【摘要】：目前,具有“全球第一公害”之稱的道路交通事故仍然是一個(gè)嚴(yán)峻的公共衛(wèi)生問題,嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活。因此,重視交通安全問題,分析交通事故的發(fā)生原因并探究其發(fā)生規(guī)律,采取防止交通安全問題發(fā)生的有效措施,從根本上減少或進(jìn)而消除交通事故發(fā)生的隱患至關(guān)重要。駕駛員作為道路交通系統(tǒng)中的一個(gè)動(dòng)態(tài)因素,是交通安全的主要承擔(dān)者,其狀態(tài)直接影響車輛行駛的高效性、穩(wěn)定性和安全性。如何基于駕駛員的角度來預(yù)防和控制交通事故已成為人們目前重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文旨在結(jié)合神經(jīng)科學(xué)與人機(jī)工程學(xué),分析駕駛員在不同的任務(wù)狀態(tài)下其腦功能活動(dòng)規(guī)律,探究其駕駛行為與大腦功能網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的映射關(guān)系。從本質(zhì)上解釋駕駛員產(chǎn)生誤踩操作行為的腦功能機(jī)制,為更加安全、高效的操作行為提供指導(dǎo),并進(jìn)一步為車輛的安全性和舒適性設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。本研究利用功能性近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)采集駕駛員在不同駕駛?cè)蝿?wù)下大腦皮層主要功能區(qū)(前額葉,運(yùn)動(dòng)區(qū)和枕葉)的腦血氧信號(hào)。采用不同的預(yù)處理方法針對(duì)性地去除信號(hào)中存在的噪聲干擾,提高腦血氧信號(hào)的準(zhǔn)確性�；谛〔ㄗ儞Q提取不同頻率間隔內(nèi)的相位動(dòng)態(tài)信息,構(gòu)建相位振子耦合模型。并利用動(dòng)態(tài)貝葉斯推論來獲取可描述耦合模型的最佳參數(shù)集,建立駕駛員腦效應(yīng)連接模型,從而定量分析駕駛員在駕駛過程中的大腦活動(dòng)規(guī)律。首先,本文研究了不同駕駛?cè)蝿?wù)下駕駛員腦功能效應(yīng)連接網(wǎng)絡(luò)的變化特征�；谀M駕駛器在正常駕駛?cè)蝿?wù)的基礎(chǔ)上,通過設(shè)計(jì)不同的駕駛風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)來增大駕駛員的腦力負(fù)荷,從而誘導(dǎo)其產(chǎn)生誤踩操作行為。本實(shí)驗(yàn)共招募12名年輕駕駛員,在模擬駕駛器上依次執(zhí)行正常駕駛?cè)蝿?wù)和復(fù)雜駕駛?cè)蝿?wù)。采用36通道的功能性近紅外光譜技術(shù)采集駕駛員腦血氧信號(hào),并同步記錄駕駛過程中操作行為信息。應(yīng)用耦合函數(shù)和動(dòng)態(tài)貝葉斯推論構(gòu)建駕駛員腦效應(yīng)連接模型,分析不同駕駛?cè)蝿?wù)下駕駛員腦效應(yīng)連接網(wǎng)絡(luò)的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明不同負(fù)荷的駕駛?cè)蝿?wù)會(huì)不同程度的增大駕駛員相應(yīng)功能腦區(qū)的激活程度。相比于靜息態(tài),駕駛?cè)蝿?wù)會(huì)增大駕駛員前額葉對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)和枕葉的調(diào)控作用。其次,復(fù)雜的駕駛?cè)蝿?wù)會(huì)導(dǎo)致駕駛員運(yùn)動(dòng)區(qū)之間以及前額葉對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)的響控作用降低,且這一變化與行車穩(wěn)定性呈顯著正相關(guān)。其次,本文分析了不同性別的駕駛員在不同負(fù)荷難度的駕駛?cè)蝿?wù)下其腦網(wǎng)絡(luò)感知特性的區(qū)別,探究性別因素對(duì)誤踩操作行為的影響。本研究應(yīng)用14通道的功能性近紅外光譜技術(shù),分別采集17名男性和13名女性駕駛員在靜息態(tài)、正常駕駛?cè)蝿?wù)和復(fù)雜駕駛?cè)蝿?wù)狀態(tài)下的腦血氧信號(hào),并同步記錄其駕駛操作行為信息�；隈詈虾瘮�(shù)構(gòu)建多頻段駕駛員腦效應(yīng)連接模型,通過動(dòng)態(tài)貝葉斯推論計(jì)算腦區(qū)間的耦合強(qiáng)度和主耦合方向。研究發(fā)現(xiàn),不同性別的駕駛員會(huì)根據(jù)駕駛?cè)蝿?wù)難度產(chǎn)生相應(yīng)的腦功能網(wǎng)絡(luò)重組情況。駕駛?cè)蝿?wù)的復(fù)雜性會(huì)對(duì)不同性別駕駛員的行車穩(wěn)定性造成不同方面的影響。同時(shí),不同性別的駕駛員其與誤踩操作行為顯著相關(guān)的耦合作用反映在不同的功能腦區(qū)之間。研究結(jié)果表明,基于功能性近紅外光譜技術(shù)所構(gòu)建的駕駛員腦效應(yīng)連接模型在評(píng)估駕駛員工作狀態(tài)等方面是可行的。不同任務(wù)難度下,駕駛員大腦運(yùn)動(dòng)區(qū)之間的動(dòng)態(tài)耦合作用可用來評(píng)估駕駛員腦力負(fù)荷狀態(tài),預(yù)測(cè)行車穩(wěn)定性。在人機(jī)交互系統(tǒng)中,通過提前檢測(cè)和預(yù)警駕駛員大腦負(fù)荷狀態(tài),有助于提醒駕駛員誤踩操作的風(fēng)險(xiǎn),進(jìn)而預(yù)防交通事故的發(fā)生,提高道路安全。同時(shí),對(duì)駕駛誤踩操作行為的腦部工作機(jī)理分析為評(píng)估駕駛能力以及人機(jī)交互界面、自助輔助駕駛系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要參考。
【圖文】：

行車過程中，疲勞、酒精或者藥物作用會(huì)引起駕駛員身體狀況異常，無法保證駕逡逑駛操作的正確性和安全性。其次駕駛員的教育水平、對(duì)交通法規(guī)的理解、認(rèn)可以逡逑及遵守程度都將直接影響道路交通安全［８］。綜上所述，，如圖１－１所示，影響駕駛逡逑員產(chǎn)生不良駕駛行為的因素很多，主要包括生理和心理兩方面。駕駛員的狀態(tài)會(huì)逡逑對(duì)車輛行駛的高效性、穩(wěn)定性和安全性產(chǎn)生非常重要的影響。因此，如何從駕駛逡逑員的角度出發(fā)采取針對(duì)性的措施來預(yù)防和控制交通事故的發(fā)生，已成為人們普遍逡逑關(guān)注的重要問題。逡逑＇反應(yīng)時(shí)間逡逑身體素質(zhì)逡逑性別差異逡逑廣生理因素藥物作用逡逑病理作用逡逑酒精作用逡逑Ｉ其他逡逑駕駛員邋￣逡逑「疲勞逡逑情緒逡逑駕駛習(xí)慣逡逑Ｌ？心理因素精神千擾逡逑智力水平逡逑性別與氣候逡逑Ｉ其他逡逑圖１－１駕駛員產(chǎn)生不良駕駛操作行為的主要影響因素［８］逡逑汽車人機(jī)工程學(xué)作為一門建立在多學(xué)科基礎(chǔ)之上的綜合性交叉學(xué)科，其研究逡逑內(nèi)容具有很強(qiáng)的實(shí)用性。從汽車安全角度出發(fā)，其主要研究駕駛員在汽車使用過逡逑程中的生理、心理以及人－車－環(huán)境相互作用等方面內(nèi)容，主要目的是為了使駕駛逡逑員與汽車更好的融合工作，提高駕駛宜人性和安全性。但傳統(tǒng)的汽車人機(jī)工程學(xué)逡逑研究并沒有過多的關(guān)注駕駛員其腦功能認(rèn)知科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的主要內(nèi)容和研究成逡逑果

大腦活動(dòng)的增加伴隨著ｒＣＢＦ的增加，從而為該區(qū)域活躍的神經(jīng)元提供更多逡逑的葡萄糖和氧氣。由于ｒＣＢＦ的增加明顯高于相應(yīng)的耗氧量，因此產(chǎn)生了血流動(dòng)逡逑力學(xué)響應(yīng)，如圖１－２所示。這一現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致大腦中局部區(qū)域的Ｈｂ０２和ＨＨｂ濃逡逑度的變化［２１］。逡逑邐ｄｅｌｔａ邋ＨｂＯｉ逡逑１邋＿邋邐ｄｅｌｔａ邋１１１邋ｌｂ逡逑Ｃ邋■邐１邋ｄｅｌｔａ邋ｔＨｂ逡逑刺激逡逑－１０邋０邐１０邋２０逡逑時(shí)間（ｓ）逡逑圖１－２大腦血流動(dòng)力學(xué)的相應(yīng)曲線Ｉ２２】逡逑１．３．２邐ｆＮＩＲＳ采集參數(shù)配置逡逑由于光學(xué)的敏感性，應(yīng)用ｍｍｓ技術(shù)在對(duì)大腦血氧信號(hào)進(jìn)行采集時(shí)，往往需逡逑要考慮不同的參數(shù)配置進(jìn)行最優(yōu)選擇，來獲取準(zhǔn)確、穩(wěn)定和信噪比高的優(yōu)質(zhì)信號(hào)。逡逑下面依次說明ｆＭＲＳ采集過程其波長的選擇及通道的布置。逡逑（１）波長選擇逡逑為了使ｆＮＩＲＳ可非侵入性地確定組織中Ｈｂ0２和ＨＨｂ的濃度變化，并且濃逡逑度信號(hào)具有較好的信噪比，我們必須考慮組織中成分的光學(xué)性質(zhì)。在介質(zhì)方面，逡逑因?yàn)榻t外光只能被水、血紅蛋白、膠原蛋白和蛋白質(zhì)弱吸收，ｆＮＩＲＳ的光譜范逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U491.254

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本文編號(hào)：2685688