道路交通人车路环境相互作用实验报告.doc

道路交通人车路环境相互作用实验报告 毛琰-20061437-03420601 道路交通人车路环境相互作用实验报告姓名： 毛 琰专业：交通运输学号：20061437班级：03420601指导老师：高利2009年7月6日1. 实验名称：道路交通人车路环境相互作用实验2. 课程名称：交通工程学3. 实验时间地点：2009年5月26日 交通运输工程实验室车载信息及车辆运行环境室4. 实验目的：在学习交通运输学概论、交通中人的特性、交通流基本理论、交通运输规划概论和交通安全的基础上，综合运用各章所学知识，测试分析道路及周围环境对驾驶员行为的影响，特别是驾驶疲劳时的特征、眨眼频次、眼闭合时间、脑电、肌电及皮温等，通过实验、测试、分析，以便巩固和综合所学知识并提高研究能力。5. 实验设备系统车载信息及车辆运行环境系统（包括全顺JX6545-H客车1辆，投影及屏幕1套，支撑及转角盘1套，Vega视景软件系统1套，驾驶参数传感器1套）；监控系统1套（包括CCD摄像机1个，硬盘录像机1个，图像传输设备1套）；加拿大Thought Technology Ltd. 公司研究开发的BioGraph Infinit的BioPro5型多导生理反馈测量系统1套（包括Procomp Infiniti生物反馈仪测量仪，脑电、肌电等传感器，驾驶人的面部表情采集系统，Genovel型高级电脑1台，脑电测量电极1个，肌电测量电极1组，多参数生理测量专用打印机1台）；其他设备系统。数据采集VehicleSensorsComputer XW8000DriverPrimeCreatorVegaTrackSANYOProjectorScreenRoadwayBio Pro5EEGSMEGTXT图一 设备系统连接框图6. 实验过程（1）有关教师现场讲解实验设备系统和实验要求，特别强调安全要求。（2）连接并启动各实验设备系统并进行测试标定。（3）对疲劳状态受试者进行测试。（4）对精神饱满状态受试者进行测试。（5）每次测试均按如下步骤进行：受试者上车，在头部单极脑电（EEG）电极放置位置用酒精棉球或磨砂膏擦拭干净，以便去除皮肤的角质层并增加导电性能，将盘状电极涂满导电膏按国际10-20系统电极放置方法安放固定牢固，用酒精棉球或磨砂膏擦拭两个耳垂并安放脑电参考电极（即耳夹）；将肌电（SEMG）传感器安放在 图二 带上传感器的驾驶人额头肌中部。启动视景系统，启动录像和脑电肌电测试设备，待脑电与肌电数值稳定后开始训练计时并进行驾驶，驾驶到重度疲劳后停测，备份数据供撰写报告使用。7. 实验数据处理和分析实验采集了驾驶人的脑电，肌电以及模拟道路中驾驶车辆的车速、偏距、角速度、方向盘、车轮等数据。分别对这些数据进行分析，得出与驾驶人疲劳驾驶行为的相关信息。7.1 脑电数据分析人类的大脑能够产生不同频率的脑波，脑波会因为大脑活动的情况而产生变化，脑波是测量神经细胞规律性振动的电流形态。根据有关研究显示，人体产生的不同频率的脑波和人的意识有着密切的关系。以下为不同脑波所暗含的意义：脑波分类频率暗含的意义波0-4HZ深度睡眠波4-8HZ浅睡波8-12HZ做白日梦SMR波12-18HZ能够感觉到运动的规律1波15-18HZ能够对细节做出处理2波19-22HZ高度集中兴奋HR波23-38HZ高度警觉波38-40HZ大脑各区域兴奋表一 脑波分类实验所测得的脑波显示如图二所示。图三 脑电EEG和肌电SEMG测试图经研究表明，驾驶人出现驾驶疲劳的时候，“C-脑电 RAW EEG”所显示的波形会有较大的波动，且随着疲劳程度的增大，该波形的波动会更加的剧烈。图三是实验时驾驶人模拟驾驶部分时段“C-脑电 RAW EEG”所显示波形。时段1 时段2 时段3 时段4 时段5 时段6 时段7 时段8 图四 实验时部分时段驾驶人的“C-脑电RAW EEG”波形显示该波形是按实验时驾驶人模拟驾驶的时间顺序排列的。由该波形可以分析得到，驾驶人在刚刚开始驾驶的时候，精神状况良好，能保持一定的注意力（如时段1）；而随着驾驶时间的增长，“C-脑电 RAW EEG”波形的波动幅度增大，表示此时驾驶人已经开始出现驾驶疲劳并且疲劳程度也开始变大（如时段2和时段3）；在时段4时，疲劳程度达到一个高峰；而后由于在实验时的人工干扰（当驾驶人十分疲劳时，有通过开灯和熄灯调节驾驶环境的明暗度，有通过和驾驶人说话提高驾驶人的注意力），使驾驶人的精神有短时间的好转，但也依然很疲劳（如时段5-8）。7.2 肌电数据分析在实验中，对驾驶人的额头安装有肌电测量传感器，通过对驾驶人驾驶中额头肌电的测量，我们可以了解到驾驶人出现驾驶疲劳的时候的肌电显示，从而得到肌电显示和驾驶疲劳现象的关系。如图二所示。一般情况下，额头的正常电压（放松的时候）是1.9uv左右；出现轻度的肌肉紧张时候，该数值变为3.9uv；中度的肌肉紧张的时候，该数值变为5.9uv左右；极度的肌肉紧张时，该数值变为7.9uv以上。图四为实验时部分时段驾驶人模拟驾驶部分时段“A肌电-RMSEMG”波形图。时段1 时段2 时段3 时段4 时段5 时段6 时段7 时段8 图五 实验时部分时段驾驶人模拟驾驶部分时段“A-肌电 RMSEMG”波形显示该波形是按实验时驾驶人模拟驾驶的时间顺序排列的。该波形可以清楚的表示，在驾驶人开始驾驶时，“A-肌电 RMSEMG”波形出于正常范围内，表示驾驶人此时的注意力比较集中，精神状态良好；随着驾驶时间的增长，导致驾驶人驾驶状态的下滑，出现驾驶疲劳，“A-肌电 RMSEMG”波形偏离了正常范围。7.3 计算机模拟驾驶环境有关数据分析在由计算机创造的模拟驾驶环境中，计算机相应的程序可以明确的记录驾驶的每一个时刻的车速、偏距、加速度、方向盘和车轮的相关信息。根据驾驶人驾驶的车辆的行车轨迹的变化，可以分析得到驾驶人出现驾驶疲劳时候的信息。图五为模拟驾驶环境图。图六 模拟驾驶环境该模拟驾驶环境包括道路，路旁的树木、房屋以及远处的高山等等，在一定程度上对真实的驾驶环境进行了模拟，不过由于缺少在垂直方向上的路况的变化导致驾驶路面“过于平坦”且没有弯道，因而驾驶人的驾驶速度高于正常道路的平均行驶速度）。由一般情况可知，在驾驶人正常驾驶时，车辆会保持良好的行驶状态，基本上成直线行驶，不会出现较大的左右浮动；而当驾驶人由于长时间的驾驶活动，使生理和心理机能失调，从而导致驾驶机能的失调，即驾驶疲劳的时候，车辆的行驶轨迹会不断的左右浮动，呈现“S”形的轨迹，且没有办法根据主观意愿保持直线行驶。图六为驾驶车辆偏距随时间的变化图。图七 驾驶车辆的偏距变化图“0”值所代表的是道路中央的分割线所在部分，道路右侧偏距为正，道路左侧偏距为负，正常情况下，车辆应该行驶在数值为“+5”左右的地方。由上图可知，随着驾驶时间的增长，驾驶人所驾驶的车辆的行车轨迹开始慢慢的逐渐偏离正常路线，不能维持直线行驶，行车路线呈“S”型（图表中表现为偏距不停的增加和减少）。在实验后段，驾驶人可能是达到了自己生理和心理机能的极限，已经严重偏离了正常行驶路线。图八为驾驶车辆速度随时间的变化图。图八 驾驶车辆的速度变化图由上图可知，驾驶人驾驶车辆的速度从最初的120-130km/h，逐渐的变快，后半段一直保持200km/h以上的速度。这一方面是因为模拟道路的驾驶干扰较少使得模拟驾驶速度大于一般驾驶速度，另一方面是因为道路周边景物的过于单调和驾驶员由于长时间的驾驶出现驾驶疲劳，使得驾驶员低估车速。图表中有速度突然滑落到0km/h的时段，是因为驾驶人驾驶的车辆撞到了道路周边的树木上面，软件使得模拟驾驶车辆自动复位到初始位置引起的。由此可以知道，长时间的驾驶行为会使驾驶人出现驾驶疲劳，使得车辆的行驶速度增加，甚至是引发恶性道路交通安全事故的发生。8. 实验结论及总结此次实验通过脑电，肌电，行车轨迹等方面研究了道路及其周围的驾驶环境对驾驶人的驾驶行为的影响，分析了驾驶人在长时间的驾驶时，由于生理和心理机能的失调引起的驾驶机能的失调产生的驾驶疲劳，在各个研究方面的表现。试验结果显示，当驾驶人出现驾驶疲劳的时候，1. 驾驶人的脑电“C-脑电RAW EEG”波形会产生较大的波动，疲劳程度越大，波动越大；2. 驾驶人的肌电“A-肌电 RMSEMG”波形的波动范围会超过正常值范围，疲劳程度越大，超出的值越大；3. 驾驶人所驾驶的车辆的行车轨迹会由于驾驶疲劳而很难维持直线行驶，直至呈“S”型曲线行驶；4. 驾驶人会出现低估车速的现象，不自觉的增加车速，甚至是导致恶性道路交通事故的发生。 驾驶人在产生驾驶疲劳的时候，还会产生其它的现象，例如：眨眼频次的增加，眼闭合的时间增长等等，由于实验环境的限制，本小组实验的时候并没有对这些方面进行记录和分析。9. 体会和建议通过长达两个小时左右的实验，我亲身见证了驾驶人出现驾驶疲劳的全过程，了解到了驾驶疲劳时的各种特征，并且通过学习有关知识，把学过的知识学以致用，对各个特征进行了简单的分析，得到了其中的某些规律，是对书本知识的一次很好的实践。长时间的实验虽然很乏味，在驾驶人未出现驾驶疲劳的时候，其他的某些做实验的同学甚至已经在实验车辆上面睡着了，但是这正很好的体验了分析调查的难度，而且也更显示了试验结果的真实性。实验的时间是上午10点-12点左右，虽然不是最佳的测试驾驶疲劳的下午1点，但是由于驾驶人本身前一天晚上没有保证充足的睡眠以及没有吃早饭的现实情况，此次的实验结果也是颇具代表性的。在实验过程中，我没有特别明确的分到记录脑电肌电或者是观看模拟道路信息的小组，反而给了我更多的机会穿梭于各个记录数据的小组之中，并且观察各个小组的记录情况，了解各个小组所负责领域的具体情况，对整个实验的构成有了更加详细的了解。此次实验比较真实，不足之处在于模拟道路没有垂直方向的变化，且道路周边的景物比较单一，对驾驶环境的真实模拟有一定的影响。而