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草原公路景观对驾驶员心理生理影响研究

作　者: 李香红
导　师: 朱守林
学　校: 内蒙古农业大学
专　业: 森林工程
关键词: 草原公路景观行驶时间行驶速度心率增长率心率变异指标眨眼次数气质类型
分类号: U491.254
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

驾驶员驾驶行为是人、车、环境因素综合作用的结果。相关研究表明26%的驾驶员交通事故由人与环境的综合因素引起。公路景观是公路交通人机环境系统的重要组成部分,直接影响到驾驶员的心理与生理状态、驾驶行为、行车疲劳和交通安全。草原公路一般具有纵坡小、圆曲线半径大、长直线多和景观单一等特点,易使驾驶员产生单调感和心理疲劳,因而使驾驶员反应迟缓、注意力降低、速度与距离估计偏差增大、感知与处理信息的能力下降,严重威胁到行车安全。草原公路景观对驾驶员心理生理影响的研究有利于增强我国草原公路建设的科学性、减轻驾驶人员的心理与生理疲劳、增强行车安全性。本文首先选取了2名驾驶员样本,在山区、典型草原及对照草原公路路段进行初步实验,利用多通道生理采集仪采集心电及眼电信号,经分析发现三种路段驾驶员生理反应不同,并初步确定心率、心率增长率、心率变异、眨眼次数可以反映驾驶员驾驶过程中的生理变化。在此基础上选取5名驾驶员,在100km长的草原公路进行限速行车实验及非限速行车实验,采集心电及眼电信号,并利用初步确定的指标分析驾驶员行车实验中生理变化规律。分析室外实验表明,同一车辆驾驶员与副驾驶人员生理指标有相似的变化规律,同一副驾驶人员的室内实验与室外实验心率增长率变化有相关性。因此,本文选取22个实验样本,进行初步高速、山区、草原路段室内模拟实验和草原公路限速路段室内模拟实验,以期探索受试者在室内实验过程中生理指标变化规律,寻找室内、外实验规律异同,为今后研究草原公路景观对驾驶员心理生理影响奠定理论基础。本文运用统计学方法对室内外实验数据进行处理和分析,得到的主要结论有:1.在限速实验路段,驾驶员的心率增长率、部分心率变异指标、平均眨眼次数、每5min眨眼次数均值标准差及眨眼次数增长率等生理指标在26-30min时间段出现较大变化,结合主观问卷调查表明,在相同时段80%驾驶员出现不舒适感或疲劳感。2.在限速实验路段,将驾驶员心率增长率、眨眼次数分别与驾驶时间、圆曲线半径进行相关性检验,发现只有心率增长率与驾驶时间呈负相关,且驾驶员行车过程中随着驾驶时间的增加均出现心率负增长率,经曲线估计回归模型对比最终建立了时间与心率增长率的线性模型。研究还表明,不同气质类型驾驶员心率负增长率出现的时间不同。3.研究非限速实验路段数据,表明驾驶员在22-26min时间段内生理指标出现较大变化,结合调查问卷显示在相同时段驾驶员受外界环境影响较大。限速路段驾驶员心率增长率与行驶时间呈负相关关系,非限速路段驾驶员心率增长率与行驶时间无显著相关性,说明行驶速度对心率增长率有影响。4.限速路段与限速路段实验结果相比,大部分驾驶员心率及心率增长率波动值较小,表明非限速路段的行驶速度较适合驾驶员在草原路段上行驶。04驾驶员非限速路段行驶速度集中在134km/h较设计车度增加65%,经数据分析心率增长率与驾驶时间呈正相关关系。揭示在草原公路景观路段驾驶员以过低或过高速度行驶均有随着驾驶时间的增加心率增长率变化较大,易出现驾驶疲劳,结果表明驾驶员以100km/h-120km/h行驶较舒适,也就是说驾驶员舒适状态下的行驶速度均高于设计车速20km/h-30km/h。结果表明草原公路线形设计存在不合理之处。5.结合室内与室外实验分析结果表明,实验过程中受试者心率变异指标范围与医学标准值不同,但受试者心率、心率增长率、心率变异、眨眼次数与调查问卷、疲劳量表、驾驶行为能力测试值在表征受试者不舒适或疲劳感时具有一致性。6.草原公路限速路段的室外实验与室内模拟实验受试者心率及心率增长率随时间变化趋势具有一致性,表明可以应用室内实验研究室外实验趋势性变化。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-16
1 引言  16-21
  1.1 研究背景及意义  16-17
  1.2 国内外研究现状  17-18
    1.2.1 国外公路景观环境对驾驶员影响研究现状  17-18
    1.2.2 国内公路景观环境对驾驶员影响研究现状  18
  1.3 国内外研究现状分析  18-19
  1.4 本文研究主要内容  19-21
2 实验理论基础  21-29
  2.1 基本概念及人体常用生理指标  21-22
    2.1.1 公路景观定义  21
    2.1.2 生物电信号及特征  21-22
  2.2 心电信号及其研究方法  22-27
    2.2.1 心率及心率增长率  23
    2.2.2 心率变异及分析方法  23-27
  2.3 眼电信号及其研究方法  27-28
    2.3.1 眼电信号  27
    2.3.2 眼电分析方法  27-28
  2.4 小结  28-29
3 不同公路景观的驾驶员室外实验  29-46
  3.1 不同公路景观的驾驶员室外实验总体构想  29
  3.2 不同公路景观的驾驶员室外实验基本概况  29-32
  3.3 实验方法及数据初步处理  32-34
    3.3.1 实验方法  32
    3.3.2 实验数据初步处理  32-34
  3.4 不同公路景观的驾驶员室外实验的心电信号分析  34-42
  3.5 不同公路景观的驾驶员室外实验的眼电信号分析  42-45
  3.6 小结  45-46
4 基于草原公路景观的驾驶员室外实驾实验  46-88
  4.1 草原公路线形要素统计与分析  46-50
  4.2 基于草原公路景观的驾驶员室外实驾实验  50-53
    4.2.1 实驾实验目的  50-51
    4.2.2 行为医学量表及驾驶员调查问卷的确定  51-52
    4.2.3 实验方法  52-53
  4.3 基于草原公路景观的限速路段实验数据分析  53-72
    4.3.1 基于草原公路景观的限速路段驾驶员心率影响统计分析  54
    4.3.2 基于草原公路景观的限速路段驾驶员心率增长率影响统计分析  54-62
    4.3.3 基于草原公路景观的限速路段驾驶员心率变异影响统计分析  62-66
    4.3.4 基于草原公路景观的限速路段驾驶员眼电影响统计分析  66-69
    4.3.5 限速路段圆曲线半径对驾驶员心率增长率影响分析  69-70
    4.3.6 限速路段会车路段驾驶员心率增长率及心率变异影响分析  70-72
  4.4 基于草原公路景观的非限速路段实验数据分析  72-78
    4.4.1 基于草原公路景观的驾驶员员心率影响统计分析  72-73
    4.4.2 基于草原公路景观的非限速路段驾驶员心率增长率影响统计分析  73-74
    4.4.3 基于草原公路景观的非限速路段驾驶员心率变异统计分析  74-75
    4.4.4 基于草原公路景观的非限速路段驾驶员的眨眼次数统计分析  75-78
  4.5 基于草原公路景观的限速与非限速实验路段结果对比  78-86
    4.5.1 限速路段与非限速路段01-05 驾驶员心率变化趋势汇总  78-79
    4.5.2 限速路段与非限速路段01-05 驾驶员心率及速度变化曲线  79-81
    4.5.3 限速路段与非限速路段01-05 驾驶员心率增长率变化曲线  81-84
    4.5.4 限速路段与非限速路段驾驶员心率变异对比结果  84-85
    4.5.5 限速路段与非限速路段驾驶员眼电对比结果  85-86
  4.6 小结  86-88
5 室内模拟实验简介  88-99
  5.1 验证室内模拟实验可行性的构想  88-90
    5.1.1 驾驶员与副驾驶人员心率及心率增长率对比分析  88-90
    5.1.2 副驾驶人员室内与室外心率增长率相关性分析  90
  5.2 室内模拟实验基本概况  90-95
  5.3 实验模拟实验方法及步骤  95-98
    5.3.1 实验方法  95-96
    5.3.2 实验流程及步骤  96-98
    5.3.3 实验数据的预处理  98
  5.4 小结  98-99
6 室内模拟实验数据分析  99-120
  6.1 初步室内模拟实验主观调查问卷统计分析  99-102
    6.1.1 高速室内模拟实验路段统计分析  99-100
    6.1.2 山区室内模拟实验路段统计分析  100-101
    6.1.3 草原室内模拟实验路段统计分析  101-102
  6.2 初步室内模拟实验疲劳量表及驾驶行为能力指标统计分析  102-105
    6.2.1 初步室内模拟实验疲劳量表  102-104
    6.2.2 初步室内模拟实验驾驶行为能力指标统计分析  104-105
  6.3 初步室内模拟实验生理信号数据分析  105-110
    6.3.1 初步室内模拟实验心率数据统计  105-106
    6.3.2 初步室内模拟实验心率增长率分析  106-108
    6.3.3 初步室内模拟实验心率变异统计分析  108-109
    6.3.4 初步室内模拟实验眼电信号统计分析  109-110
  6.4 限速路段室内模拟实验主观调查问卷统计  110-111
  6.5 限速路段室内模拟实验疲劳量表及驾驶行为能力指标统计分析  111-113
    6.5.1 限速路段室内模拟实验疲劳量表  111-112
    6.5.2 限速路段室内模拟实验驾驶行为能力指标统计分析  112-113
  6.6 限速路段室内模拟实验生理信号数据分析  113-118
    6.6.1 限速路段室内模拟实验心率分析  113-114
    6.6.2 限速路段室内模拟实验心率增长率统计分析  114-115
    6.6.3 限速路段室内模拟实验心率变异分析  115-117
    6.6.4 限速路段室内模拟实验眼电信号统计分析  117-118
  6.7 小结  118-120
7 结论与展望  120-122
  7.1 结论与创新点  120-121
    7.1.1 结论  120-121
    7.1.2 创新点  121
  7.2 展望  121-122
致谢  122-123
参考文献  123-128
附录  128-134
作者简介  134

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