行車環(huán)境對營運(yùn)客車駕駛員駕駛疲勞的影響研究

行車環(huán)境對營運(yùn)客車駕駛員駕駛疲勞的影響研究工學(xué)碩士學(xué)位論文行車環(huán)境對營運(yùn)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(nèi)圖書分類號:U491學(xué)校代碼:10213國際圖書分類號:629密級:公開工學(xué)碩士學(xué)位論文行車環(huán)境對營運(yùn)客車駕駛員駕駛疲勞的影響研究碩士研究生:平永青導(dǎo)師:裴玉龍教授申請學(xué)位:工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè):交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理所在單位:交通科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期:2012年7月授予學(xué)位單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:U491U.D.C:629DissertationfortheMaster'sDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEOPERATIONBUSDRIVER’FATIGUECHARACTERISTICSUNDERASPERCIFICDRIVINGENVIRONMENTCandidate:PingYongqingSupervisor:Prof.PeiYulongAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:TransportationPlanningandManagement0Affiliation:SchoolofTransportationScience&EngineeringDateofOralExamination:July,2012Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-I-摘要隨著機(jī)動車數(shù)量的猛增,道路交通事故數(shù)也呈現(xiàn)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(jù)我國相關(guān)部門的道路交通事故統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù),約有15.2%的死亡人數(shù)是由于駕駛疲勞引起的。所以,駕駛員的駕駛疲勞已經(jīng)對人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的危害,尤其是營運(yùn)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(yán)重程度會更高。根據(jù)現(xiàn)有的相關(guān)研究,在不同的行車環(huán)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(huán)境對營運(yùn)客車駕駛員駕駛疲勞的影響研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。本文研究的營運(yùn)客車駕駛員駕駛疲勞是在原始疲勞的基礎(chǔ)上累積疊加后所引起的身體機(jī)能下降的現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件以及駕駛員駕駛疲勞表征指標(biāo)的有效性確定本文選用六項(xiàng)駕駛疲勞特性指標(biāo)深度知覺差異、速度知覺差異、選擇反應(yīng)時(shí)間、注意分配能力、光反應(yīng)正確操作次數(shù)、動作判斷誤操作次數(shù)和一項(xiàng)駕駛員眼睛特性指標(biāo)PERCLOSP80。本文與客運(yùn)公司合作進(jìn)行駕駛員駕駛疲勞特性數(shù)據(jù)以及眼睛開閉特性數(shù)據(jù)采集。根據(jù)實(shí)際條件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及調(diào)查問卷方案,進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到不同的行車環(huán)境下營運(yùn)客車駕駛員駕駛疲勞與連續(xù)駕駛時(shí)間之間的關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試所得數(shù)據(jù),分別分析道路環(huán)境、日照環(huán)境以及降雨環(huán)境的不同對營運(yùn)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(shù)據(jù)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(huán)境對營運(yùn)客車駕駛員駕駛疲勞量的影響;根據(jù)實(shí)驗(yàn)所記錄的眼睛的開閉狀態(tài),通過對其進(jìn)行處理,得到PERCLOSP80的值,從而分析不同的行車環(huán)境對營運(yùn)客車駕駛員PERCLOSP80的影響。結(jié)合本文的研究結(jié)果,總結(jié)行車環(huán)境對駕駛疲勞造成影響的原因。并在此基礎(chǔ)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(huán)境對營運(yùn)客車駕駛員駕駛疲勞的影響,提出相應(yīng)的應(yīng)對策略。關(guān)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(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)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(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-III-Combinedwiththeresearchresultsoftheabove,weanalyzedthefactorsofdrivingenvironmentthatinfluencethedrivingfatigue.Andonthisbasis,weestablishedacorrectionmodelfordrivingfatigue,andcorrespondingcountermeasureswerealsoputforwardinviewoftheeffectsofdifferentdrivingenvironmentonoperatingbusdrivers’drivingfatigueKeyWords:drivingfatigue;fatigueproperties;drivingfatiguequantity;drivingfatiguemodel哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3.1國外研究現(xiàn)狀41.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀61.3.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述81.4主要研究內(nèi)容91.5技術(shù)路線10第2章駕駛疲勞的形成過程與表征指標(biāo)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(yīng)疲勞的形成過程.142.3駕駛疲勞的表征指標(biāo).152.3.1駕駛疲勞指標(biāo)體系的建立152.3.2指標(biāo)選定原則.152.3.3指標(biāo)的選定172.4本章小結(jié)18第3章駕駛疲勞的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理193.1實(shí)驗(yàn)方案研究193.1.1實(shí)驗(yàn)線路193.1.2實(shí)驗(yàn)駕駛員19哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-V-3.1.3實(shí)驗(yàn)時(shí)間203.1.4實(shí)驗(yàn)步驟203.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備213.2.1駕駛疲勞特性指標(biāo)檢測設(shè)備213.2.2駕駛疲勞眼部特征指標(biāo)檢測設(shè)備233.3駕駛疲勞問卷調(diào)查233.3.1問詢方案和內(nèi)容233.3.2主觀疲勞問詢.243.4數(shù)據(jù)預(yù)處理.243.4.1特性指標(biāo)數(shù)據(jù)整理243.4.2PERCLOS指標(biāo)數(shù)據(jù)處理253.5本章小結(jié)27第4章行車環(huán)境對駕駛疲勞影響的分析284.1行車環(huán)境的變量對比.284.1.1道路環(huán)境實(shí)驗(yàn)的變量對比284.1.2日照環(huán)境實(shí)驗(yàn)的變量對比304.1.3天氣環(huán)境實(shí)驗(yàn)的變量對比304.2行車環(huán)境對駕駛疲勞特性的影響314.2.1行車環(huán)境對駕駛員感知疲勞特性的影響314.2.2行車環(huán)境對駕駛員判斷疲勞特性的影響334.2.3行車環(huán)境對駕駛員操作疲勞特性的影響364.3行車環(huán)境對駕駛疲勞量的影響分析384.3.1駕駛疲勞量的標(biāo)定394.3.2行車環(huán)境對駕駛疲勞量影響的定量分析424.4行車環(huán)境對PERCLOS的影響分析.434.4.1PERCLOS與疲勞等級的對應(yīng)關(guān)系434.4.2行車環(huán)境對PERCLOS的影響分析.444.5行車環(huán)境對駕駛疲勞的主觀影響分析.454.5.1道路和交通環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響454.5.2日照環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響464.5.3天氣環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響464.6本章小結(jié)47第5章駕駛疲勞量化模型及應(yīng)對策略48哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-VI-5.1行車環(huán)境對駕駛疲勞的影響.485.1.1道路環(huán)境對駕駛疲勞的影響485.1.2交通環(huán)境對駕駛疲勞的影響495.1.3自然環(huán)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(huán)境影響因素505.2.2基于行車環(huán)境的駕駛疲勞修正模型515.3駕駛疲勞應(yīng)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(huán)境的駕駛疲勞應(yīng)對策略535.4本章小結(jié)54結(jié)論55參考文獻(xiàn)..57攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果..62哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明及使用授權(quán)說明.63致謝64哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)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(xué)基金項(xiàng)目“營運(yùn)客車駕駛員駕駛疲勞累積及預(yù)防政策研究”項(xiàng)目批準(zhǔn)號51178149。1.2研究的目的意義1.2.1研究的目的在我國經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展并且機(jī)動化水平不斷提高的今天,由此而產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)中的其中之一就是我國日益增長的道路交通事故數(shù)量,現(xiàn)如今,該問題已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全,引起全社會的廣泛關(guān)注。在所有的事故中,營運(yùn)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(fā)生了道路交通事故450254起,由此帶來了多達(dá)568649的人員傷亡和直接經(jīng)濟(jì)損失18.8億元。這其中有135114起為營運(yùn)車輛肇事,并造成38752人次的人員死亡,分別占總數(shù)的30%和39.2%;在營運(yùn)車輛中,營運(yùn)客車的肇事次數(shù)和死亡人數(shù)又分別占總數(shù)的11.4%和10.7%[1]。從以上比例上看,營運(yùn)客車發(fā)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(fā)生的道路交通事故死亡人數(shù)為98738人,是各類安全生產(chǎn)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(xì)算起來,就相當(dāng)于每五分鐘就有一人死于道路交通事故。我國發(fā)生道路交通事故的一個(gè)特點(diǎn)即為事故的嚴(yán)重性相較于西歐和美國要高。例如,我國2006年共發(fā)生死亡人數(shù)超過3人的道路交通事故1671起,共造成6611人死亡;發(fā)生死亡人數(shù)超過5人的道路交通事故326起,造成2244人死亡;發(fā)生死亡人數(shù)超過10人的特大道路交通事故38起,共死亡558人[2]。根據(jù)我國交通部門和公安部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2007年共發(fā)生327209起道路交通事故,并由此造成了119878.3萬元的直接經(jīng)濟(jì)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(shù)為73484人,也就是說每小時(shí)就有8人喪命[4]。2009年,我國共發(fā)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(cái)產(chǎn)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(shù)的15.2%,由此可見,駕駛員駕駛疲勞導(dǎo)致的道路交哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-通事故的嚴(yán)重性極高,需要引起特別的關(guān)注[5]。2010年,我國共發(fā)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(dá)319300的人員傷亡,并造成直接經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)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(shí)常發(fā)生在我國,在2011年短短一個(gè)多月的時(shí)間即發(fā)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(dǎo)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(yùn)大客車輛在隨岳高速公路仙桃市毛嘴鎮(zhèn)珠璣村時(shí)停車下客,被另一輛物流公司的半掛貨車追尾相撞,導(dǎo)致大客車直接撞斷高速公路右側(cè)波形護(hù)欄并且繼而撞斷護(hù)欄外的交通標(biāo)志立桿,之后大客車翻入路側(cè)排水溝,造成55人傷亡的后果。事后,在對事故原因進(jìn)行分析研究時(shí)發(fā)現(xiàn)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(yīng)急車道內(nèi)下客也違反了相應(yīng)的規(guī)定[7]。20011年8月6日,滬昆高速公路在江西省上饒市信州區(qū)境內(nèi)也發(fā)生了一起因?yàn)轳{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(fā)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(dāng)場死亡,另外2人重傷。經(jīng)調(diào)查,本次道路交通事故也主要是由于貨運(yùn)駕駛員駕駛疲勞造成,另外,車輛非法營運(yùn)以及超員超載也是本次事故的原因之一[8]。相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,我國道路交通事故死傷人數(shù)遠(yuǎn)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(shù)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界發(fā)達(dá)國家的水平?，F(xiàn)狀嚴(yán)峻的道路交通安全形勢逐漸引起人們的關(guān)注[9]。由于駕駛員駕駛疲勞問題而導(dǎo)致的道路交通事故時(shí)有發(fā)生,已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)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(jù)調(diào)查數(shù)據(jù),有90%的駕駛員認(rèn)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(nèi)每年發(fā)生的道路交通事故數(shù)達(dá)10億次之多,這其中,碰撞事故是道路交通事故的主要形態(tài)[10],統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)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(huán)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(diào)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(huán)境的駕駛疲勞相關(guān)研究對于有效的預(yù)防疲勞以及采取相應(yīng)的措施降低駕駛員疲勞或者延遲駕駛疲勞最終達(dá)到降低事故數(shù)和事故損失將具有重大的現(xiàn)實(shí)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-意義。綜上所述,開展駕駛疲勞的相關(guān)研究,減少交通事故次數(shù),減少生命和財(cái)產(chǎn)損失無疑具有重大的意義,同時(shí)也是國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題。1.2.2研究的意義隨著我國公路及城市道路建設(shè)的快速發(fā)展,惡性道路交通事故起數(shù)逐年上升,其中,疲勞駕駛導(dǎo)致的交通事故發(fā)生頻率偏高并且損失嚴(yán)重。針對機(jī)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(dá)到的駕駛疲勞狀態(tài)等級進(jìn)行判定,給出判定的規(guī)則。針對不同的駕駛環(huán)境中行駛的駕駛員,在駕駛時(shí)間相同的情況下達(dá)到的駕駛疲勞狀態(tài)可能不同,所以可以針對不同的行車環(huán)境對駕駛員的連續(xù)駕駛時(shí)間上限給出規(guī)定。這對于我國相關(guān)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(xiàn)出來的不同的疲勞特性進(jìn)行規(guī)律的研究,有助于較為準(zhǔn)確的確定駕駛員駕駛疲勞的等級,為研究相應(yīng)的預(yù)防措施和方法提供判斷依據(jù)和理論支持。其次,對駕駛員在不同的連續(xù)駕駛時(shí)間下的眼睛開閉狀態(tài)進(jìn)行研究,得出不同的駕駛疲勞狀態(tài)下駕駛員的PERCLOSP80的變化狀況,有利于實(shí)時(shí)判斷駕駛員駕駛疲勞的狀態(tài)。再次,對于不同的行車環(huán)境對營運(yùn)客車駕駛員的疲勞特性的影響的相關(guān)研究,有利于有針對性的對駕駛員駕駛疲勞進(jìn)行預(yù)防或者采取延緩駕駛疲勞的措施。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在國內(nèi)外交通領(lǐng)域的研究學(xué)者就如何控制駕駛員駕駛疲勞這個(gè)行車安全的核心問題從不同的角度展開研究。第一,關(guān)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(jié)合感知-判斷-反應(yīng)三個(gè)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(fā)生道路交通事故的人群的駕駛員駕駛適應(yīng)性研究;第三,在多重信息交互作用下駕駛員的反應(yīng)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(gè)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(chǎn)生機(jī)理問題;第三,駕駛疲勞狀態(tài)的相關(guān)檢測以及駕駛疲勞的表征指標(biāo);第四,產(chǎn)生駕駛疲勞的相關(guān)影響因素問題;第五,駕駛員駕駛疲勞的應(yīng)對策略問題。以下為總結(jié)論文所涉及到的駕駛疲勞的相關(guān)問題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-1.3.1國外研究現(xiàn)狀針對駕駛疲勞的研究在國外是從二十世紀(jì)開始的,大約發(fā)展到二十一世紀(jì),在先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的支持下,許多國外的學(xué)者發(fā)展了多樣的數(shù)據(jù)采集技術(shù),在駕駛?cè)说钠跔顟B(tài)的數(shù)據(jù)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(jìn)一步的深入,并且開發(fā)出先進(jìn)的使用產(chǎn)品,如:車載駕駛疲勞檢測裝備。1.3.1.1駕駛疲勞形成機(jī)理SimonSmith[13]等人通過對于駕駛?cè)嗽诎l(fā)生困倦情況下的駕駛行為特征,并且經(jīng)驗(yàn)研究分析提出了延緩疲勞的方法。ThornyNilsson[14]等人發(fā)現(xiàn)在發(fā)生駕駛疲勞時(shí)人體的特征會發(fā)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(jìn)行駕駛疲勞的提示。PierreThiffault[15]等人研究在單調(diào)的行車環(huán)境中駕駛?cè)笋{駛疲勞與線性等參數(shù)之間的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn),駕駛?cè)烁斓倪M(jìn)入到駕駛疲勞的狀態(tài)中。C.Tsopanakis[16]等人研究了一天的時(shí)間內(nèi)駕駛員的體內(nèi)的激素變化,作為一種研究方法被學(xué)者所認(rèn)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(jié)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(yùn)動和眼睛的生理學(xué)表現(xiàn)形態(tài)來標(biāo)定機(jī)動車駕駛員的駕駛疲勞問題,他們認(rèn)為運(yùn)用眼睛的運(yùn)動來對駕駛疲勞狀態(tài)進(jìn)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(xiàn)駕駛員的狀態(tài)信息的基礎(chǔ)之上的,并且眼睛的視覺表現(xiàn)行為能夠較好的被檢測。美國聯(lián)邦公路管理局FederalHighwayAdministration在一篇題為“OcularMeasuresofDriverAlertness”[19]的學(xué)術(shù)報(bào)告中提出運(yùn)用PERCLOS單位時(shí)間內(nèi)眼睛閉合時(shí)間所占的百分率來檢測疲勞的狀態(tài)。并通過邀請了許多來自世界知名大學(xué)的該領(lǐng)域的專家學(xué)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(fā)精確測量眼睛的瞳孔直徑的變化、眨眼頻率以及頭部的運(yùn)動等等的方面的儀器,該研究所一直被美國來聯(lián)邦公路管理局和汽車聯(lián)合會所資助。根據(jù)他們的研究成果,駕駛員在駕駛疲勞時(shí),其眼睛的閉合時(shí)間超過0.5~3秒。此時(shí)也是容易發(fā)生道路交通事故的時(shí)候,這個(gè)值超過在未疲勞時(shí)的0.2~0.3。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-WaltWierwille[20]根據(jù)研究提出檢測駕駛疲勞可以采用PERCLOS作為主要的指標(biāo),同時(shí)可以采用檢測頭部運(yùn)動的頭部運(yùn)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(shí)一種復(fù)雜的生理現(xiàn)象,其個(gè)體的表現(xiàn)形式相差較大,如果只運(yùn)用單一的檢測指標(biāo)對駕駛疲勞進(jìn)行標(biāo)定,則標(biāo)定的結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠度都是難以讓人信服的。隨著科技的發(fā)展和信息融合技術(shù)的提出,運(yùn)用多種標(biāo)定指標(biāo)對駕駛員的駕駛疲勞狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)定是越來越多的研究學(xué)者的研究方向。Ji等人通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)檢測駕駛員的疲勞狀態(tài),該研究所選用的指標(biāo)為駕駛員眼睛的運(yùn)動,包括眨動和頭部的運(yùn)動[22]。該方法在實(shí)際的運(yùn)用中受到較大的限制,主要是因?yàn)樨惾~斯網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)參數(shù)的確定需要有精確的先驗(yàn)知識作為支撐。在此研究的基礎(chǔ)上,G.Yang[23]等學(xué)者在D-S證據(jù)理論的幫助下,根據(jù)駕駛員駕駛疲勞的各項(xiàng)特征參數(shù)進(jìn)行建模。這種方法的缺點(diǎn)在于有出現(xiàn)參數(shù)過多引起的“證據(jù)爆炸”的情況。SenaratneRajinda等人運(yùn)用模糊推理的方法根據(jù)駕駛員的眨眼、點(diǎn)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(jìn)行綜合的判定。經(jīng)驗(yàn)證,該方法的效果較好[24]。MakotoUeda等人運(yùn)用駕駛員的駕駛疲勞模型來判定駕駛員的駕駛疲勞狀態(tài),他們研究的主要方式是跟車實(shí)驗(yàn),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(xiàn)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(yùn)動規(guī)律和另外一些心理反應(yīng)等方面[25]。LukeFletcher等人運(yùn)用同時(shí)檢測駕駛員的面部狀態(tài)與道路環(huán)境等的方法,分析駕駛員的精神狀態(tài)[26-27]。ThomasBrandt等人也運(yùn)用相似的研究方法,研究駕駛員的駕駛疲勞狀態(tài)[28],但他們在道路環(huán)境的單調(diào)性判定方面均受到的很大的阻礙。相關(guān)關(guān)系等,建立起疲勞狀態(tài)的評估模型[29]。Saroj和AhslyeCarig等[30]認(rèn)為EEG是最適合作為疲勞評價(jià)的信號;MarkA.[31]發(fā)現(xiàn)腦電信號的變化規(guī)律與駕駛員注意力的變化規(guī)律呈現(xiàn)一致;AmedtJ.T.等[32]指出EEG等生理信號與主觀調(diào)查問卷之間存在密切關(guān)系。對于駕駛員駕駛疲勞狀態(tài)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(diào)查分在不同的作業(yè)階段,分別根據(jù)被試者所表現(xiàn)出來以及自我感受的疲勞癥狀進(jìn)行判斷[33]。常用于自我評定的有主觀調(diào)查表有chalder疲勞量表[34]、駕駛員自我記錄表、睡眠習(xí)慣調(diào)查表[35]、哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)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(jù)被試所表現(xiàn)出來的疲勞狀態(tài)判定其所處的疲勞程度[36]?，F(xiàn)有研究中,有專家指出,主觀評價(jià)不能作為獨(dú)立的評價(jià)駕駛員疲勞狀態(tài)的唯一標(biāo)準(zhǔn),需要配合別的指標(biāo)共同對駕駛疲勞進(jìn)行評定[37]。1.3.1.3行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響在行車環(huán)境對機(jī)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(diǎn):美國某大學(xué)在駕駛模擬器幫助下研究得出結(jié)論:發(fā)生重大交通事故的機(jī)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(fā)生重大道路交通事故的概率也明顯高于晝間,達(dá)到19.9%[38]。PierreThiffault[39]等人通過一些列的研究發(fā)現(xiàn)駕駛員在單調(diào)的行車環(huán)境中駕駛時(shí)例如高速公路更容易發(fā)生駕駛疲勞的相關(guān)癥狀,TalOron-gilad[40]等通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)道路上標(biāo)志標(biāo)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(diào)查發(fā)現(xiàn),駕駛員的在原始的狀態(tài)基本相同的情況下,駕駛員的連續(xù)駕駛時(shí)間越長,表現(xiàn)出來的駕駛疲勞狀態(tài)越明顯。美國聯(lián)邦公路管理局FHWA和國家公路安全管理局NHTSA通過大量的關(guān)于駕駛員的疲勞狀態(tài)實(shí)驗(yàn)研究證明,駕駛員的駕駛疲勞狀態(tài)與其所行駛的路線,連續(xù)駕駛時(shí)間以及駕駛員自身的心理素質(zhì)等方面有關(guān),研究表明,在行駛2000英里左右的時(shí)間之后,駕駛員開始表現(xiàn)出駕駛疲勞的狀態(tài)[42]。1.3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)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(gè)問題進(jìn)行總結(jié)分析。1.3.2.1駕駛疲勞形成機(jī)理國內(nèi)關(guān)于駕駛員駕駛疲勞的形成機(jī)理的研究有:李相勇等人運(yùn)用層次分析法對駕駛疲勞影響因素的重要性進(jìn)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(dǎo)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(jī)理[45]。焦昆等人在對駕駛員駕駛疲勞的形成過程進(jìn)行研究時(shí)運(yùn)用的是中西醫(yī)學(xué)的理論,并建立起體力疲勞和精神疲勞的系統(tǒng)模型[46]。另外,我國現(xiàn)有的關(guān)于駕駛員駕駛疲勞的形成機(jī)理主要有三種學(xué)說,分別哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-7-是中樞學(xué)說、代謝物積累學(xué)說、能源耗盡學(xué)說。其中,中樞學(xué)說運(yùn)用中樞神經(jīng)系統(tǒng)來解釋駕駛疲勞產(chǎn)生過程;代謝物積累學(xué)說認(rèn)為駕駛過程中產(chǎn)生的代謝中間物導(dǎo)致人體內(nèi)部平衡導(dǎo)致駕駛疲勞的產(chǎn)生。能源耗盡學(xué)說將疲勞解釋為體內(nèi)的能源物質(zhì)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(shí)驗(yàn)采集到駕駛員的一些生理指標(biāo),主要包括駕駛員的皮溫、皮電、肌電、呼吸以及心率等幾項(xiàng),在對不同的精神狀態(tài)下駕駛員各項(xiàng)生理指標(biāo)的特征的研究基礎(chǔ)上得出各項(xiàng)指標(biāo)與駕駛員的精神狀態(tài)的相關(guān)性,最后運(yùn)用模糊聚類的方法對駕駛員的駕駛疲勞狀態(tài)進(jìn)行識別[47]。李衡峰綜合采用表明面部特征的各個(gè)指標(biāo),如眼睛的運(yùn)動和嘴巴的運(yùn)功等共六個(gè)特征指標(biāo)[48],之后運(yùn)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對駕駛疲勞參數(shù)進(jìn)行分類,同時(shí),運(yùn)用Bagging方法通過對分類器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)集成來提高其準(zhǔn)確性。戴軍等人運(yùn)用攝像頭檢測駕駛員整個(gè)面部的運(yùn)動,并從中提取出不同的表征駕駛員駕駛疲勞的指標(biāo)參數(shù),對各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行確定,然后得出運(yùn)用這些指標(biāo)對駕駛員駕駛疲勞狀態(tài)進(jìn)行綜合評定的方法[49]。楊英等人[50]提出運(yùn)用駕駛員的眼睛和嘴巴組成兩個(gè)指標(biāo)對駕駛員的駕駛疲勞進(jìn)行狀態(tài)的判別,運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),根據(jù)駕駛員駕駛疲勞狀態(tài)量化評判標(biāo)準(zhǔn),綜合得出駕駛員的覺醒水平,達(dá)到了提高判斷駕駛員覺醒水平的準(zhǔn)確性。房瑞雪[51]建立了駕駛員心電與腦電信號之間的關(guān)系,確定了駕駛疲勞評價(jià)的綜合指標(biāo),并且對其建立的指標(biāo)體系進(jìn)行了有效性的驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)過程中,用于評價(jià)駕駛員駕駛疲勞的綜合指標(biāo)數(shù)值隨著連續(xù)駕駛時(shí)間的增長而呈現(xiàn)連續(xù)上升的趨勢,實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明,駕駛員的警覺性會隨著連續(xù)駕駛時(shí)間的增加而有所下降。鄭培[52]在研究中發(fā)現(xiàn)與駕駛疲勞相關(guān)的因素很多,包括駕駛時(shí)刻,天氣情況等方面。駕駛員的眼睛閉合持續(xù)時(shí)間的百分率PERCLOS值能夠較為準(zhǔn)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(xù)作業(yè)時(shí)間、道路條件、行車環(huán)境、車內(nèi)環(huán)境、駕駛員個(gè)體特征、駕駛員生活條件等與駕駛員生活相關(guān)的要素。1.3.2.3行車環(huán)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(xiāng)村公路交通事故的數(shù)據(jù)和資料的分析得出,駕駛員的性別是與發(fā)生駕駛疲勞的概率息息相關(guān)的,并且年齡哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-8-也與駕駛疲勞有相關(guān)關(guān)系,數(shù)據(jù)表明年輕人出現(xiàn)駕駛疲勞的概率較高,另外,在特定的時(shí)間由于駕駛員的駕駛疲勞而發(fā)生的道路交通事故數(shù)會明顯上升,例如,周末、夜間和下午。鄉(xiāng)村公路的道路環(huán)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(diǎn)[54]。馮舒等人研究了長時(shí)間在比較單調(diào)的駕駛環(huán)境中駕駛對駕駛疲勞的影響,研究的結(jié)果表明,長時(shí)間駕駛對駕駛員的操控能力、心率、反應(yīng)時(shí)間、主觀疲勞等方面指標(biāo)數(shù)據(jù)均有較為顯著的影響,單調(diào)環(huán)境高速公路和非單調(diào)環(huán)境一般公路相比,車輛在行駛時(shí),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(diào)環(huán)境下駕駛后一定的時(shí)間之后,其主觀疲勞的感覺更強(qiáng)烈一些,但駕駛員的心率等參數(shù)值卻沒有顯著性差異[55]。房瑞雪在其碩士學(xué)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(shí)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(jié)論:在不同路段上,駕駛員進(jìn)入駕駛疲勞狀態(tài)的時(shí)間有顯著的差別,例如,駕駛員在隧道內(nèi)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(qū)高速公路上行駛約26分鐘時(shí)開始駕駛疲勞,而在山區(qū)二級公路上行駛的駕駛員會在35分鐘時(shí)進(jìn)入疲勞狀態(tài)[56]。1.3.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述對駕駛員駕駛疲勞的形成機(jī)理方面的研究,現(xiàn)階段呈現(xiàn)出百花齊放的局面,多種研究方法和學(xué)說紛紛被提出。各種學(xué)說往往是針對某一個(gè)方面或者側(cè)重點(diǎn)展開研究和探討,但是一般現(xiàn)有的研究均停留在猜想的階段,很好有專家和學(xué)者針對莫一種學(xué)說進(jìn)行驗(yàn)證研究。在駕駛員駕駛疲勞程度與疲勞指標(biāo)之間的關(guān)系的研究上,多數(shù)學(xué)者針對某一種或者幾種指標(biāo)對駕駛員駕駛疲勞進(jìn)行分析研究,一些學(xué)者運(yùn)用面部的一系列指標(biāo)或者一系列的生理指標(biāo)等運(yùn)用信息融合技術(shù)對駕駛員的駕駛疲勞進(jìn)行詳細(xì)的分析,而較少有學(xué)者運(yùn)用多類的指標(biāo)對駕駛員的駕駛疲勞進(jìn)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(xiàn)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(huán)境因素以及駕駛室內(nèi)部的環(huán)境的詳細(xì)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(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-9-的層面,鮮有定量分析的研究。1.4主要研究內(nèi)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(huán)境對營運(yùn)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(jìn)行分析說明,繼而結(jié)合現(xiàn)有的駕駛員駕駛疲勞表征指標(biāo)體系,選擇本文所選用的駕駛疲勞評價(jià)指標(biāo)體系。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),進(jìn)行不同的行車環(huán)境下駕駛疲勞指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取,對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。首先分析行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞特性指標(biāo)的影響,其次對駕駛員駕駛疲勞的評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合的分析處理,得出駕駛員的駕駛疲勞綜合評價(jià)指標(biāo),分析不同的行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響;再次,分析不同的行車環(huán)境對駕駛員眼睛的開閉運(yùn)動的影響。最后,根據(jù)之前的分析,分析不同的行車環(huán)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(huán)境的駕駛疲勞應(yīng)對策略。根據(jù)本文的立題初衷,本文的研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面:1行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞特性指標(biāo)的影響根據(jù)實(shí)際中的實(shí)驗(yàn)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(xù)駕駛一定的時(shí)間之后駕駛員的疲勞特性指標(biāo)數(shù)據(jù),分別對在不同的行車環(huán)境下駕駛員的駕駛疲勞特性指標(biāo)進(jìn)行分析研究,得出不同的行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響階段。2行車環(huán)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(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的處理,如歸一化、趨同化等等,確定特性指標(biāo)的權(quán)重,然后對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合,得出表征駕駛員駕駛疲勞程度的綜合指標(biāo)?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(dá)某一個(gè)駕駛疲勞等級時(shí)所對應(yīng)的駕駛疲勞量。分析在不同的行車環(huán)境下駕駛員的駕駛疲勞量的變化趨勢之間的區(qū)別,從而得出行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響研究。3行車環(huán)境對眼睛閉合時(shí)間所占百分率指標(biāo)?PERCLOSP80的影響本文運(yùn)用行車記錄儀記錄整個(gè)駕駛過程中駕駛員的眼睛的開閉狀況,運(yùn)用MATLAB對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得出駕駛員在不同的連續(xù)駕駛時(shí)間時(shí)所對應(yīng)的PERCLOSP80值的變化,在借鑒已有研究的基礎(chǔ)上,確定出不同的駕駛疲勞等級所對應(yīng)的PERCLOSP80值,從而可以根據(jù)該指標(biāo)研究不同的行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響。4不同的行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響機(jī)理以及應(yīng)對策略根據(jù)行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的影響分析,得出不同行車環(huán)境對駕駛員駕駛疲勞的主要的影響形式,從而分析相應(yīng)的延遲或者緩解駕駛員駕駛疲勞的策略。哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-10-1.5技術(shù)路線本文在首先在對營運(yùn)汽車駕駛員駕駛疲勞的形成機(jī)理以及對現(xiàn)有的表征駕駛員駕駛疲勞的指標(biāo)有效性進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上,確定出本文所選用的駕駛疲勞標(biāo)定指標(biāo),之后通過實(shí)驗(yàn)得到不同的行車環(huán)境下的駕駛員駕駛疲勞表征指標(biāo)值,進(jìn)而從不同的方面對駕駛員駕駛疲勞的影響進(jìn)行分析。最后在對可能對駕駛員駕駛疲勞產(chǎn)生影響的因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,建立駕駛員駕駛疲