考虑昼夜节律和工作负荷的驾驶全周期疲劳等级时变规律研究

Driver Fatigue is considered one major contributor to traffic accidents, especially for the accidents involving death or serious injury. Meanwhile, to avoid fatigue driving or reduce the fatigue caused risk, the time based fatigue level variation characteristics have been utilized worldwide to manage the driving schedule. However, the time based fatigue level prediction model has not been systematically studied currently and the effect of circadian rhythm and workload on fatigue level was unclear. The purpose of this project is to analyze the fatigue level by conducting simulator based or field experiments. The factors of circadian rhythm and driving workload were controlled as independent variables, and the synchronized self-reported fatigue level, the psychological measurements and driving performance measurements are recorded to estimate and exam the real fatigue level. Finally, the relation between of circadian rhythm or workload with fatigue level were evaluated, the prediction model was then established. The model of this study could be used as an important reference for developing active vehicle based fatigue warning devices and for commercial transportation enterprise to optimize the driving schedule or plan, by which was an effect way to avoid fatigue driving or reduce the influence.

机动车驾驶疲劳是导致交通事故，尤其是重特大交通事故的重要原因之一，利用驾驶疲劳等级的时变规律管理驾驶过程是世界各国避免疲劳驾驶，减少对应的交通事故的重要手段。但当前针对驾驶疲劳时变规律的理论模型研究存在不足，未能阐明时变规律的两个重要影响因素（昼夜节律和工作负荷）对等级变化的作用机理。本课题以疲劳等级时变规律为研究对象，利用模拟驾驶实验以及实车实验的手段，获取不同昼夜节律时段、不同工作负荷条件下的驾驶人主观评价、生理以及操作数据，利用多元信息融合方法，对能够有效表征疲劳等级的指标进行筛选，进而对疲劳等级进行标定。根据理论模型所辨识的疲劳程度等级，基于回归分析、结构方程模型等方法，建立以昼夜节律和工作负荷为基础、以驾驶全过程为周期的驾驶疲劳等级时变规律模型。本课题的研究成果对于阐明驾驶疲劳产生、演化机理具有理论意义，研究成果可为汽车主动安全疲劳预警、运输企业制定驾驶工作计划提供理论依据。

本项目在自然科学基金的资助下，重点围绕生理、行为参数与疲劳等级的关联性，提取疲劳程度表征指标，采用正交实验设计的手段，利用回归分析等方法对影响驾驶疲劳等级的多类型因素进行分析，建立考虑昼夜节律和工作负荷的疲劳等级时变规律模型，利用室内驾驶模拟实验和实车实验验证并优化该模型。主要工作包括：.1、机动车驾驶人疲劳等级量化度量方法。通过融合驾驶人问卷量表数据、生理数据、操作和车辆运动数据等多元信息，对疲劳等级进行精确辨识分析，获取驾驶全周期疲劳等级量化度量值。.2、驾驶疲劳各因素对驾驶人疲劳等级的影响。通过实验的手段获取驾驶工作负荷（驾驶时长）、连续驾驶期间的休息时长、驾驶前的睡眠时长、昼夜节律范围各因素影响下的疲劳等级值变化数据，建立工作负荷与疲劳程度变化间的耦合关系。.3、驾驶疲劳等级时变规律模型。从机动车驾驶人全驾驶周期的角度，分析上述四因素对应的疲劳等级变化规律间的交互作用，最终建立以时间分布、疲劳变化等为基础的疲劳驾驶时变规律模型。.本项目以驾驶全周期的疲劳等级变化规律为对象，在理论和实践上为疲劳驾驶行为的量化模型研究提供新思路，有助于加深对驾驶疲劳的产生机理的认识，进而更深层次地解析驾驶疲劳对交通安全的影响，并提出更具针对性的、更为科学的疲劳防控策略及改进措施。项目执行期间，发表学术论文20篇（15篇进入三大检索或发表在中国科技卓越期刊），做邀请报告4次，参加TRB会议2人次、CICTP 4人次、ICTIS 2人次、WTC 2人次（共10人次），同时申请发明专利10项（其中一项授权并进行了成果转化），培养了硕士研究生3名，获美国、中国相关科研奖励各1项。