驾驶负荷文献综述

（一）背景我国道路交通建设得到了迅猛发展，近1年0来，我国道路里程增长了2倍；同时，我国道路交通安全形势却异常严峻，2002~年2期0间1，1我国因道路交通事故平均每年死亡的人数为8.万7人。道路交通安全已成为人民普遍关注的焦点。研究表明，大约四分之一的交通事故是因交通要素中人与道路/环境不协调引发的。交通安全成为交通所面临的一个重要题，世界各国都在致力于减少道路交通事故的发生。为了提高道路交通安全水平，需要通过安全评价方法分析其安全现状，分析交通事故深层次原因，并提出针对性的改善措施。智能驾驶本质上涉及注意力吸引和注意力分散的认知工程学，主要包括网络导航、自主驾驶和人工干预三个环节。智能驾驶的前提条件是，我们选用的车辆满足行车的动力学要求，车上的传感器能获得相关视听觉信号和信息，并通解决我们在哪里、到哪里、走哪条道路中的哪条车道等问题;自主驾驶是在智能系统控制下，完成车道保持、超车并道、红灯停绿灯行、灯语笛语交互等驾驶行为;人工干预，就是说驾驶员在智能系统的一系列提示下，对实际的道路情况做出相应的反应。汽车驾驶基国望晶复杂化稻口察统.辅助勤觇系线的仙用基国望晶复杂化稻口察统.辅助勤觇系线的仙用简单化干道保监，门适隔巡肮不辅助功传滂出音速滂出音速精神负荷评估

运用玛餐状菱,心鲤上

舞等参放W价甥改M程

巾的楮神员荷适应乔救员心理小理特

性的期能和助理股索统

（二）国内研究现状1、驾驶负荷影响因素武汉理工大学智能交通系统研究中心从交通心理学的角度;研究了高速公路匝道区的道路交通特性和交通安全特性;并结合驾驶人的认知特性;归纳提取了影响驾驶人生理指标发生变化的主要因素。其次;通过设计实车实验;获取了真实道路运行环境下被试驾驶人的生理特征数据、道路环境信息和驾驶行为信息。然后;在对驾驶负荷进行理论研究的基础上结合实验数据广采用相关性分析方法;得到能够表征驾驶人驾驶负荷的最佳生理指标量化驾驶负荷。最后;在不同实验场景道路环境信息和驾驶负荷指标进行量化的基础上;研究了匝道区不同路段交通组织形式和道路附属设施设计情况对驾驶人驾驶负荷的影响;并得到分/合流区交通组织形式和交通标志信息量对驾驶人驾驶负荷均会产生影响的结论。车内环境|l车外环境一信息输入一,车内环境|l车外环境一信息输入一,兴趣情绪二广、匕峥

而小占感觉X环境一f感觉X环境一f1器官A余V-—中枢神经大，E-S-LL■身体条件有关。驾驶负荷还与驾驶人感知的环境信息量有关;有关。驾驶负荷还与驾驶人感知的环境信息量有关;行车环境具有不同的信息量，同一驾驶人行驶在不同环境条件下其驾驶负荷也将不同。近几年，国内外学者开始从驾驶行为和心理学对高速公路安全问题展开研究。在国外，韩国学者和等人应用脑电仪对道路的直线长度和交叉口的进口道进行了研究，也获得了令人信服的研究成果在国内，张开冉等人在200年1，利用心率变异系数研究了道路边缘线对驾驶疲劳的作用。结果表明，“不同路况下行驶时，驾驶人的精神疲劳程度相差不多，但晚间行车时相对紧张，在有边缘线的道路上行驶时相对轻松”。200年3郑柯运用动态心电仪、动态及摄像机等仪器设备展开实验，实验采用名驾驶人在正常运营的高速公路一段长的顺直路段上行车个来回，最终获得了被实验驾驶人的紧张量与车速、超车等要素间的定量关系。郑柯在年还应用动态心电仪（和等仪器，在一段长的高速公路路段上，于正常交通流条件下，对10名驾驶人进行行车实验，并从大量实验数据中提取出实验车不受超车、被超车和跟车行驶影响的数据。在此基础上，通过对实验数据深入的分析，建立了自由流下在高速公路平曲线上行车时，车速、半径和心率增量之间的回归模型。20年0王7书灵通过心率增长率指标的提出，建立了驾驶人行车的生理反应与道路纵断面线形、车速等之间的定量关系模型，该模型计算的精度比较好，能够反应驾驶人实际运行过程中的心率增长的变化。马艳丽等研究发现当车辆行驶在复杂的交通环境中时，因突显信息的出现，驾驶人会表现出应激状态，对外界情况综合判断能力下降，无暇思考便立即做出判断，极端情况下失去判断能力；难以维持平衡的动作，甩力过大，动作准确性下降，出现错误动作厂极端情况下失去操作能力。此外，相关学者还对不同的道路环境、特殊路段（长大下坡、弯道、坡道等）、路边设施等方面展开了研究，提出了评价驾驶负荷的相关指标，如眼动指标、心率变化率和脑电等。2、驾驶负荷主客观评价方法“精神负荷（）”这一概念始于人因工程研究领域，研究人员在进行人机交互系统优化研究中提出了这一概念。标准对这一概念做出了规范的定义。在这一标准中，精神负荷被划分为精神压抑感（）和精神紧张感（）两个部分。紧张感的定义为所有的外部因素对精神影响的总和；压抑感定义为压力感的即时效应，取决于个体的行为习惯、个性等内在因素。这一定义从内在因素和外在因素两个角度对精神负荷进行了说明。对驾驶过程中精神负荷的定义如下：精神负荷受到外部交通环境和内在认知状态的影响，反映了驾驶员执行相应的驾驶任务或非驾驶相关任务时的紧张感和压力感。主观测量法是指让驾驶人陈述驾驶过程中工作负荷体验或者更具这些体验对驾驶过程中的作业任务进行排序、分类或量化评估，该方法通过报告或问卷的手段，对驾驶任务执行的难易进行主观描述，让驾驶人从自身的角度对当前的驾驶负荷进行评价。目前国内外相关研究中比较常用的主观测量方法主要有种，分别为量表法美国国家航空和航天管理局任务负荷指标）主观性作业负荷评价技术）库柏哈柏修正法和A采用主成份分析方法，将、手指体积描记图振幅和拇指出汗量三个生理变量和中三个负荷因素的加权值心理需求、时间需求和努力需求集成一个指数，从生理和主观两个方面对脑力负荷进行多变量工作负荷评定，是脑力负荷测量方法的创新和尝试。采用方法把时间、压力和努力看作是三个引起脑力负荷的主要因素，每个因素有分高、中、低三个水平，最后合并成一个脑力负荷测量指标。主观测量法用于驾驶负荷评价具有简单易行的优势，而且相关的研究成果也比较成熟，但是由于该方法受到驾驶人个体差异影响，对不同驾驶人往往存在较大的个体差异，而且评价结果偏主观，受个体素质差异影响较大，不易受研究者控制。主任务测量法主任务测量法是将驾驶人在驾驶活动过程中的各项绩效指标作为驾驶负荷评价的指标，相关的绩效指标主要有：车辆行驶轨迹、车速、驾驶正确率、反应时间、完成任务的表现等。相关研究表明，虽然主任务测量能够直接反映驾驶人的努力，但是在测量过程中，将不可避免的引入很多与驾驶负荷无关的因素，使得主任务绩效不足以解释驾驶负荷的特性。次任务测量法次任务测量法是驾驶人在驾驶活动以及完成研究者人为增加日勺任务过程中的各项绩效指标作为驾驶负荷评价指标，该方法必须是在驾驶人完成双重任务的情况下使用的，主要通过对次任务的绩效反映主任务的负荷变化。次任务测量主要有任务负载和附属任务两种范式。国内相关研究中主要采用了句子理解、造句、段落理解、自由回答等作为次要任务。相关研究表明次任务绩效能够较好的反映驾驶操作者熟练程度的差异，但却不可避免地对驾驶过程产生了干扰，对行车安全性造成了影响。生理测量法驾驶人所承受驾驶负荷的情况及心理状态的变化，会直接反应在一些生理指标的变化上，并且相应的生理指标可以通过专业的生理信号采集设备得到实时观测和记录，进而通过对这些指标的分析评价驾驶负荷的特性。国内有学者就曾利用视觉需求来测量驾驶负荷，研究认为驾驶人所需的信息量越大，往往就越需要提取前方的道路信息，视觉需求也就越大，相应地驾驶人的工作负荷就越大。林英姿和余群主要采用心率和血压指标对不同车速和路线下的生理指标规律进行了研究。胡江碧在研究中指出心率是一个有效评定驾驶人工作负荷的敏感指标，心率增加与工作负荷的增加有关。柳忠起等在研究中对生理测量法用于评价驾驶负荷进行了较为详细的分析，并阐述了各类生理指标对驾驶负荷产生反应的原理和规律。宋长振在研究中采用心率和指标的生理测量法对驾驶负荷进行了定量化研究，详细说明了这两项指标用于驾驶负荷研究的可行性。张智君，朱祖祥在研究中采用模拟追踪作业，对主任务绩效测定、主观评定和若干生理测量方法等心理负荷评估方法的敏感性进行了分析验证，其中生理测量指标主要有心率、心率变异率以及血压指标。研究结果表明：主任务绩效在评估追踪作业心理负荷中具有最高的敏感性，主观评定次之，心率变化率和心率变异变化率也随负荷变化，血压指标随负荷变化的趋势不明显。张智君在研究中还对生理测量方法进行深入研究，研究中指出一个人的生理心理指标确实会随着其精神负荷变化而发生变化，而且将生理测量方法用于操纵者认知活动研究是实时客观的，该方法对操纵者工作负荷的总体评价具有敏感性高的优势。此外心率和心率变异率（指标还被用于模拟空中交通管制的研究，其在脑力超负荷水平的评定中具有较高的敏感性。以上四种驾驶负荷评价方法各有优劣，主观测量方法过于主观；主任务测量法和测任务测量法受外界干扰较大，无法确定影响驾驶负荷的相关因素；生理测量法能够客观实时测量相关指标，但在具体的测量过程中也不可避免的受到外界某些因素的影响，然而随着生理信号采集设备的不断改进，信号采集能够越来越精准的反应出驾驶负荷的特性，因此生理测量法是近年来相关研究工作者主要采用的一种评价方法，该方法能够有效地评价驾驶人的驾驶负荷。150150—140—130—120—110—100—9口一80—70—6U—50-^—40—30—20—10—0-RatingScaleMentalEffort请住觎轴线W帆完成此项任务的考力窕度CostinglotsandlotsofettbrtCo&iingverymuchci'tbnCostingmucheHbitFairlyelldntulRathereflbrttul「rulingsamrefloriCostinga'ittlcctTortHardl}eiKinfu)Costingnoellon精神负荷：仟务对于精神的压力感？体力负担：执行仟务时的体力消耗?时间紧迫感：仟务的时间紧迫程度?任务绩效：是否成功地完成了仟务?努力程度：完成任务的困难程度如何?挫败感：完成任务是否有压抑,恼怒、挫折感？嗑

(QCQVi「cnKtic+ott尸口口C17TylA口Iqq什crlaT^mt心率变异性与精神负荷之间的关系是人因工程研究等人首先在研究中发现HRV随着二元选择任务负荷的并多研究实例中也都发现了类似的规律。伊I如，Lee和P;神负担都会引起HRV的下降；Naclueiner等人出发现LF压抑程度的增加；Brooklniis和DeWaaid等人”报告称有更好的敏感性。在汽车驾驶方面，Meiller等人咨在驾驶模拟器中测理信号，发现心率随着任务难度的增加逐渐上升；Eilebr数与精神负荷的关系，采集了真实驾驶环境下驾驶员的而言，通过AR变换或FFT变换得到的LF与精神负荷辛通用汽车的Backs等人也在驾驶模拟器中测试了前方造的操纵行为和ECG信号，发现不同的道路曲率对于ECa波a波8〜12Hz(二D波13〜30Hz9波4〜8Hz8波1〜3.5Hz成年人幅度在50ilV左右，）5-20uV,注意力集中或情10〜50hV,与注意力控制用通常随着认知活动的增加而20〜2002V,频率较低而波与慢波睡眠相关，健康成年在许多研究中都观察到了EEG部分频谱参数随着今了规律性的变化，大多数研究都集中在alpha波和thetabeta和gamma波的相关研究则较少，研究中几乎没有2律性的变化。Wilson等人运测试了10名飞行员在进行表板监测任务时的EEG信号，发现在较高的精神负荷1Smith等人,记录了高、中、低难度的模拟飞行MATB发现当任务难度上升时，theta波活动相应地增强而alp：在汽车驾驶方面，Lei等人宜分析了驾驶员在换道」神负荷下EEG不同参数的变化规律，验证了EEG用工ztn七L^=1出乙不，iA^r1-工Jmt±T/4-Ln%皮电反应（SC?SkinConductance或EDA,Electrodemi统参与下的精神性出汗，其不同于热出汗，而是受脑高级研究表明，EDA参数可以作为包括驾驶在内的多种标.Baldauf等人江报告当驾驶员在模拟驾驶环境中的（务时toiucEDA（基准活动）随着驾驶精神负荷的变化市将皮电水平作为评价驾驶员认知负荷的指标之一，发现荷随任务难度的动态变化情况。之前的大量研究都证明负荷的有效指标，并且具有测试过程简单，对驾驶干扰疲劳程度和情绪状态等其他因素的影响，因此合理的试:眼动信号包括由生理记录采集的眼电信号（EOGElec集的眼球运动信号。眼电信号根据电极测试位置的不同（hEOQHonzontalElectro-Ociilogiam）和垂直眼电信号（号中可以计算得到眼球运动方向、频率、距离、速度和眼:以用作注意力或工作负荷的分析。通过眼动仪记录的眼球:象的注视位置、注视时间和频次等，可一以用来分析注意力等.Bailey和Iqbal等人皿（吏用瞳孔尺寸的平均百分比变化作:者邮件分类等任务的精神负荷指标；Cain等人工指出当彳增加时，眨眼频率会随之下降。此外，其他参数包括眨目的眨眼活动同样能够反映精神负荷的变化。在关于汽车驾驶的研究中，Victor等人也采集了119名路中心视线百分比和标准差是反映精神负荷变化的可靠指未人上设计了换道和车内信息系统交互双任务工况，采集了驾慨％嘉号也瀛于注意力分散检魏驾驶遮魅例如雌Z驾驶员近些年，随着眼动检测技术的发展和眼动检测产品£疲劳或注意力识别系统得到了广泛的应用，并且，对于?内仪表板和人机交互界面设计的重要依据。口口।・■心luJ丁UI"ILT土研究人员将模式识别领域中的方法如神经网络、支车预测中，取得了较好的效果。GYang和YL11F运用神经I进行分类，实现对驾驶员精神负荷的量化分析。在这一过实时计算ECG的8种参数，之后使用参数空间对学习矢量VectorQualification)进行训练，得到精神负荷的评价模2工况获得的ECG样本数据对模型进行了验证。Mazaeva*过傅里叶变换获取初始参数，通过主成分分析降维后作为得到精神负荷的分类模型。通过验证数据的分类表明，SC荷的变化而变化；Yang等人事也通过试验表明，EMG对二Veldluuzen等人辽通过模拟工作试验验证了面部EMG对面部皱眉肌(comigator)和额肌(tiontahs)的肌电信号也;堂A江心涮17。二个洋MTd■/力用桂油将和如直:蚌油自/血压是由于血液的流动对于血管壁的压力产生的，主参数是血压变异性(BPYBloodPiessureVariability),与4去也有研究人员选取血压作为精神负荷的指标，例如，Ve了在模拟飞行任务中血压受到不同难度水平的任务的影响现血压除了受到精神状态的影响之外，也受到局部处于工响，所以在一定程度上掩盖了精神负荷对于血压的影响。明了血压作为工作负荷的指标缺乏有效性。因此，在关号压并不作为常用的指标。

务工况，采集了驾驶员的E