基于神經(jīng)人因?qū)W的人-車交互系統(tǒng)若干問題的研究.pdf

1、近年來我國汽車交通事故率高居不下，據(jù)報道，機動車駕駛員的主觀因素是造成交通事故的主要原因。駕駛汽車是一項復雜的腦力工作，大腦的認知、判斷、反應(yīng)和協(xié)調(diào)支配著駕駛員的每一步操作，關(guān)系著車輛、人員以及交通系統(tǒng)的安全。研究駕駛員工作時大腦的本質(zhì)和規(guī)律對于駕駛的安全性和人-車適宜性具有重要意義。
　　人腦的本質(zhì)和規(guī)律屬于神經(jīng)學范疇，車輛設(shè)計和使用中的安全性和宜人性問題屬于車輛人機工程學范疇，這兩個學科相結(jié)合就是神經(jīng)人因?qū)W。神經(jīng)人因?qū)W是研究工

2、作狀態(tài)下人腦和人的行為的學科，作為一門交叉學科，它將神經(jīng)科學與人因?qū)W相結(jié)合，通過對人腦功能的分析旨在將技術(shù)和產(chǎn)品與人的能力和局限相匹配以使人們可以更加高效和安全地操縱設(shè)備和產(chǎn)品。
　　本文基于神經(jīng)人因?qū)W理論，應(yīng)用腦電信號分析方法對人-車交互系統(tǒng)進行實驗與研究，通過對駕駛員認知過程、駕駛員在酒精作用下、駕駛員疲勞狀態(tài)的腦電信號的采集、處理和特征提取，研究駕駛員的行為規(guī)律和大腦活動規(guī)律，為提高駕駛的安全性提供了理論依據(jù)和客觀指標。本文

3、從以下4個方面對課題展開研究與分析:
　　1.研究了汽車的外觀色彩對大腦認知活動和駕駛行為的影響。汽車的外觀色彩是其它車輛駕駛員識別該車輛的第一視覺要素，是汽車外觀最顯著的特征，不同色彩汽車所導致的交通事故率不同，黑色汽車交通事故率是白色汽車的三倍。應(yīng)用白/黑/紅/藍色轎車誘發(fā)事件相關(guān)腦電位(ERP)，研究了駕駛員觀看不同色彩轎車時腦電ERP數(shù)據(jù)的差異。研究發(fā)現(xiàn)當觀看白色轎車時，所誘發(fā)的駕駛員腦電ERP的幅值與觀看黑色轎車的ERP

4、幅值相比較，波幅明顯增加。腦電地形圖顯示:(1)白色轎車對大腦激發(fā)的能量要高于黑色轎車。(2)白色轎車在枕部產(chǎn)生興奮點，黑色轎車在頂部產(chǎn)生抑制點。(3)黑色轎車比其它顏色的轎車誘發(fā)了較多的慢波和較少的快波。結(jié)果得到觀看不同色彩轎車駕駛員的腦電信號存在著顯著的差異，這表明不同的色彩（包括色相、明度和純度）能夠?qū)︸{駛員心理、生理產(chǎn)生不同的影響，研究結(jié)果對預(yù)防汽車追尾有指導性意義。
　　2.研究了轎車內(nèi)室儀表盤提示符號設(shè)計與駕駛員腦認知

5、機制的關(guān)系。儀表盤是展示機器內(nèi)部運轉(zhuǎn)情況的數(shù)據(jù)信息平臺，是操作人員和機器的信息交流媒介，儀表盤應(yīng)使操作人員安全而高效地工作。儀表盤上提示符號的設(shè)計要素包括提示符號的形狀、尺寸、重量等。本文采用變化覺察范式，研究了儀表盤上提示符號尺寸大小對視覺工作記憶的影響。實驗研究了不同尺寸提示符號下（9厘米，6厘米）和不同工作載荷下（4個圖標，2個圖標）被試者視覺工作記憶的行為數(shù)據(jù)和ERP數(shù)據(jù)，結(jié)果表明:小提示符號下的反應(yīng)時間明顯短于大提示符號下的反

6、應(yīng)時間;高載荷視覺工作下的反應(yīng)速度和正確率明顯低于低載荷視覺工作記憶，并且高載荷視覺工作記憶誘發(fā)了更大的CDA幅值。
　　3.研究了酒精對駕駛員行為和認知能力的影響。實驗要求被試者在飲酒和不飲酒兩種情況下進行模擬駕駛實驗，駕駛過程中通過經(jīng)典的Oddball刺激研究了駕駛員認知過程中酒精對ERP數(shù)據(jù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酒后駕駛員ERP數(shù)據(jù)的P2波幅降低，行為數(shù)據(jù)反應(yīng)時間增加，反應(yīng)正確率降低。由左右腦ERP數(shù)據(jù)可得到，酒精對右腦的損害高于

7、對左腦的損害。結(jié)果表明酒精對大腦功能具有削弱的作用，且右腦比左腦的承受力要差。
　　4.研究了出租車司機駕駛疲勞狀態(tài)腦電信號的特征。實驗采集了出租車司機三種狀態(tài)的腦電信號:駕駛前、駕駛疲勞狀態(tài)和休息后，并對采集的腦電信號去除噪聲。對處理過的腦電信號應(yīng)用小波熵與混沌關(guān)聯(lián)維數(shù)的方法計算各種狀態(tài)腦電信號的特征參數(shù)。結(jié)果得到應(yīng)用H式、R式計算駕駛疲勞狀態(tài)腦電信號的小波熵值要明顯高于駕駛前腦電信號的小波熵值;應(yīng)用H式、R式計算適當休息后腦電