲勞修正模型505.2.1行車環境影響因素505.2.2基于行車環境的駕駛疲勞修正模型515.3駕駛疲勞應對策略525.3.1駕駛員自主選擇駕駛疲勞緩解方法525.3.2基于行車環境的駕駛疲勞應對策略535.4本章小結54結論55參考文獻..57攻讀碩士學位期間發表的論文及其它成果..62哈爾濱工業大學學位論文原創性聲明及使用授權說明.63致謝64哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-1-第1章緒論1.1課題來源論文源于國家自然科學基金項目“營運客車駕駛員駕駛疲勞累積及預防政策研究”項目批準號51178149。1.2研究的目的意義1.2.1研究的目的在我國經濟不斷的發展并且機動化水平不斷提高的今天,由此而產生的負面效應中的其中之一就是我國日益增長的道路交通事故數量,現如今,該問題已經嚴重威脅到人民群眾的生命財產安全,引起全社會的廣泛關注。在所有的事故中,營運車輛事故在道路交通事故中的比例約占1/3左右。2005年,我國共發生了道路交通事故450254起,由此帶來了多達568649的人員傷亡和直接經濟損失18.8億元。這其中有135114起為營運車輛肇事,并造成38752人次的人員死亡,分別占總數的30%和39.2%;在營運車輛中,營運客車的肇事次數和死亡人數又分別占總數的11.4%和10.7%[1]。從以上比例上看,營運客車發生道路交通事故的比例相對于其他的車輛類型較高。2006年我國發生的道路交通事故死亡人數為98738人,是各類安全生產中所占的比例最大的一類,并且比例在世界上也是最高的。細算起來,就相當于每五分鐘就有一人死于道路交通事故。我國發生道路交通事故的一個特點即為事故的嚴重性相較于西歐和美國要高。例如,我國2006年共發生死亡人數超過3人的道路交通事故1671起,共造成6611人死亡;發生死亡人數超過5人的道路交通事故326起,造成2244人死亡;發生死亡人數超過10人的特大道路交通事故38起,共死亡558人[2]。根據我國交通部門和公安部門的統計數據,2007年共發生327209起道路交通事故,并由此造成了119878.3萬元的直接經濟損失和81649人次的人員傷亡[3]。2008年,我國由于道路交通事故死亡的人數為73484人,也就是說每小時就有8人喪命[4]。2009年,我國共發生23.8起道路交通事故,由此造成342884人次的人員傷亡和9.1億的財產損失。在所有的道路交通事故中,由于駕駛員的駕駛疲勞造成的人員傷亡占到總數的15.2%,由此可見,駕駛員駕駛疲勞導致的道路交哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-2-通事故的嚴重性極高,需要引起特別的關注[5]。2010年,我國共發生3906164起道路交通事故,其中有219521起道路交通事故涉及人員傷亡,并由此造成多達319300的人員傷亡,并造成直接經濟財產損失9.3億元[6]。由于駕駛員駕駛疲勞造成的道路交通事故時常發生在我國,在2011年短短一個多月的時間即發生兩起因駕駛員駕駛疲勞造成的重大道路交通事故,直接導致了慘重的后果。2011年7月4日,湖北省武漢市某一旅游的客運大客車輛在隨岳高速公路仙桃市毛嘴鎮珠璣村時停車下客,被另一輛物流公司的半掛貨車追尾相撞,導致大客車直接撞斷高速公路右側波形護欄并且繼而撞斷護欄外的交通標志立桿,之后大客車翻入路側排水溝,造成55人傷亡的后果。事后,在對事故原因進行分析研究時發現造成事故的原因主要是半掛車的駕駛員超速以及疲勞駕駛,另外,大客車在高速公路應急車道內下客也違反了相應的規定[7]。20011年8月6日,滬昆高速公路在江西省上饒市信州區境內也發生了一起因為駕駛員駕駛疲勞造成的道路交通事故。該次事故是一輛重型半掛車與另一輛重型半掛車發生追尾事故,造成其中一輛半掛車沖入對向車道,本次道路交通事故造成19人傷亡的后果,并且其中17人當場死亡,另外2人重傷。經調查,本次道路交通事故也主要是由于貨運駕駛員駕駛疲勞造成,另外,車輛非法營運以及超員超載也是本次事故的原因之一[8]。相關部門的統計數據表明,我國道路交通事故死傷人數遠高于世界上的平均水平。2007年,我國的汽車保有量僅占全世界汽車總量的8%,但是道路交通事故死傷人數大約占到了16%。我國的萬車死亡率以及交通事故的死傷比遠遠高于世界發達國家的水平。現狀嚴峻的道路交通安全形勢逐漸引起人們的關注[9]。由于駕駛員駕駛疲勞問題而導致的道路交通事故時有發生,已經嚴重威脅到人民群眾的生命財產安全,可以引起政府以及道路交通安全部門的足夠重視。根據調查數據,有90%的駕駛員認為駕駛疲勞是造成道路交通事故的主要原因之一[1]。在世界范圍內每年發生的道路交通事故數達10億次之多,這其中,碰撞事故是道路交通事故的主要形態[10],統計數據表明,造成車輛碰撞事故的主要原因是駕駛疲勞,所占的比例為25-30%左右[11]。造成駕駛疲勞的影響因素有很多,行車環境對駕駛員的駕駛疲勞有較顯著的影響。例如,高速公路兩旁單調的景觀會使駕駛員的疲勞加速,在傍晚的道路可見度降低的條件下,也將對加速駕駛員的駕駛疲勞,所以開展針對不同的行車環境的駕駛疲勞相關研究對于有效的預防疲勞以及采取相應的措施降低駕駛員疲勞或者延遲駕駛疲勞最終達到降低事故數和事故損失將具有重大的現實哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-3-意義。綜上所述,開展駕駛疲勞的相關研究,減少交通事故次數,減少生命和財產損失無疑具有重大的意義,同時也是國內外相關學者研究的熱點課題。1.2.2研究的意義隨著我國公路及城市道路建設的快速發展,惡性道路交通事故起數逐年上升,其中,疲勞駕駛導致的交通事故發生頻率偏高并且損失嚴重。針對機動車駕駛員駕駛疲勞問題,可以通過一定的方式對駕駛員所達到的駕駛疲勞狀態等級進行判定,給出判定的規則。針對不同的駕駛環境中行駛的駕駛員,在駕駛時間相同的情況下達到的駕駛疲勞狀態可能不同,所以可以針對不同的行車環境對駕駛員的連續駕駛時間上限給出規定。這對于我國相關的部門的立法等都有重要的作用。本課題的研究意義在于:首先,針對駕駛員所處的不同的駕駛階段所表現出來的不同的疲勞特性進行規律的研究,有助于較為準確的確定駕駛員駕駛疲勞的等級,為研究相應的預防措施和方法提供判斷依據和理論支持。其次,對駕駛員在不同的連續駕駛時間下的眼睛開閉狀態進行研究,得出不同的駕駛疲勞狀態下駕駛員的PERCLOSP80的變化狀況,有利于實時判斷駕駛員駕駛疲勞的狀態。再次,對于不同的行車環境對營運客車駕駛員的疲勞特性的影響的相關研究,有利于有針對性的對駕駛員駕駛疲勞進行預防或者采取延緩駕駛疲勞的措施。1.3國內外研究現狀現在國內外交通領域的研究學者就如何控制駕駛員駕駛疲勞這個行車安全的核心問題從不同的角度展開研究。第一,關于駕駛員的駕駛行為以及駕駛可靠性的研究,這方面的研究主要是通過對道路交通事故的分析并且結合感知-判斷-反應三個階段的駕駛過程分析模式建立駕駛員駕駛可靠性模型;第二,針對容易發生道路交通事故的人群的駕駛員駕駛適應性研究;第三,在多重信息交互作用下駕駛員的反應行為問題;第四,對于駕駛員駕駛疲勞的研究[12]。對于駕駛員駕駛疲勞的研究主要包括以下幾個方面:第一,駕駛員疲勞度界定問題;第二,駕駛員駕駛疲勞的產生機理問題;第三,駕駛疲勞狀態的相關檢測以及駕駛疲勞的表征指標;第四,產生駕駛疲勞的相關影響因素問題;第五,駕駛員駕駛疲勞的應對策略問題。以下為總結論文所涉及到的駕駛疲勞的相關問題國內外研究現狀。哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-4-1.3.1國外研究現狀針對駕駛疲勞的研究在國外是從二十世紀開始的,大約發展到二十一世紀,在先進的科學技術的支持下,許多國外的學者發展了多樣的數據采集技術,在駕駛人的疲勞狀態的數據采集方面取得了突出的成績。如今,針對駕駛疲勞的研究得到了進一步的深入,并且開發出先進的使用產品,如:車載駕駛疲勞檢測裝備。1.3.1.1駕駛疲勞形成機理SimonSmith[13]等人通過對于駕駛人在發生困倦情況下的駕駛行為特征,并且經驗研究分析提出了延緩疲勞的方法。ThornyNilsson[14]等人發現在發生駕駛疲勞時人體的特征會發生顯著的而變化,提出可以以此來對駕車過程中的駕駛員進行駕駛疲勞的提示。PierreThiffault[15]等人研究在單調的行車環境中駕駛人駕駛疲勞與線性等參數之間的關系時發現,駕駛人更快的進入到駕駛疲勞的狀態中。C.Tsopanakis[16]等人研究了一天的時間內駕駛員的體內的激素變化,作為一種研究方法被學者所認同。A.-M.Feyer[17]等人通過研究得出多名駕駛員輪流駕駛可以幫助緩解疲勞的結論。1.3.1.2駕駛員駕駛疲勞研究方法及影響因素Knipling,Wang和Kanianthra等人研究通過檢測眼睛的開閉運動和眼睛的生理學表現形態來標定機動車駕駛員的駕駛疲勞問題,他們認為運用眼睛的運動來對駕駛疲勞狀態進行判別是合理和有效的方法[18]。該方法的是需要建立在眼睛能夠較好的表現駕駛員的狀態信息的基礎之上的,并且眼睛的視覺表現行為能夠較好的被檢測。美國聯邦公路管理局FederalHighwayAdministration在一篇題為“OcularMeasuresofDriverAlertness”[19]的學術報告中提出運用PERCLOS單位時間內眼睛閉合時間所占的百分率來檢測疲勞的狀態。并通過邀請了許多來自世界知名大學的該領域的專家學者,將PERCLOS推薦為未來檢測駕駛疲勞的較好的方法。JohnStem的研究中心多年致力于研究開發精確測量眼睛的瞳孔直徑的變化、眨眼頻率以及頭部的運動等等的方面的儀器,該研究所一直被美國來聯邦公路管理局和汽車聯合會所資助。根據他們的研究成果,駕駛員在駕駛疲勞時,其眼睛的閉合時間超過0.5~3秒。此時也是容易發生道路交通事故的時候,這個值超過在未疲勞時的0.2~0.3。哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-5-WaltWierwille[20]根據研究提出檢測駕駛疲勞可以采用PERCLOS作為主要的指標,同時可以采用檢測頭部運動的頭部運動檢測儀和采集腦部信息的腦電圖儀EEG的等作為輔助檢測方法[21]。駕駛員的駕駛疲勞時一種復雜的生理現象,其個體的表現形式相差較大,如果只運用單一的檢測指標對駕駛疲勞進行標定,則標定的結果的準確度和可靠度都是難以讓人信服的。隨著科技的發展和信息融合技術的提出,運用多種標定指標對駕駛員的駕駛疲勞狀態進行標定是越來越多的研究學者的研究方向。Ji等人通過貝葉斯網絡檢測駕駛員的疲勞狀態,該研究所選用的指標為駕駛員眼睛的運動,包括眨動和頭部的運動[22]。該方法在實際的運用中受到較大的限制,主要是因為貝葉斯網絡中的各個參數的確定需要有精確的先驗知識作為支撐。在此研究的基礎上,G.Yang[23]等學者在D-S證據理論的幫助下,根據駕駛員駕駛疲勞的各項特征參數進行建模。這種方法的缺點在于有出現參數過多引起的“證據爆炸”的情況。SenaratneRajinda等人運用模糊推理的方法根據駕駛員的眨眼、點頭的頻率、駕駛員坐姿的變化以及駕駛員分神的頻率共4條線索來對駕駛員的駕駛疲勞進行綜合的判定。經驗證,該方法的效果較好[24]。MakotoUeda等人運用駕駛員的駕駛疲勞模型來判定駕駛員的駕駛疲勞狀態,他們研究的主要方式是跟車實驗,研究的方法是線性回歸,建立了駕駛能力與行為模型。其中,駕駛員的駕駛能力主要表現在跟車距離和車速等方面,而駕駛行為主要表心在駕駛員眼部的運動規律和另外一些心理反應等方面[25]。LukeFletcher等人運用同時檢測駕駛員的面部狀態與道路環境等的方法,分析駕駛員的精神狀態[26-27]。ThomasBrandt等人也運用相似的研究方法,研究駕駛員的駕駛疲勞狀態[28],但他們在道路環境的單調性判定方面均受到的很大的阻礙。相關關系等,建立起疲勞狀態的評估模型[29]。Saroj和AhslyeCarig等[30]認為EEG是最適合作為疲勞評價的信號;MarkA.[31]發現腦電信號的變化規律與駕駛員注意力的變化規律呈現一致;AmedtJ.T.等[32]指出EEG等生理信號與主觀調查問卷之間存在密切關系。對于駕駛員駕駛疲勞狀態的判斷還有一種主觀評判法:這是一種被試者憑借自己的感覺來判斷自己的疲勞程度的方法。調查分在不同的作業階段,分別根據被試者所表現出來以及自我感受的疲勞癥狀進行判斷[33]。常用于自我評定的有主觀調查表有chalder疲勞量表[34]、駕駛員自我記錄表、睡眠習慣調查表[35]、哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-6-斯坦福睡眠尺度表[33]和皮爾遜疲勞量表等多種。另外,還有他人評判的方法,他人評定是指他人根據被試所表現出來的疲勞狀態判定其所處的疲勞程度[36]。現有研究中,有專家指出,主觀評價不能作為獨立的評價駕駛員疲勞狀態的唯一標準,需要配合別的指標共同對駕駛疲勞進行評定[37]。1.3.1.3行車環境對駕駛員駕駛疲勞的影響在行車環境對機動車駕駛員駕駛疲勞的影響方面,國外的研究也要早于我國,主要的研究成果有以下幾點:美國某大學在駕駛模擬器幫助下研究得出結論:發生重大交通事故的機動車有9.1%的概率是由于駕駛員的駕駛疲勞,而在夜間的發生重大道路交通事故的概率也明顯高于晝間,達到19.9%[38]。PierreThiffault[39]等人通過一些列的研究發現駕駛員在單調的行車環境中駕駛時例如高速公路更容易發生駕駛疲勞的相關癥狀,TalOron-gilad[40]等通過實驗研究發現道路上標志標線較為完善的道路可以幫助駕駛員延緩駕駛疲勞;Dewily[41]等人通過調查發現,駕駛員的在原始的狀態基本相同的情況下,駕駛員的連續駕駛時間越長,表現出來的駕駛疲勞狀態越明顯。美國聯邦公路管理局FHWA和國家公路安全管理局NHTSA通過大量的關于駕駛員的疲勞狀態實驗研究證明,駕駛員的駕駛疲勞狀態與其所行駛的路線,連續駕駛時間以及駕駛員自身的心理素質等方面有關,研究表明,在行駛2000英里左右的時間之后,駕駛員開始表現出駕駛疲勞的狀態[42]。1.3.2國內研究現狀國內在駕駛疲勞的研究方面,著重集中在駕駛疲勞的檢測方法以及延緩駕駛疲勞的方法等的方面,以下就本文所涉及到的幾個問題進行總結分析。1.3.2.1駕駛疲勞形成機理國內關于駕駛員駕駛疲勞的形成機理的研究有:李相勇等人運用層次分析法對駕駛疲勞影響因素的重要性進行了排序[43]。劉建新等人通過對駕駛特性的分析研究,提出導致駕駛疲勞的多種因素[44]。王海勇等人分析了駕駛疲勞形成的因素,提出了駕駛疲勞形成的機理[45]。焦昆等人在對駕駛員駕駛疲勞的形成過程進行研究時運用的是中西醫學的理論,并建立起體力疲勞和精神疲勞的系統模型[46]。另外,我國現有的關于駕駛員駕駛疲勞的形成機理主要有三種學說,分別哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-7-是中樞學說、代謝物積累學說、能源耗盡學說。其中,中樞學說運用中樞神經系統來解釋駕駛疲勞產生過程;代謝物積累學說認為駕駛過程中產生的代謝中間物導致人體內部平衡導致駕駛疲勞的產生。能源耗盡學說將疲勞解釋為體內的能源物質降低和耗盡。1.3.2.2駕駛員駕駛疲勞研究方法及影響因素毛?通過駕駛模擬實驗采集到駕駛員的一些生理指標,主要包括駕駛員的皮溫、皮電、肌電、呼吸以及心率等幾項,在對不同的精神狀態下駕駛員各項生理指標的特征的研究基礎上得出各項指標與駕駛員的精神狀態的相關性,最后運用模糊聚類的方法對駕駛員的駕駛疲勞狀態進行識別[47]。李衡峰綜合采用表明面部特征的各個指標,如眼睛的運動和嘴巴的運功等共六個特征指標[48],之后運用模糊神經網絡對駕駛疲勞參數進行分類,同時,運用Bagging方法通過對分類器進行網絡集成來提高其準確性。戴軍等人運用攝像頭檢測駕駛員整個面部的運動,并從中提取出不同的表征駕駛員駕駛疲勞的指標參數,對各個指標的權重進行確定,然后得出運用這些指標對駕駛員駕駛疲勞狀態進行綜合評定的方法[49]。楊英等人[50]提出運用駕駛員的眼睛和嘴巴組成兩個指標對駕駛員的駕駛疲勞進行狀態的判別,運用BP神經網絡,根據駕駛員駕駛疲勞狀態量化評判標準,綜合得出駕駛員的覺醒水平,達到了提高判斷駕駛員覺醒水平的準確性。房瑞雪[51]建立了駕駛員心電與腦電信號之間的關系,確定了駕駛疲勞評價的綜合指標,并且對其建立的指標體系進行了有效性的驗證。在實驗過程中,用于評價駕駛員駕駛疲勞的綜合指標數值隨著連續駕駛時間的增長而呈現連續上升的趨勢,實驗結果說明,駕駛員的警覺性會隨著連續駕駛時間的增加而有所下降。鄭培[52]在研究中發現與駕駛疲勞相關的因素很多,包括駕駛時刻,天氣情況等方面。駕駛員的眼睛閉合持續時間的百分率PERCLOS值能夠較為準確的表明駕駛疲勞的程度。毛?[53]將影響駕駛疲勞的主要原因分為睡眠、連續作業時間、道路條件、行車環境、車內環境、駕駛員個體特征、駕駛員生活條件等與駕駛員生活相關的要素。1.3.2.3行車環境對駕駛員駕駛疲勞的影響通過對美國、加拿大、英國、澳大利亞等國鄉村公路交通事故的數據和資料的分析得出,駕駛員的性別是與發生駕駛疲勞的概率息息相關的,并且年齡哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-8-也與駕駛疲勞有相關關系,數據表明年輕人出現駕駛疲勞的概率較高,另外,在特定的時間由于駕駛員的駕駛疲勞而發生的道路交通事故數會明顯上升,例如,周末、夜間和下午。鄉村公路的道路環境具有突變比較頻繁、其車道狹窄、道路上的彎道半徑較小、駕駛員的視距條件不良等等的特點[54]。馮舒等人研究了長時間在比較單調的駕駛環境中駕駛對駕駛疲勞的影響,研究的結果表明,長時間駕駛對駕駛員的操控能力、心率、反應時間、主觀疲勞等方面指標數據均有較為顯著的影響,單調環境高速公路和非單調環境一般公路相比,車輛在行駛時,速度的變化較為頻繁并且變換的范圍較大,被試駕駛員在單調環境下駕駛后一定的時間之后,其主觀疲勞的感覺更強烈一些,但駕駛員的心率等參數值卻沒有顯著性差異[55]。房瑞雪在其碩士學位論文中對于駕駛疲勞對策的有效性研究表明,不同聲音類型等對于減輕駕駛疲勞的效果有顯著的不同。聲音刺激中刺激間隔對駕駛疲勞影響最大;而光線刺激中刺激時間對駕駛疲勞影響最大;振動刺激中刺激間隔對駕駛疲勞影響最大[38]。謝曉莉通過定義駕駛疲勞度來度量駕駛疲勞程度,并且得出以下結論:在不同路段上,駕駛員進入駕駛疲勞狀態的時間有顯著的差別,例如,駕駛員在隧道內行駛3分鐘后感到壓抑,7分鐘后就開始駕駛疲勞。而在山區高速公路上行駛約26分鐘時開始駕駛疲勞,而在山區二級公路上行駛的駕駛員會在35分鐘時進入疲勞狀態[56]。1.3.3國內外研究現狀綜述對駕駛員駕駛疲勞的形成機理方面的研究,現階段呈現出百花齊放的局面,多種研究方法和學說紛紛被提出。各種學說往往是針對某一個方面或者側重點展開研究和探討,但是一般現有的研究均停留在猜想的階段,很好有專家和學者針對莫一種學說進行驗證研究。在駕駛員駕駛疲勞程度與疲勞指標之間的關系的研究上,多數學者針對某一種或者幾種指標對駕駛員駕駛疲勞進行分析研究,一些學者運用面部的一系列指標或者一系列的生理指標等運用信息融合技術對駕駛員的駕駛疲勞進行詳細的分析,而較少有學者運用多類的指標對駕駛員的駕駛疲勞進行綜合的分析判定。在駕駛員駕駛疲勞影響因素的研究方面,現有的研究往往只涉及或者偏重影響駕駛員駕駛疲勞的因素中的駕駛員自身因素、道路因素、交通因素中的一方面,缺少對于影響駕駛員駕駛疲勞的外界環境因素以及駕駛室內部的環境的詳細分析,并且對駕駛員駕駛疲勞的影響的研究方面往往僅僅停留在定性分析哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-9-的層面,鮮有定量分析的研究。1.4主要研究內容駕駛員的駕駛疲勞是引起道路交通事故的重要原因之一,本文行車環境對營運客車駕駛員駕駛疲勞的影響,首先對駕駛員的駕駛疲勞形成過程進行分析說明,繼而結合現有的駕駛員駕駛疲勞表征指標體系,選擇本文所選用的駕駛疲勞評價指標體系。根據實際情況設計實驗,進行不同的行車環境下駕駛疲勞指標數據的獲取,對數據進行處理。首先分析行車環境對駕駛員駕駛疲勞特性指標的影響,其次對駕駛員駕駛疲勞的評價指標進行綜合的分析處理,得出駕駛員的駕駛疲勞綜合評價指標,分析不同的行車環境對駕駛員駕駛疲勞的影響;再次,分析不同的行車環境對駕駛員眼睛的開閉運動的影響。最后,根據之前的分析,分析不同的行車環境對駕駛員駕駛疲勞的影響,從而建立駕駛員駕駛疲勞的模型,得出針對不同行車環境的駕駛疲勞應對策略。根據本文的立題初衷,本文的研究內容主要包括以下幾個方面:1行車環境對駕駛員駕駛疲勞特性指標的影響根據實際中的實驗條件,選擇不同的道路等級、不同的日照條件以及不同的自然天氣條件分別跟車檢測駕駛員連續駕駛一定的時間之后駕駛員的疲勞特性指標數據,分別對在不同的行車環境下駕駛員的駕駛疲勞特性指標進行分析研究,得出不同的行車環境對駕駛員駕駛疲勞的影響階段。2行車環境對駕駛員駕駛疲勞量的影響通過對駕駛員駕駛疲勞特性指標數據進行綜合的處理,如歸一化、趨同化等等,確定特性指標的權重,然后對各個指標進行綜合,得出表征駕駛員駕駛疲勞程度的綜合指標?駕駛疲勞量,配合駕駛員駕駛疲勞等級的主觀問詢,確定駕駛員在到達某一個駕駛疲勞等級時所對應的駕駛疲勞量。分析在不同的行車環境下駕駛員的駕駛疲勞量的變化趨勢之間的區別,從而得出行車環境對駕駛員駕駛疲勞的影響研究。3行車環境對眼睛閉合時間所占百分率指標?PERCLOSP80的影響本文運用行車記錄儀記錄整個駕駛過程中駕駛員的眼睛的開閉狀況,運用MATLAB對視頻數據進行處理,得出駕駛員在不同的連續駕駛時間時所對應的PERCLOSP80值的變化,在借鑒已有研究的基礎上,確定出不同的駕駛疲勞等級所對應的PERCLOSP80值,從而可以根據該指標研究不同的行車環境對駕駛員駕駛疲勞的影響。4不同的行車環境對駕駛員駕駛疲勞的影響機理以及應對策略根據行車環境對駕駛員駕駛疲勞的影響分析,得出不同行車環境對駕駛員駕駛疲勞的主要的影響形式,從而分析相應的延遲或者緩解駕駛員駕駛疲勞的策略。哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-10-1.5技術路線本文在首先在對營運汽車駕駛員駕駛疲勞的形成機理以及對現有的表征駕駛員駕駛疲勞的指標有效性進行研究的基礎上,確定出本文所選用的駕駛疲勞標定指標,之后通過實驗得到不同的行車環境下的駕駛員駕駛疲勞表征指標值,進而從不同的方面對駕駛員駕駛疲勞的影響進行分析。最后在對可能對駕駛員駕駛疲勞產生影響的因素進行分析的基礎上,建立駕駛員駕駛疲