基于驾驶员生理、心理驾驶工作负荷的计算理论与方法研究

驾驶员驾驶工作负荷计算的研究对道路交通环境条件的建设和管理具有重要的科学研究和应用价值，是降低我国道路交通事故严峻形式的关键技术。但目前驾驶员驾驶工作负荷计算研究尚处于初级阶段，理论基础和实践问题急需解决。本项目将在已有相关研究的基础上重点研究基于驾驶员认知的生理心理特征和量化领域的计算理论和方法，尤其是要研究驾驶员多通道、动态时序生理心理、驾驶行为和道路交通条件信息的获取、建模、分析和识别方法，驾驶员多通道信息和不同层次信息的同步感知与融合理论与方法，以及真实、准确的驾驶工作负荷表达的同步与协调方法，力争在这些问题上取得一些突破。项目目标是要实现道路交通环境条件对驾驶员驾驶工作负荷影响的生理心理量化指标和安全驾驶工作负荷阈限计算方法。

本研究从驾驶工作负荷多层次、多通道参数实时协同理念出发，融合多种生理心理和驾驶行为参数，实验研究驾驶工作负荷特征规律及计算方法，取得主要研究成果如下：.(1) 驾驶工作负荷生成机理及多通道信息的参数表达. 在分析驾驶认知过程原理和层次结构的基础上，研究驾驶工作负荷生成机理，提出了驾驶工作负荷理论，阐述了驾驶工作负荷与交通安全的关系；在驾驶工作负荷生成理论基础上，提出以驾驶工作负荷语言、驾驶员生心理反应和车辆行为状态三个层面表征驾驶工作负荷计算框架，即驾驶工作负荷的计算参数由三者共同表达；遵循能够定量和定性反映驾驶工作负荷的变化程度原则，发现了能表征驾驶员驾驶工作负荷的多通道生心理参数测量指标和车辆行为状态参数测量指标。.(2) 确定了驾驶工作负荷计算模型的有效指标. 驾驶工作负荷参数指标初步分析和驾驶工作负荷指标有效性检验，是驾驶工作负荷参数筛选研究的高层次的抽象表达。通过研究确定可以有效表达驾驶工作负荷的指标有：脑电、心率、LF/HF、血氧、速度差、加速度变化量、心率变化量，为驾驶工作负荷参数融合与建模研究奠定基础。.(3) 驾驶工作负荷多层次、多通道参数信息识别、融合与建模. 采用模糊聚类的识别算法研究驾驶工作负荷多层次、多通道参数指标表征的最优特性，研究得出除血氧外的6个指标对于被试状态的识别效果都在60%以上，脑电的识别效果最好，心率和心率变异性次之；基于多参数融合机制，通过主成分分析法把各个驾驶工作负荷特征参数有机结合起来，建立驾驶工作负荷模型如式1所示，实现对驾驶工作负荷鲁棒、高精度识别，实现高、低和正常驾驶工作负荷的真实表达。.驾驶工作负荷模型表达式1. Y=0.403zx1+0.406zx2+0.395zx3-0.185zx4+0.409zx5-0.399zx6+0.396zx7.注：驾驶工作负荷识别的特征向量x，即X={x1，x2，x3，x4，x5，x6，x7}，分别对应脑电、心率、LF/HF、血氧、速度差、加速度、心率变化量。