交通运输实验报告.docx
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交通运输实验报告
人-车-路（环境）模拟试验报告
《交通运输》课课程实验
专业：
交通工程
姓名：
韦丹
学号：
20090795
指导老师：
高利
日期：
2012年6月
驾驶行为的人-车-路（环境）模拟实验报告
──车辆行驶状态为直线跟驰和突发事件下的人-车-路（环境）模拟实验
班级03410901学号：
20090795姓名：
韦丹
一、实验题目
驾驶行为的人-车-路（环境）模拟实验（直线跟驰和突发事件，疲劳状态驾驶和非疲劳状态驾驶）
二、实验时间
2012年5月20日
三、实验地点
交通运输工程实验室-车载信息及车辆运行环境实验室
四、实验目的
本实验属于《交通运输》课程的实践教学环节，是在学习了交通运输学概论、交通中人的特性（尤其是驾驶员的特性）、交通流等基本理论的基础上，综合所学相关交通运输学、交通工程学的知识，利用虚拟视景技术，实现车辆在直线跟驰和突发事件状态下的人-车-路（环境）模拟实验。
实验中通过测试车辆行驶状态和驾驶参数以及驾驶员驾驶特征参数，特别是驾驶疲劳时的特征、眨眼频次、眼闭合时间、脑电、肌电及皮温等,并分析其变化特征，加深对所学相关交通运输学知识的理解，提高研究探索能力。
五、实验设备
1、车载信息及车辆运行环境系统（包括全顺JX6545-H客车1辆，投影及屏幕1套，支撑及转角盘1套，Vega视景软件系统1套，驾驶参数传感器1套）；
2、监控系统1套（包括CCD摄像机1个，硬盘录像机1个，图像传输设备1套）；
3、加拿大ThoughtTechnologyLtd.公司研究开发的BioGraphInfinit的BioPro5型多导生理反馈测量系统1套（包括ProcompInfiniti生物反馈仪测量仪，脑电、肌电等传感器，驾驶人的面部表情采集系统，Genovel型高级电脑1台，脑电测量电极1个，肌电测量电极1组等）；
4、其他设备系统。
5、设备及信息流向图如下：
六、实验步骤
1、实验理论及需注意事项介绍：
实验开始前，高利老师对本次模拟实验的主要内容和注意事项进行了整体的讲解介绍：
本次实验是有关驾驶行为人—车—路（环境）模拟实验，整个实验为针对驾驶员在模拟环境下的跟随驾驶行为和驾驶员的各项数据的检测和记录。
讲解的最后高利老师强调各小组要分配好组员，分别负责记好相应数据，并在实验结束后对所记录的数据进行分析、处理、并得出结论。
2、驾驶员选择（一名疲劳驾驶员，一名非疲劳驾驶员，都有驾照）
本次实验为直线跟驰和突发事件状态下的驾驶行为的人-车-路（环境）模拟实验，分为疲劳驾驶和非疲劳驾驶两个状态的实验，所以实验前需要选择驾驶员2名（疲劳的和非疲劳的），并要求其如实填写有关行为判断表格，驾驶员所面对表格参照美国航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration）针对飞行员的驾驶行为检测，驾驶前后均需要填写，统计结果具有很强的分析价值。
3、小组人员分组
由于本次实验由四个部分组成，学生需要在四个位置做好实验观察和数据记录，所以实验前需要将所有人员分为四个小组，即控制室观察组、视频采集组、驾驶员状况记录组以及脑电肌电测试组。
我被分在脑电机电测试组，负责采集记录驾驶员脑波电图。
4、进行预实验及实验
（1）对疲劳状态受试者进行测试。
（2）对精神饱满状态受试者进行测试。
每次测试均按如下步骤进行：
受试者上车，在头部单极脑电（EEG）电极放置位置用酒精棉球或磨砂膏擦拭干净，以便去除皮肤的角质层并增加导电性能，将盘状电极涂满导电膏按国际10-20系统电极放置方法安放固定牢固，用酒精棉球或磨砂膏擦拭两个耳垂并安放脑电参考电极（即耳夹）；将肌电（sEMG）传感器安放在额头肌中部。
启动视景系统，启动录像和脑电肌电测试设备，待脑电与肌电数值稳定后开始训练计时并进行驾驶，驾驶到重度疲劳后停测，备份数据供撰写报告使用。
5、实验数据分析和拷贝
实验完成后，各小组学长向小组成员简单讲解实验数据的分析处理方法，并将相关实验记录数据拷贝给学生，高利老师进行了实验状况的总结，并提出了实验报告书写要求及交报告的时间。
七、实验内容
根据驾驶行为的人-车-路（环境）模拟试验──车辆行驶状态及驾驶参数表可知有：
累计时间、行驶总距离、行驶速度转向盘转角、右车轮转角、车辆偏距、制动电压、加速电压、转向电压、距交交叉口1、2、3、4，及行驶速度；除了上述数据，还有驾驶人的脑电、肌电等数据。
如图1、图2为采集数据的截图。
图1疲劳驾驶员驾驶参数
图2非疲劳驾驶员驾驶参数
图3疲劳驾驶员脑电参数
图4非疲劳驾驶员脑电参数
1、车辆的行驶状态及驾驶参数
在由计算机创造的模拟驾驶环境中，计算机相应的程序可以明确的记录驾驶的每一个时刻的车速、偏距、加速度、方向盘和车轮的相关信息。
根据驾驶人驾驶的车辆的行车轨迹的变化，可以分析得到驾驶人出现驾驶疲劳时候的信息。
（1）行使车速
实验中，汽车的行驶状态分为两个阶段：
第一阶段是直线跟驰；第二阶段是突发事件。
图5非疲劳驾驶员行驶车速变化图
图6疲劳驾驶员行驶车速变化图
由上图5、6可知：
在整个行驶过程中，跟驰车辆的速度随着被跟驰车辆的速度的变化而变化，总体上表现为前期速度较低，后期速度较高，当出现碰撞后，跟驰车辆的速度会出现波动。
突发事件状态下，车辆表现为自由行驶，当有突发时间发生后，由于驾驶员采取制动措施，车辆速度骤降，而后有增大到自由速度。
对比图5和图6可知：
不清醒驾驶员的速度特性较为混乱，波动起伏较大，驾驶无规律
（2）车辆偏距
虚拟视景中的道路设计是直路，一般情况下，当驾驶员正确操作时，车辆会保持良好的行驶状态，基本上成直线行驶，不会出现较大的左右浮动。
但当驾驶员由于长时间的驾驶活动，出现驾驶疲劳的时候，车辆的行驶轨迹会不断的左右浮动，严重时呈现“S”形的轨迹。
如图4为驾驶员跟驰阶段车辆的偏距变化图。
图7非疲劳驾驶员偏距
图8疲劳驾驶员偏距
上图中，“0”值所代表的是道路中央分割线，其右侧偏距为正，左侧偏距为负，正常情况下，车辆应该行驶在数值为“+3”左右的地方。
偏距有较大偏差的时候是汽车发生了碰撞或者其他特殊情况。
2、脑电数据分析
实验中，脑电数据分析采用的是BioGraph多导生理反馈测量系统，如图9所示。
图9
人类的大脑能够产生不同频率的脑波，脑波会因为大脑活动的情况而产生变化，脑波是测量神经细胞规律性振动的电流形态。
根据有关研究显示，人体产生的不同频率的脑波和人的意识有着密切的关系。
以下为不同脑波所暗含的意义：
脑波分类
频率
暗含的意义
Δ波
0-3.5HZ
熟睡
θ波
4-7HZ
迷迷糊糊
α波
8-12HZ
轻松、愉悦
SMR波
12-18HZ
能够感觉到运动的规律
β1波
15-18HZ
能够对细节做出处理
β2波
19-22HZ
高度集中兴奋
HRβ波
23-38HZ
高度警觉
γ波
38-40HZ
大脑各区域兴奋
表一脑波分类
另外，驾驶员额头上安装的肌电测量传感器，通过对驾驶员驾驶中额头肌电的测量，可以了解到驾驶员出现驾驶疲劳的时候的肌电显示，从而得到肌电显示和驾驶疲劳现象的关系。
将本次实验中驾驶员的几个具有代表性的表情进行分析。
根据其表情对驾驶员疲劳程度进行说明。
在图一图二中，直线跟驰，驾驶员专心且面部表情比较放松；图三和图四中有突发情况，驾驶员驾驶员对十字路口突然横行出现的另一辆做出的反应，面部神经比较紧绷，嘴唇紧抿，集中精力应对突发情况的表情。
3、车辆行驶状态及驾驶参数分析
由于在实验过程中为跟随车辆行驶，模拟路段为长安大街天安门前的路段，基本都为直行路段，所以与转弯相关的有关数据在此不予以分析。
另外由于数据过多，再次仅就典型情况下的数据进行截取、分析。
参数中加速电压指示节气门开度，制动电压指示制动踏板位移，转向电压指示转向角控制。
在下面主要分如下几个方面进行分析：
（1）转向电压、加速电压、制动电压随行驶累计时间和行驶总距离的变化关系
截取研究数据序号30—60段，这一阶段包括先制动后加速的过程。
编号
累计时间
累计总距离
行驶速度
转向盘转角
右车轮转角
车辆偏距
制动电压
加速电压
转向电压
585
482.571
2317
28.2
-3.5
-71.9
5.55
0.242
1.145
2.51
586
482.945
2319.9
28
-2.6
-71.9
5.54
0.242
0.459
2.507
587
483.321
2322.8
27.7
-10.5
-72.1
5.55
0.283
0.515
2.529
588
483.695
2325.7
27.5
-7.8
-71.9
5.57
0.762
0.479
2.522
589
484.068
2328.5
27.3
-3.5
-70.6
5.61
1.255
0.442
2.51
590
484.444
2331.3
24.9
-6.1
-70.6
5.66
1.575
0.464
2.517
591
484.821
2333.7
20.3
-7
-71
5.71
1.753
0.447
2.52
592
485.201
2335.6
15.4
-4.4
-71.7
5.75
1.838
0.471
2.512
593
485.574
2337
10.4
2.6
-71.9
5.79
1.846
0.471
2.493
594
485.948
2337.8
5.3
7.8
-71.5
5.8
1.855
0.471
2.478
595
486.321
2338.2
0.2
2.6
-72.4
5.81
1.868
0.51
2.493
596
486.695
2338.2
0
4.4
-72.4
5.81
1.819
0.471
2.488
597
487.069
2338.2
0
8.7
-71.7
5.81
1.792
0.439
2.476
598
487.443
2338.2
0
-2.6
-72.1
5.81
1.819
0.493
2.507
599
487.817
2338.2
0
2.6
-71.9
5.81
1.685
0.479
2.493
600
488.191
2338.2
0
2.6
-71.2
5.81
1.101
0.454
2.493
601
488.565
2338.2
0
3.5
-71.2
5.81
1.13
0.5
2.49
602
488.939
2338.2
0
1.7
-71.7
5.81
1.106
0.498
2.495
603
489.313
2338.2
0
0.9
-70.8
5.81
1.064
0.469
2.498
604
489.687
2338.2
0
2.6
-70.3
5.81
1.094
0.471
2.493
605
490.034
2338.2
0
3.5
-69.7
5.81
1.074
0.493
2.49
606
490.37
2338.2
0
0
-69.2
5.81
0.422
0.483
2.5
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