基于强弱感知设计的驾驶员危险感知状态识别模型研究

驾驶员危险感知能力对于预防和减少道路交通事故具有重要作用。针对目前研究中危险感知的特征向量表征不统一、算法对实际问题可解释性不足的弊端,通过人为控制的方式,设计了基于危险源、显隐性、强弱危险感知状态3个维度的3×2×2实验方案,实现对危险感知的预定分级;设计配对T检验和Wilcoxon符号秩检验结合的方式实现强弱感知状态下特征差异性的量化比较;建立基于十倍交叉参数调优SVM算法的危险感知状态二分类模型。研究结果表明:驾驶员在强危险感知状态下对危险的反应更主动,倾向于避免危险,而非紧急避险,并保持更低的车速,更倾向油门控制而非制动控制,注视和眼跳行为增加;驾驶员在隐性危险源场景中的操纵力度和频次更强,危险感知与显隐性影响程度及危险源类型有关,摩托车类危险源差异最大,行人类危险源差异最小;在C=1,γ=0.1,选择车头时距、车速标准差、最大制动踏板力、加速度标准差、预减速时间、车速均值、油门开度标准差、跳视次数、注视次数作为特征时,SVM模型具有最好的性能,准确率为89.2%,精准率为90.6%,召回率为87.8%,F1值为0.888。XGBoost模型对弱感知的识别能力低于SVM模型。该研究对于驾驶员危险感知状态的量化评估具有显著的指导意义。

基于DEA模型的山区公路视线诱导设施综合效用评价

为减少弯道段交通事故,对山区公路视线诱导设施综合效用进行研究.在弯道段单独或组合设置护栏、轮廓标、线形诱导标3类视线诱导设施,并基于驾驶模拟器、眼动仪和脑电仪获取眼动、脑电及驾驶行为数据,分析不同设置方案下驾驶人的行为特性.基于超效率BCC-DEA模型,构建山区公路弯道视线诱导设施有效性评价体系,对不同设置方案的综合效果进行评价.结果表明:视线诱导设施组合设置对驾驶行为的影响比单独设置效果更好,其中采用“线形诱导标+轮廓标”设置效果最优;视线诱导设施设置数量超过2个时会降低警示与诱导效果;指标敏感性分析表明,速度和横向位移指标分别是单独与组合设置时影响安全过弯的关键因素.

认知分心情境下驾驶人应激反应行为研究

选取40名被试,采用2-back任务诱导认知分心,利用驾驶模拟系统构建行人-机动车、非机动车-机动车和机动车-机动车等3种应激场景,开展了不同应激场景正常驾驶及认知分心驾驶2种工况驾驶人的应激反应实验研究;根据采集的被试的眼动、脑电和驾驶行为等数据,分析了认知分心驾驶工况驾驶人的应激反应行为特性;对实验结果进行集对分析(SPA),完成了不同应激场景下驾驶人应激反应行为的安全性评估。结果表明:驾驶人应激反应行为的安全性因受认知分心的影响而降低,其中在行人应激场景下的影响最为显著。

高原环境导致的中青年驾驶行为及驾驶绩效特征

为了量化分析高原环境导致的驾驶行为特征差异,寻找驾驶绩效下降时间窗,运用驾驶模拟器和低氧发生器在平原地区模拟海拔3 900 m高原驾驶环境,开展驾驶模拟试验分别收集驾驶人在平原环境和模拟高原环境的驾驶行为数据和心电图(electrocardiogram,ECG)信号数据。通过对比高原实车试验环境驾驶人的心率指标变化,运用雷达图、数值排序图和单因素方差分析方法对平原、高原环境下的驾驶行为特征进行对比分析,引入Jensen-Shannon散度(JS散度)量化2种环境下横向偏移距离、横向加速度、转向盘旋转率和速度这4个指标的概率密度拟合分布之间的差异,使用差分法确定高原环境下的驾驶绩效下降时间,验证了模拟高海拔环境驾驶模拟试验的有效性研究。结果表明:高原环境下横向偏移距离标准差、横向加速度标准差、转向盘旋转率标准差、速度标准差比平原环境下分别增加了0.094 3 m,0.119 0 m/s^(2),0.000 9°/s,0.651 3 km/h,车辆整体稳定性降低;借助JS散度发现横向偏移距离、横向加速度、转向盘旋转率和速度这4个指标在2种环境下的数值分布存在较大距离,分别为0.23,0.11,0.01,0.02,其中车辆的横向运动受负面影响更大;在进入海拔3 900 m的高原地区时,驾驶绩效约在6 min后显著下降。

草原公路驾驶接管风险的模糊推理评估方法研究

为探究草原公路行车场景和非驾驶相关任务对驾驶人接管过程的影响,提出了基于生理特性和接管绩效的模糊逻辑风险评估方法。首先,模拟牛羊出没、前方停车、匝道来车三种草原公路典型场景,并考虑在模拟场景下执行无次任务、听新闻、看视频、玩游戏四种非驾驶相关任务;其次,构建基于生理指标(心率变异性)和接管绩效(接管时间、接管质量)的风险评估指标体系;最后,采用模糊推理建立风险评估模型,量化评价不同场景和非驾驶相关任务组合的风险水平。结果表明,匝道来车场景和玩游戏在驾驶接管风险等级中被评估为高风险和极高风险占比较高。整体而言,高风险和极高风险样本占比达44.2%,反映出草原公路特定场景下执行感官参与维度多的任务具有较高的接管风险隐患。场景和非驾驶相关任务存在交互作用,在复杂场景下从事感官参与维度较高的任务极易导致高风险情况。相较于简单场景,驾驶人在复杂场景中的风险累积更快、波动更大,并在中后段达到峰值。

听觉-言语认知负荷下工作记忆容量对跟车行驶影响

听觉-言语认知负荷作为一种典型的认知负荷,是驾驶人认知分心的主要来源,容易导致驾驶绩效下降,认知负荷对驾驶绩效的影响程度与个体工作记忆有关。为研究听觉-言语认知负荷下工作记忆容量对跟车驾驶绩效的影响,本文开展心理学与模拟驾驶实验。首先,设置不同听觉-言语认知负荷水平的n-back任务,构建车头时距变化和前车速度变化的跟车场景;其次,采集并预处理工作记忆容量、驾驶人操作行为与车辆运行状态数据,选择跟车速度差、绝对加速度、横向稳定性、制动反应时间及跟车间距作为分析指标,获得36名被试数据;最后,采用方差分析及事后比较,分析认知负荷和工作记忆容量在跟车时对驾驶绩效的影响,并探讨两种因素对驾驶绩效的交互和调节作用。研究表明:认知负荷增加导致驾驶人更大的加减速倾向,更长的制动反应时间;工作记忆容量较高的驾驶人具有更小的制动反应时间和更稳定的跟车间距,更频繁的方向修正和更好的车道保持水平;在工作记忆容量和制动反应时间中,听觉-言语认知负荷具有正向调节作用。本文可以为驾驶安全培训干预提供驾驶人认知特性方面的见解和理论参考。

基于线性诱导的高速公路隧道边墙效应调控方法研究

文中提出线性诱导理念,基于E-prime平台开展室内仿真模拟试验,并以30名被试者的反应时间和眼动数据作为评价指标衡量调控方法的有效性.结果表明:线性诱导方案能有效改善高速公路隧道边墙效应,降低驾驶人的反应时间,缓解驾驶人的紧张程度;采用点状设施方案或线性诱导方案的点状设施+短线条设施时,亮灯率对驾驶人反应时间有显著影响;采用点状设施+短线条设施+长线条设施或点状设施+短线条设施+长线条设施+环状设施的方案时,亮灯率对驾驶人反应时间没有显著影响,且方案为后者时,驾驶人反应时间的变异系数小,瞳孔面积变化率更稳定.

乘员晕车的生理表征与缓解方法

为保证智能网联汽车的乘坐舒适性与用户接受度,建立乘员晕车缓解认知过程模型,提出一种基于嗅觉刺激的乘员晕车缓解方法。首先充分考虑乘员满意度和晕车缓解功能性要求,设计开展晕车缓解嗅觉刺激材料筛选实验,选定嗅觉刺激材料的气味类型和浓度。接着为探究不同晕车程度与生理表征之间的映射关系,验证嗅觉缓解方案的有效性,设计开展乘员晕车缓解实车实验。结果表明:乘员主观晕车程度与皮电激活度指标呈正相关,与脑电不对称值呈负相关。同时,20%浓度的姜花气味经10 s释放能够有效缓解乘员晕车症状,平均缓解效果达到22.17%,在主客观维度上得到了一致性验证。

老年驾驶人认知驾驶能力评价及影响因素研究

我国老年驾驶人数量持续增长,驾驶人结构的变化给交通安全带来了挑战。相比于其他年龄段驾驶人,老年人生心理功能逐渐衰退,更容易发生交通事故。认知功能与驾驶安全表现显著相关。从注意反应能力、执行处理能力、空间感知能力3项认知功能领域出发,研究老年人驾驶特征,设计驾驶模拟实验风险事件,获得认知驾驶行为数据,分析青年人、中年人、老年人驾驶行为特征的差异性;采用主客观结合的方法确定指标权重,提出认知驾驶行为指数计算方法;以驾驶人属性和认知功能为自变量,以认知驾驶行为指数为因变量,建立广义线性混合模型,探究不同因素对认知驾驶能力的影响。结果表明年龄、周驾驶频率、自我调节和TMT-B(Trail Making TestB)与认知驾驶行为指数显著相关,MMSE(Mini-Mental State Examination)为边缘显著相关;老年驾驶人的认知驾驶行为指数受个体特质影响较大;相较于老年人,青年人认知驾驶行为指数更差,中年人更好;周驾驶频率低的人比周驾驶频率高的人认知驾驶行为指数更好;自我调节频率为低和中的驾驶人,比频率为高的驾驶人认知驾驶行为指数更好;TMT-B测量认知正常的驾驶人比认知障碍驾驶人的认知驾驶行为指数更好。该研究从交通事故的人因机理角度出发,探究老年驾驶人面对的认知挑战,提出老年人认知驾驶行为指数计算方法并解析影响因素,为简化老年人驾驶适宜性评价程序、制定驾驶安全干预策略提供参考。

极端通勤群体驾驶愤怒表达与诱因关联模型

极端通勤群体(通勤时间超过60 min的人群)由于长时间、高压力的通勤环境易产生驾驶愤怒,从而影响交通安全。针对极端通勤群体的“路怒症”现象,研究了量化极端通勤群体驾驶愤怒表达与诱因关联关系的模型。通过编制适用于极端通勤群体的驾驶愤怒量表(driving anger scale for extreme commuting group,EC_DAS)和驾驶愤怒表达量表(driving anger expression inventory for extreme commuting group,EC_DAX)对450名往返燕郊与北京的极端通勤驾驶人进行问卷调查。基于调查数据,通过探索性因子分析、信度和效度检验对量表进行修订,构建了以无礼行为、交通障碍、缓慢驾驶、极端通勤和违法驾驶为外生潜变量,借助车辆发泄与口头攻击为内生潜变量的极端通勤群体驾驶愤怒表达与诱因关联模型,并运用结构方程模型量化了愤怒诱因对极端通勤群体驾驶愤怒表达行为的影响。结果表明:(1)EC_DAS中缓慢驾驶得分最高(3.37),其次为极端通勤(3.07),违法驾驶得分最低(2.95),EC_DAX中口头攻击得分(2.99)高于借助车辆发泄得分(2.90);(2)结构方程模型拟合良好,无礼行为、交通障碍、缓慢驾驶、极端通勤、违法驾驶等诱因对借助车辆发泄与口头攻击均有显著正向影响,其对口头攻击的解释方差(38%)比借助车辆发泄(37%)更高;(3)缓慢驾驶、极端通勤和交通障碍是借助车辆发泄最显著的3个诱因,其标准化影响效应系数分别为0.221,0.169,0.162;交通障碍、缓慢驾驶和无礼行为是口头攻击最显著的3个诱因,其标准化影响效应系数分别为0.215,0.189,0.148;(4)性别和月收入对不同诱因下的愤怒水平以及愤怒表达的影响不显著,年龄与无礼行为、交通障碍和违法驾驶下的愤怒水平呈显著负相关,驾龄与极端通勤下的愤怒水平、学历与缓慢驾驶下的愤怒水平以及职位与交通障碍下的愤怒水平也均呈显著负相关。

山区公路线形及天气对驾驶人生理及行为特性影响

目的探究山区公路线形与天气条件对不同熟练度驾驶人生理及行为特性的耦合影响。方法通过开展实车试验,采集20名驾驶人在山区公路驾驶过程中的生理及行为特性数据,以心率增长率和瞳孔面积变化率为生理指标,以速度均值和标准差为行为指标,分析不同熟练度驾驶人在山区公路不同线性及天气条件下的驾驶负荷变化规律,使用熵权TOPSIS法对驾驶负荷进行量化评价。结果降雨量、线形条件和熟练度对驾驶人生理变化和速度控制具有显著影响;此外,降雨和线形耦合作用下的驾驶负荷变化显著,非熟练驾驶人、大雨/中雨和回头曲线场景下的驾驶负荷相对较高,相对接近度均高于0.5。结论驾驶负荷与降雨量呈正相关关系,与熟练度呈负相关关系,回头曲线路段驾驶负荷高于直线段,研究结果可为山区公路安全预警防控及安全配套设施设置提供参考。

老龄化视角下的驾驶行为分析与智能辅助装置研究综述

为了设计更具包容性的智能车辆,需要开展老年人驾驶行为分析以及相关智能辅助装置开发。本文综述了相关研究,总结了老年人的交通事故特点以及生理、心理因素对老年驾驶行为的影响,阐述了融合高级驾驶辅助系统(ADAS),以及物联网技术(IoT)的健康监测系统、基于智能语言模型的机器人驾驶员代理系统等智能辅助装置。本文所述研究为老年驾驶员提供了驾驶行为分析与智能辅助装置的创新解决方案,同时为智能车辆和交通系统的未来发展提供了有益的参考。

基于LSTM的驾驶行为风险评估研究

为解决驾驶行为引起的交通冲突预测误差大的问题,采用LabVIEW构建了驾驶员驾驶行为数据集,并利用LSTM(Long Short-Term Memory)算法对驾驶行为进行风险评估,得出综合风险因数;在实车测试中,将风险因数与跟驰模型结合,建立了驾驶员碰撞风险评估模型,并验证其精度。研究结果表明:1)综合风险因数是道路风险预测的主要参数,其分值越高则事故发生率越高;2)基于LSTM的碰撞风险评估准确率为96.26%,高风险驾驶行为的识别速度可缩短到1.72 s;3)基于LSTM驾驶行为的碰撞风险评估模型精度高、评估稳定、反应迅速,可为预防交通事故、促进智能交通发展提供及时可靠的安全预警信息。

不同颜色光环境对长隧道中段驾驶员视觉疲劳缓解作用的研究

以长隧道照明为基础,通过模拟驾驶试验,选择瞳孔面积、扫视幅度、扫视速度等参数对不同颜色光环境下视觉疲劳缓解效果进行量化,分析了驾驶员视觉疲劳现象产生原因,使用模糊评价模型对其进行综合评价,提出了通过布置不同颜色光环境来缓解驾驶员视觉疲劳的措施。研究结果表明:不同颜色光环境对应的瞳孔面积和扫视幅度具有显著差异,红光的视觉疲劳缓解效果最好,其次是黄光;有3种颜色光环境对应的瞳孔面积变化率均小于20%,不会给驾驶员带来较大的视觉刺激。

高速公路隧道进出口视觉震荡与行车安全研究

利用EMR-8B眼动仪，以高速公路隧道进出口驾驶员的瞳孔变化为研究对象，在大量行车试验基础上，针对明暗适应中的视觉震荡现象，选取换算视觉震荡持续时间作为驾驶员视觉舒适度评价指标，用于评价隧道进出口驾驶员视觉负荷程度及行车安全性。结果表明：当隧道进出口行车速度控制在85km·h^-1以下时，能保证驾驶员良好的视觉舒适度，并得出高速公路隧道进出口停车视距应比现行规范增加20～30m。

昼间颜色对行驶中驾驶人距离判识的影响

选取32名驾驶人进行不同颜色障碍物距离判识对比试验。在车辆行进方向,分别对红色和绿色障碍物在不同的距离、车速下进行距离判识,获得驾驶人对距离判识值,统计分析距离判识数据,取均值回归分析驾驶人对不同颜色障碍物距离判识变化的定量规律,建立数学模型,定量比较颜色对障碍物距离判识的影响程度。试验结果表明:随着车辆运行速度的增加,距离判识值不断下降,两者之间呈负指数变化关系;不同的颜色判识变化趋势一致,但冷颜色障碍物的判识距离大于暖颜色。

道路环境对驾驶人眼动行为影响的试验研究

为了分析道路类型条件对驾驶人眼动行为的影响,分别在城市道路、城乡结合道路及山区公路上开展试验,利用Eye LinkⅡ型眼动仪对20名驾驶人的眼动行为进行测试和记录,分析不同道路环境中驾驶人的注视区域、注视目标及注视时长等特征.结果表明,驾驶人根据道路环境的变化调整其视觉搜索行为,在交通环境相对简单的道路上,驾驶人注视较远且平均注视时间较短,而在交通环境复杂多变的道路上,驾驶人注视较近且平均注视时间较长.研究结果为深入研究驾驶人的视觉行为规律、提高驾驶人行车安全性奠定了试验基础.

视觉分心时驾驶人注视行为特性分析

为探寻视觉分心对驾驶人注视行为的影响,研究视觉分心时的驾驶人注视行为,用非接触式眼动仪采集多位被试驾驶人在实际驾驶过程中的眼动数据,并将其注视区域分为4部分,分析驾驶人视线离开前方区域情况下的注视频次及注视时长特性。结果表明:驾驶人在视线离开前方区域情况下,超过60%的注视对象是车内区域,且驾驶人观察左后视镜区域的次数高于右后视镜区域。约90%的注视时长小于1.0 s,注视时长为0.4～0.8 s的比例超过50%。驾驶人对左后视镜、仪表板和音响设备区域的注视时长均值比较接近,而对右后视镜的注视时长均值大于这3个区域。

不同通道宽度条件下汽车驾驶员注视点分布规律

为分析驾驶员感知-判断-操作行为模式,对驾驶员在通过不同通道宽度障碍物时的动态视觉进行研究。用眼动仪等设备记录了驾驶员在通过设定障碍物间的通道宽度时眼睛注视点的变化和相应的车辆行驶速度,分析了在7.04、.4、3.5、3.0和2.0 m五种通道宽度条件下驾驶员注视点变化的分布规律。试验结果显示,无障碍物时,对应通道宽度为7.0 m,驾驶员注视点在车辆前方较远处和道路的中央区域;通道宽度较充裕时,对应通道宽度为4.4和3.5 m,驾驶员注视点主要在左侧障碍物和道路中央;通道宽度较窄时,对应通道宽度为3.0 m,驾驶员注视点频繁在左右两侧障碍物间移动;随着驾驶任务难度增加,驾驶员的注视点分布区域变近,视线的变化频率提高。

基于驾驶员紧急制动行为特征的危险估计算法

基于真实交通工况下驾驶员的紧急制动行为特征,建立了一种新的危险估计算法用于汽车避撞系统的控制策略开发.通过在车辆上安装车辆行驶记录仪采集了目标区域内驾驶员的真实交通场景;对采集到的交通场景进行人工筛选,并按照美国高速公路安全管理局(NHTSA)的分类方法进行了分类,得到了6种典型的危险工况;通过视频图像处理等方法对典型危险工况下驾驶员的紧急制动行为进行了分析,得到了驾驶员紧急制动起始点的碰撞时间tTTC值以及车辆在紧急制动过程中的平均制动减速度,并利用这些数据建立了基于碰撞时间倒数tiTTC和期望减速度areq的危险估计算法.这种危险估计算法能够同时考虑两车快速靠近以及稳定跟车工况,并与驾驶员在真实交通环境中的紧急制动行为相对应.