基于心率变异性的驾驶员精神负荷评价及应用

发布时间：2017-04-24 01:11

  本文关键词：基于心率变异性的驾驶员精神负荷评价及应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人因失误是导致交通事故的一个重要致因,而在复杂的“人-车-环”交通系统中,驾驶员的精神负荷水平不适,是导致人因失误的一个重要因素。驾驶员的视觉信息负荷的增大将引起精神负荷的升高,受驾驶相关任务或非驾驶任务的信息量、信息复杂度、可允许操作时间等影响,驾驶员容易出现精神负荷超载或过低的现象,导致驾驶决策迟缓或错误,引发驾驶失误等不安全驾驶行为,因此驾驶员精神负荷成为交通工效学领域的重要研究问题。本文主要研究了基于心率变异性的驾驶员随精神负荷评价方法,通过多元统计过程控制方法判断驾驶员的精神负荷水平,研究了具有脉搏信号检测的传感器用于心率变异性分析的准确性,理论上验证了该评价模型可用于可穿戴设备的实用性。本文首先对国内外工效学界的精神负荷研究现状进行了广泛调研,在总结前人精神负荷评价方法研究的基础上,针对课题研究目标,设计了不同精神负荷水平的实验测试方案。实验平台选择ErgoLAB人机同步实验平台,在城市道路开展实车实验,设计并完成了具有不同道路复杂度路段的同一实验路线的10组实验,记录了10名驾驶员的心电信号与对应实验场景,按实验编号进行实验数据存储。其次,本文对实验数据进行了ECG信号预处理、R波波峰识别、RR间期提取、RR间期样条插值,得到了等时间间隔的RR间期时间序列,通过多组实验数据测试,取得了很好的RR间期提取效果,保证了HRV分析的数据源的准确性。运用多元统计变量过程控制的方法,以心率变异性时频域指标为样本变量,构建驾驶员精神负荷评价模型。多组实验数据分析发现,该模型对于复杂路况下驾驶员精神负荷水平的监测具有较强的敏感性,多组数据验证Q值的变化可以作为精神负荷评价的可靠性指标。最后,在验证了心率变异性用于驾驶员精神负荷评价具有可靠性的基础上,本文研究了一种具有光电式脉搏信号检测功能的传感器用于心率变异性分析的准确性、与可执行性,通过对多组数据的分析,结果表明这种光电式脉搏信号检测传感器用于心率变异性分析与心电信号的分析结果相比,准确率达到95%以上。这一分析的准确率表明,本文提出的负荷评价模型在可穿戴式辅助驾驶设备中的应用前景较大,验证了这一方法的实用性。
【关键词】：心率变异性 精神负荷评价 多元统计变量过程控制 光电式脉搏信号 可靠性
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U491.254
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-17
• 1.2.1 精神负荷及评价方法9-13
• 1.2.2 生理测量法研究现状13-15
• 1.2.3 精神负荷评价在驾驶领域的应用现状15-17
• 1.3 研究内容与技术路线17-18
• 1.3.1 课题研究主要内容17-18
• 1.3.2 课题研究技术路线18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 精神负荷评价研究的理论基础19-34
• 2.1 驾驶员精神负荷概述19-22
• 2.1.1 精神负荷的生理学理论19-20
• 2.1.2 心率变异性生理学基础20-22
• 2.2 心率变异性分析概述22-30
• 2.2.1 心电信号预处理22-25
• 2.2.2 RR间期提取25-26
• 2.2.3 心率变异性分析26-30
• 2.3 精神负荷评价方法30-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 实验研究34-40
• 3.1 实验目的34
• 3.2 实验平台及设备34-35
• 3.3 实验方案设计35-37
• 3.3.1 实验对象35-36
• 3.3.2 实验场景36-37
• 3.4 实验过程及数据采集37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 实验数据分析40-52
• 4.1 心电信号预处理40-47
• 4.1.1 心电信号去噪40-43
• 4.1.2 心电信号特征提取43-47
• 4.2 精神负荷评价47-51
• 4.2.1 评价指标选取47-48
• 4.2.2 驾驶员精神负荷评价48-51
• 4.3 驾驶员精神负荷评价测试51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 驾驶员精神负荷评价的应用52-58
• 5.1 应用的研究基础52-53
• 5.2 应用方案测试53-56
• 5.2.1 实验测试53-54
• 5.2.2 心率变异性分析可靠性验证54-56
• 5.3 应用系统方案设计56-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 参考文献60-65
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文65-66
• 致谢66

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