草原公路光环境对驾驶员生理指标的影响研究

论文摘要

驾驶员是公路交通人机系统中的主导因素,易受到系统环境的影响。研究表明,驾驶员在公路上行驶过程中,依靠感觉器官(眼、耳、鼻、舌、皮肤)获取道路交通信息,其中以视觉信息为主。一个正常人从外界获取信息的87%以上依赖于视觉。驾驶员能否快速且有效的进行驾驶操作,很大程度上依赖于其能否轻易的摄取外界道路交通视觉信息。而这与外界的光照有直接的关系。当光照照度过低时,驾驶员视物模糊,不能很快的辨认处理视觉信息,导致驾驶员耗费过长的时间,影响驾驶操作,进而影响驾驶员的行车安全；当照度过大时,驾驶员的眼睛接受的光照刺激过大,容易导致眼睛的不舒适,也会影响驾驶员的驾驶操作。因此,研究驾驶员行车状态下的道路光环境照度对驾驶员的行车安全具有十分重要的意义。本文通过记录驾驶员在实际交通环境与室内模拟实验中的生理指标,运用统计学方法对采集的数据进行处理和分析,研究驾驶员的平均心率、呼吸率、眨眼频率、平均眨眼持续时间、平均注视持续时间5个指标随照度的变化规律。最终得出平均心率、呼吸率、平均眨眼持续时间随照度呈现抛物线的变化规律,当整个驾驶过程没有出现疲劳的情况,仅仅探讨照度的影响时,照度达到21001x时平均心率取得最小值,驾驶员感觉最舒适。照度达到24001x时,呼吸率达到最小值,驾驶员比较平静。照度为2017.51x时,驾驶员的平均眨眼持续时间达到最大值,认为在驾驶过程中没有出现疲劳且使得驾驶员眼睛得到了充分的休息,所以2017.51x是理想值。眨眼频率、平均注视持续时间随照度呈现直线的变化趋势。其中眨眼频率随照度增加直线上升,平均注视持续时间随照度直线下降。在以上结论的基础上,综合5个生理指标,运用5指标做聚类分析测试综合指标能否区分不同的光环境照度,将对人体生理指标影响程度相近的光环境照度进行聚类。最后,运用主成分分析法建立道路光环境评价模型,结合实验人员对光环境的主观评价,得出了运用此方法计算所得得分越低越好的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图和附表清单
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外相关研究综述
• 1.2.1 生理指标描述驾驶员行车研究
• 1.2.2 驾驶员眼动描述行车研究
• 1.2.3 光环境评价研究
• 1.2.4 国内外相关研究现状分析
• 1.3 本文研究内容
• 2 驾驶员生理指标的生理学基础及选择
• 2.1 人机工程学中常用的几种生理指标
• 2.1.2 眼动（EA）的基本形式
• 2.1.3 眨眼行为描述参数
• 2.1.4 注视行为描述参数
• 2.2 生理指标的选定
• 3 室外实验设计与数据分析
• 3.1 实验的总体概况
• 3.1.1 实验目的
• 3.1.2 实验路段
• 3.1.3 室外实验驾驶员的选择
• 3.1.4 实验的仪器和设备
• 3.1.5 实验方法与步骤
• 3.2 实验数据处理与分析
• 3.2.1 1号驾驶员实验结果分析
• 3.2.2 2号驾驶员实验结果分析
• 3.2.3 3号驾驶员实验结果分析
• 3.3 驾驶员行车时间与心率的T检验分析
• 3.4 2号驾驶员与3号驾驶员各时间段T检验分析
• 3.5 基于心率指标的照度分级
• 3.6 结论
• 4 室内实验设计与数据分析
• 4.1 实验的目的及实现
• 4.1.1 实验的目的及意义
• 4.1.2 室内实验的实现
• 4.2 实验方法及设计
• 4.2.1 实验方法
• 4.2.2 实验仪器和设备
• 4.2.3 HED型眼动仪简介
• 4.2.4 被测试人员的选择及安排
• 4.3 实验步骤
• 4.4 实验数据的处理
• 4.4.1 心率信号处理分析
• 4.4.2 呼吸信号处理分析
• 4.4.3 眨眼频率随照度变化规律分析
• 4.4.4 平均眨眼持续时间随照度变化规律分析
• 4.4.5 平均注视时间随照度变化规律分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于生理指标的光环境评价体系的建立
• 5.1 眼动、心率及呼吸指标的模糊聚类分析
• 5.1.1 模糊聚类分析的基本思路
• 5.1.2 模糊聚类数据变换与矩阵运算
• 5.1.3 光照对人体生理指标及眼动参数的模糊聚类
• 5.1.4 聚类分析过程
• 5.1.5 聚类结果分析
• 5.2 主成分分析法
• 5.2.1 主成分分析法简介
• 5.2.2 主成分分析方法的数学模型
• 5.2.3 主成分的贡献率
• 5.3 主成分分析法在草原道路光环境评价中的应用思路
• 6 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 研究的创新点
• 6.3 展望
• 致谢
• 附表
• 参考文献
• 作者简介