疲劳与驾驶时间关系的实验心理学研究

1、 西南交通大学学报第44卷第4期Vol . 44No . 42009年8月Aug . 2009JOURNAL OF S OUT H W EST J I A OT ONG UN I V ERSI TY文章编号:025822724(2009 0420535206DO I:10. 3969/j . issn . 025822724. 2009. 04. 011疲劳与驾驶时间关系的实验心理学研究马艳丽, 王要武, 裴玉龙滨, 150090摘要:在分析疲劳对行车安全影响的基础上, 采用实验心理学测试与主观疲劳调查方法, 研究连续驾驶时间对各项疲劳指标的影响. 结果表明:驾驶员一次连续驾驶时间不应超过3.

2、 5h, 驾驶时间达到3. 5h 后, 应至少休息30m in .关键词:疲劳; 驾驶时间; 实验心理学; 安全中图分类号:U491文献标识码:A112(1. 哈尔滨工业大学管理学院; 黑龙江哈尔滨150090; 2. 哈尔滨工业大学交通科学与工程学院, 黑龙江哈尔Exper i m en t a l Psychology on a i between Fa ti g i m e, G , I Yulongand nstitute of Technol ogy, Harbin 150090, China 12(1. of ogy, Harbin 150090, China; 2. School

3、 of Trans portati on ScienceAbstract :Based on an analysis of influences of fatigue on driving safety, experi m ental p sychol ogy tests and subjective fatigue investigati on were conducted t o study the effects of continuous driving ti m e on driver s fatigue . The results sho w that a break of at

4、least 30m in must be taken after 3. 5h continuous driving .Key words :fatigue; driving ti m e; experi m ental p sychol ogy; safety疲劳可分为感知疲劳、判断疲劳和操作疲劳3个阶段, 不同疲劳阶段对行车安全的影响不同. 据统计, 在因驾驶员疲劳发生的事故中, 感知疲劳事故占40. 1%, 判断决策疲劳事故占41. 5%, 其余为操作疲劳事1, 2故. 研究疲劳与驾驶时间关系, 对于减少机动车驾驶员疲劳导致的交通事故十分必要.国外很重视驾驶疲劳的研究, 已经把驾驶疲劳的研

5、究提高到了立法高度, 主要通过研究机动车连续驾3驶时间与交通安全的关系、驾驶员瞌睡与事故之间的关系规定连续驾驶时间. 国内学者在研究驾驶疲劳测试方面取得了一定成果, 通过测试驾驶员的脑电、肌电或眨眼频率, 判断驾驶员是否疲劳, 研究重点是开发驾驶疲劳实时检测装置.针对驾驶疲劳对驾驶员感知、判断及操作特性的影响, 研究主要在驾驶模拟器上完成, 忽略了影响疲3, 4劳的许多因素(如道路、车内及车外环境等 . 因此, 应结合我国道路交通的实际情况, 开展疲劳与驾驶时间的关系研究, 进而提出可供驾驶员参考的驾驶时间建议.本文在分析疲劳对行车安全影响的基础上, 针对实际道路交通情况, 采用实验心理学测试

6、方法, 研究连续驾驶时间对驾驶员感知、判断及操作疲劳测评指标的影响, 分析疲劳各测评指标变化规律, 提出基于1, 2收稿日期:2008209207基金项目:国家863计划项目(2007AA11Z231 ; 黑龙江省博士后基金资助项目 536西南交通大学学报第44卷实验心理学的连续驾驶时间与中途休息时间建议, 为相关部门制定关于驾驶时间的规定提供参考.1实验在连续驾驶一段时间后, 测试驾驶员感知、判断及操作指标的变化规律. 根据实验目的和研究的主要因素, 设置6项指标测评驾驶员的疲劳状况, 测试指标及仪器见表1. 采用随机分层抽样方法, 选取身体健康、未发生过交通事故的驾驶员40名, 其中男性3

7、2名, 女性8名; 平均年龄37岁; 驾龄128a, 平均驾龄18a . 每位驾驶员至少进行2次实验, 共获得测试样本120例.实验路段为绥满公路, 哈尔滨大庆段(高速公路 、大庆齐齐哈尔段(一级公路 , 设计速度分别为120和100k m /h, 全线车辆行驶基本处于自由流状态, 可以减少车外环境对指标的影响. 驾驶车辆类型均为轿车. 选择良好的天气进行实验, 为实验测试提供较好的观测条件.各测评指标的去势正态Q 2Q 分布见图1. 可知各测评指标均服从正态分布.表1测评指标及实验仪器Tab . 1Testing indicat ors and instru ments驾驶疲劳分类感知特性疲

8、劳判断特性疲劳操作特性疲劳测评指标 深度知觉差异, 速度知觉差异选择反应时间, 注意分配值正确操作次数, 实验仪器, , , 1, 5以不同连续驾驶时间的驾驶员为研究对象, 以问卷方式调查驾驶员驾驶一段时间后的主观疲劳感受,6采用斯坦福困倦量表的测试方法. 将主观疲劳感受分为5级, 其中, 1级为最清醒, 5级为急性困倦程度最高. 由被测试者选择调查前15m in 内其主观疲劳等级, 只有处于1级的驾驶员参加测试. 要求被测试者在测试前一天夜里睡眠时间达到7h 以上, 之前24h 内没有饮酒.通过对实验原始数据样本的筛选, 剔除检测项目不全及填写不完整的数据、非稳定数据和异常数据, 确定可用样

9、本容量为108例. 用Kol m ogor ov 检验法对各测评指标进行正态分布检验, 检验结果见表2, 其显著水平均小于0. 01. 第4期马艳丽等:疲劳与驾驶时间关系的实验心理学研究表2测评指标分布的正态性检验Tab . 2Exa m inati on of nor mal distributi on of testing indicat ors 测评指标深度知觉/mm速度知觉/s 选择反应时间/s 注意分配值Q 正确操作次数/次误操作次数/次均值3. 27270. 33240. 77940. 6363111. 412. 02537标准差2. 19390. 24830. 18990. 08

10、4710. 591. 14D 值0. 1040. 1730. 1720. 1100. 0930. 213显著水平P<0. 01<0. 01<0. 01<0. 01<0. 01<0. 222连续驾驶时间与疲劳的关系2. 1连续驾驶时间与疲劳特性指标的关系连续驾驶时间与各测评指标之间的相关性检验结果见表3. 由表3可见, 连续驾驶时间与深度知觉差异、速度知觉差异、选择反应时间、主观疲劳程度及动作判断误操作次数存在显著的正相关关系; 连续驾驶时间与注意分配值和正确操作次数存在显著的负相关关系.(1 化的规律2. 图2中, 每个变量所在横行的两个图纵轴都是该变量,

11、所在列的两个图横轴为该变量. 可见, 随着连续驾驶时间的增加, 驾表3连续驾驶时间与各测评指标的相关性检验结果Tab . 3Relevant exa m inati on bet w een continuousdriving ti m e and testing or 注意分配值正确操作次数误操作次数主观疲劳程度. 9020. 899-0. 896-0. 8740. 8190. 875P<0. 01<0. 01<0. 01<0. 01<0. 01<0. 01<0. 01驶员的深度知觉与速度知觉能力下降.(2 判断疲劳特性测评指标随连续驾驶时间变化的规

12、律连续驾驶时间、选择反应时间与注意分配值三者之间关系的散点图见图3. 随着驾驶时间的增加, 驾驶员的选择反应时间逐渐增长, 反应能力下降; 其注意分配值越低, 注意能力越差.(3 操作疲劳特性测评指标随连续驾驶时间的变化规律连续驾驶时间与驾驶操作疲劳特性测评指标之间的关系见图4. 随着连续驾驶时间的增加, 驾驶员的操作能力不断下降, 光反应正确操作次数逐渐减少, 动作判断错误次数逐渐增加. 2. 2连续驾驶时间与主观疲劳程度的关系连续驾驶时间与疲劳程度之间的关系见图5. 驾驶员的疲劳程度与连续驾驶时间近似成线性关系, 连 538西南交通大学学报第44卷续驾驶100m in 左右疲劳出现, 主观

13、疲劳程度随着连续驾驶时间的增长而增加.连续驾驶时间与驾驶员疲劳率之间的关系见图6. 当连续驾驶时间超过2h 时, 疲劳率超过8%; 连续驾驶150m in, 约有16%出现驾驶疲劳; 连续驾驶180m in, 约有32%出现驾驶疲劳; 当连续驾驶时间超过3h 后, 随着连续驾驶时间的增加, 驾驶员易出现疲劳脉冲效应; 在连续驾驶时间为34h 时, 疲劳脉冲效应更加明显 .2. 3、判断及, , 以确定各项测试指标的恢复时间. 感知、判断及操作特2性恢复时间与连续驾驶时间曲线的决定系数R 分别为0. 9254, 0. 9644和0. 9485, 分析结果如下:(1 感知疲劳的恢复时间连续驾驶90

14、m in 以内, 不需要疲劳恢复时间;连续驾驶2h, 需恢复时间816m in; 连续驾驶3. 5h, 需恢复时间3040m in . (2 判断疲劳的恢复时间连续驾驶80m in 以内, 不需要疲劳恢复时间; 连续驾驶2h, 需恢复时间1018m in; 连续驾驶3. 5h, 需恢复时间3545m in . (3 操作疲劳的恢复时间连续驾驶90m in 以内, 不需要疲劳恢复时间; 连续驾驶2h, 需恢复时间816m in; 连续驾驶3. 5h, 需恢复时间2535m in .图6疲劳脉冲效应Fig . 6Effect of driving fatigue pulse由分析结果可知, 不同连

15、续驾驶时间的驾驶员, 其驾驶疲劳的恢复时间不同. 因此, 驾驶员在行车途中, 要注意根据自己对驾驶状态的感觉控制连续驾驶时间, 合理安排中途休息时间.3建议(1 连续驾驶时间根据文献7, 在检测驾驶员的单项指标时, 差异较大, 应采用多指标组合, 通过综合评价提高判定精7, 8度. 基于驾驶疲劳特性综合评价等级, 采用模糊聚类法, 对连续驾驶驾驶员的疲劳程度进行综合评价, 结果见表4. 第4期马艳丽等:疲劳与驾驶时间关系的实验心理学研究表4不同连续驾驶时间下驾驶员的疲劳程度测评结果Tab . 4Testing results of fatigue degrees in different co

16、ntinuous driving ti m e539连续驾驶时间/min深度知觉数值等级/mm1. 912. 342. 823. 734. 987. 119. 721222233速度知觉数值/s0. 190. 220. 260. 350. 530. 811. 21选择反应时间数值/s0. 680. 710. 740. 800. 921. 141. 83注意分配值Q 数值0. 690. 650. 610. 580. 550. 530. 51正确反应次数数值/次误操作次数数值/次1122346综合评价结果数值0. 920. 830. 730. 670. 530. 490. 39等级2223345等

17、级2222344等级2223344等级2233334等级2222334等级1233445可知驾驶员连续驾驶时间小于2h 时, 驾驶员的综合评价等级处于良好状态; 随着连续驾驶时间的增加, 驾驶员的综合评价等级逐渐下降, 当达到3. 5h 时, 驾驶员疲劳评价等级处于4级状态, 此时驾驶员注意能力下降, 易发生速度知觉及选择反应判断差错.(2 中途休息时间m in感知081615201825304040555565判断5101815252530354545555060操作081610201825253530403550休息时间4结论本文采用实验心理学测试方法研究疲劳与驾驶时间的关系, 其主要结论

18、如下:(1 连续驾驶时间建议驾驶员连续驾驶时间在2h 以内时, 有较好的驾驶效果; 当连续驾驶时间超过3h 后, 随着连续驾驶时间的增加, 驾驶员易出现疲劳脉冲效应; 连续驾驶时间达到3. 5h 左右, 驾驶机能开始出现较大程度的低落; 在连续驾驶4h, 疲劳脉冲效应更加明显. 因此, 建议驾驶员一次连续驾驶时间不得超过3. 5h .(2 中途休息时间建议根据表5的分析结果, 建议在连续驾驶3. 5h 时, 应保证至少30m in 的休息时间, 可一次性休息完, 也可分两次休息. 由于在驾驶过程中几次短时间的休息要比总时间相同的1次长时间休息更有效. 因此, 建议在行车的第2h 和第3. 5h

19、 后, 分2次共休息30m in, 第二次的休息时间应较长些. 参考文献:1金键. 驾驶疲劳机理及馈选模式研究D.成都:西南交通大学, 2002.2马艳丽, 裴玉龙. 改进的层次分析法用于驾驶员事故致因分析J .哈尔滨工业大学学报, 2005, 37(1 :1692172.MA Yanli, PE I Yul ong . Analyzing causati on of driver s accident based on i m p r oved AHP method J .Journal of Harbin I nstitute of Technol ogy, 2005, 37(1 :169

20、2172.3JOANNE L, I A NNOY H Y, TRBOV I CH P L, et al . An on 2r oad assess ment of cognitive distracti on:i m pacts on drivers 540 西 南 交 通 大 学 学 报 visual behavior and braking performance J . Accident Analysis and Prevention, 2007, 39 ( 2 : 372 2 379. fatigue J . Journal of Agricultural University, 20

21、01, 6 (6 : 101 2 105. Traction, 2007 ( 5 : 48 2 52. J . IEEE Trans on M agnetics, 1997, 33 ( 2 : 2113 2 . 2116. IEEE Trans on Industrial Electronics, 2001, 37 ( 9 : 1348 2 . 1355. four in2 wheel motor J . IEEE Trans Industrial Electronics, 1997, 44 ( 1 : 28 2 38. . in2car indexs J . Accident Analysi

22、s and Prevention, 1998, 30 (4 : 401 2 407. 第 44 卷 有限元软件分析了偏心距为 15. 2, 20. 2, 25. 6, 35. 6 和 50. 6 mm 时的气隙磁场波形及其对应的谐波含 量 ,得到了偏心距和气隙磁场波形畸变率之间的关系曲线 ,得出了最优偏心距 . 从所设计样机的反电势测 量波形及谐波分析中得到 ,样机空载反电势波形接近理想正弦波 ,相应的总谐波畸变率为 0. 5% ,采用偏 心气隙的方法可以有效改善永磁同步电机气隙磁场波形 ,从而降低对应反电势的总谐波畸变率 . 感谢西南交通大学青年教师科研起步项目 ( 2007Q021 的资助

23、 . 参考文献 : 4 郑培 ,宋正河 . 机动车驾驶员驾驶疲劳测评方法的研究状况及发展趋势 J . 中国农业大学学报 , 2001, 6 ( 6 : 101 2 105. ZHENG Pei, SONG Zhenghe. Study situation and develop ing trend on detecting and evaluating techniques of motor driver 5 PATTEN C J D , ALBERT, JOAKI O , et al D river experience and cognitive workload in different

24、 traffic environments J . M . Accident Analysis and Prevention, 2006, 38 ( 5 : 887 2 894. 2006, 38 ( 6 : 1127 2 1136. 6 D I GUS T A , NEALE V L , KLAUER S G, et al The development of a naturalistic data collection system to perfor critical N . m incident analysis: an investigation of safety and fati

25、gue issues in long2haul trucking J . Accident Analysis and Prevention, 7 马艳丽 . 驾驶员驾驶特性与道路交通安全对策研究 D . 哈尔滨 : 哈尔滨工业大学 , 2007: 82 2 87. 8 SUMMALA H , LAMBLE D , LAAKSO M , et al D riving experience and percep tion of the lead car braking when looking at . s (中文编辑 : 秦萍玲 英文编辑 : 刘 斌 (上接第 516 页 1 符敏利 . 电动汽车用永磁同步牵引电机设计 J . 变流技术与电力牵引 , 2007 (5 : 48 2 52. 2 冯江华 . 城轨车辆用永磁同步电机驱动系统控制策略研究 D . 长沙 : 中南大学 , 2008. 3 唐任远 . 现代永磁电机理论与设计 M . 北京 : 机械工业出版社 , 1997. other heuristic algorithm J . IEEE Trans on M agnetics, 1998, 34 (5 : 2972 2 . 2975. FU M inli Design of permanent magnet synchronous moto