心率变异性在汽车司机驾驶疲劳监测中应用的研究

发布时间：2017-10-11 02:06

  本文关键词：心率变异性在汽车司机驾驶疲劳监测中应用的研究

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【摘要】： 汽车司机的疲劳驾驶已经是引起交通事故的重要原因之一,目前,科学家已经研究了多种驾驶疲劳监测的方法,如通过驾驶员的生理特征或个体特征,通过车辆的行驶状态等。其中,利用心率变异性(Heart Rate Variability,HRV)信号来监测汽车司机的疲劳状态是一种无创、方便、快捷的方法。本论文通过分析HRV的时域特性、频域特性及非线性特性,探讨了HRV指标在疲劳驾驶监测中应用的可行性与适用程度,为疲劳驾驶监测的研究提供一些新的手段和方向。 本文首先采集了20组模拟驾驶时的心电数据,对心电信号进行重采样、低通滤波后,利用阈值法进行R波检测,最后得到精度较高的RR间期序列,即HRV信号。在总结和研究了时域、频域及非线性分析方法的基本原理后,比较了三种方法的参数优缺点,选定三种分析方法各自的参数指标:(1)时域指标:MEAN(RR间期均值),SDNN(RR间期标准差),rMSSD(相邻RR间期差值的均方根,反映HRV的快速变化);(2)频域指标:LF(低频功率),HF(高频功率);(3)非线性指标:D2 (关联维数),LE (Lyapunov指数)。在MATLAB软件平台上,研究驾驶过程中的HRV信号各种指标的变化情况,得出了以下结论,随着疲劳程度的加深:(1) MEAN、rMSSD没有显著变化(P0.05),SDNN显著增大(P0.05),反映HRV的总和增大;(2) LF显著上升(P0.05),HF显著下降(P0.05),反映交感神经活动增强,迷走神经活动减弱;(3)关联维数与Lyapunov指数都显著下降(P0.05),反映了产生HRV信号的非线性心脏系统的复杂性和混沌程度降低,说明需要更少过去值或随机影响起作用。这些指标的变化趋势表明HRV可以作为评价驾驶疲劳的一种手段,它不仅可以正确反映驾驶员是否疲劳,而且可以大致判断驾驶疲劳的程度。 根据结论可以得出通过HRV判断汽车司机驾驶疲劳的评价标准,对HRV信号进行三种方法的综合分析,结合了线性分析与非线性分析的优点,使得疲劳评价更加准确,是一种十分有研究价值的手段。HRV在汽车司机的疲劳监测中的应用有广阔的实际应用与研究前景。
【关键词】：心率变异性 驾驶疲劳 时域分析 频域分析 非线性分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：R444
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 问题的提出及研究意义8-9
• 1.1.1 问题的提出8
• 1.1.2 研究的意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 通过监测司机的生理信号评价司机的疲劳状态9
• 1.2.2 通过监测司机的个体特征评价司机的疲劳状态9-10
• 1.2.3 通过监测车辆的参数评价司机的疲劳状态10-11
• 1.2.4 国际上近期研制的驾驶疲劳监测装置11
• 1.3 本课题研究的目的和研究内容11-13
• 1.3.1 本课题的研究目的11-12
• 1.3.2 本课题的主要研究内容12-13
• 2 心率变异性的生理学基础13-18
• 2.1 心率变异性的概念13
• 2.2 心率变异性的生理基础13-14
• 2.2.1 自主神经系统对心率的调节13-14
• 2.2.2 自主神经失衡与心率变异性的变化14
• 2.3 心率变异性的应用14-18
• 2.3.1 心率变异性在健康人群中的应用14-16
• 2.3.2 心率变异性在医学领域中的应用16-18
• 3 心率变异性信号的采集18-29
• 3.1 心率变异性信号采集系统结构18
• 3.2 ECG 数据的采集18-20
• 3.2.1 心电信号基础知识18-19
• 3.2.2 心电信号的采集19-20
• 3.3 ECG 数据的预处理20-22
• 3.3.1 心电信号的重采样20
• 3.3.2 低通滤波预处理20-22
• 3.4 R 波检测与HRV 信号22-29
• 3.4.1 差分阈值法23-27
• 3.4.2 模板幅频匹配法27
• 3.4.3 小波检测法27-29
• 4 心率变异性信号的分析29-44
• 4.1 心率变异性信号的时域分析29-31
• 4.2 心率变异性信号的频域分析31-37
• 4.2.1 心率变异性的频域分析方法31-34
• 4.2.2 AR 谱估计法34-36
• 4.2.3 心率变异性的频域分析指标36-37
• 4.3 心率变异性信号的非线性分析37-44
• 4.3.1 非线性分析的基本概念37-38
• 4.3.2 HRV 混沌行为的生理机制38
• 4.3.3 状态空间的重构38-39
• 4.3.4 HRV 的非线性分析参数39-44
• 5 研究结果44-52
• 5.1 实验方法44
• 5.2 实验结果与分析44-52
• 6 结论与展望52-54
• 6.1 主要结论52
• 6.2 后续研究工作的展望52-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-60
• 附录60

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：1009861