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原文传递海底隧道环境下驾驶人脑电特征研究及其行车安全性分析

论文题名：	海底隧道环境下驾驶人脑电特征研究及其行车安全性分析
关键词：	海底隧道;驾驶人;脑电信号;行车安全;交通环境
摘要：	随着我国经济的快速发展，越来越多的海底隧道被建造并投入到使用。受海底隧道照度变化、纵坡条件以及单调的背景环境等不利因素影响，海底隧道交通事故频发，因此，如何保障交通安全成为了海底隧道运营管理的一项重要研究课题。　　本文针对海底隧道，在天气良好的平峰时段，利用照度计、脑电仪、录像机等实验设备，以青岛胶州湾海底隧道为实验地点并开展实车实验，同步采集驾驶人通过海底隧道时的脑电数据以及海底隧道驾驶环境数据，运用数理统计与脑电科学的相关理论，分析海底隧道交通环境对驾驶人脑电信号的影响。　　基于实验数据，分析海底隧道环境与驾驶人脑电信号，并提取特征变量，确定了照度、纵坡、行驶距离3个海底隧道驾驶环境特征量。分别从大脑脑区、脑电频段、脑电特征量以及海底隧道环境特征量等多个方面分析了脑电信号与海底隧道驾驶环境之间的相关性，确定了各环境特征量的最佳研究区域。将脑电信号功率谱按照频率进行分类，分析了海底隧道不同研究区域的脑电功率谱差异，研究了海底隧道各环境特征量对驾驶人大脑活跃水平的影响；分析驾驶人在不同研究区域的脑电功率的变化，研究驾驶人大脑及不同脑区活跃程度的变化规律；建立了照度、纵坡、行驶距离3个海底隧道驾驶环境特征量及其相互耦合作用下的脑电功率变化模型，并基于此模型对海底隧道的行车安全性进行了分析。　　研究结果表明：（1）驾驶人脑电信号与海底隧道驾驶环境之间普遍存在着相关性，驾驶人的各脑区、各频率的脑电波都参与到了海底隧道驾驶过程之中，其中，代表运动中枢的额叶区、代表视觉中枢的枕叶区是与海底隧道驾驶环境的相关性最高的两个脑区；代表驾驶人注意力集中程度的α波、β波是与海底隧道驾驶环境的相关性最高的两个脑电波。（2）海底隧道照度变化区域集中在出入口段，海底隧道出入口段与非出入口段的功率谱密度有着明显差异，出入口段α波、β波的功率谱密度明显大于非出入口段，驾驶人在海底隧道出入口段更加兴奋，心理更加紧张；在海底隧道入口段的前50m与出口段的后50m，脑电β波功率急剧变化并处于较高水平，β波功率变化规律与海底隧道照度变化规律的契合度较高；枕叶区是对照度变化最敏感的脑区。（3）驾驶人行驶在不同纵坡坡度的区域时，所在区域的纵坡越大，驾驶人脑电β波功率越大，驾驶人大脑越活跃；驾驶人在经过纵坡变化区域时，大脑活跃水平明显提升，但随着驶离变坡区，驾驶人大脑活跃水平会逐渐回落；额叶区是对纵坡坡度变化最敏感的脑区。（4）在整个海底隧道行驶过程中，行驶距离对驾驶人脑电的影响是缓慢且持续的，随着行驶距离的增加，驾驶人脑电活跃水平逐渐降低，驾驶人出现疲劳驾驶概率会逐渐增大。
作者：	杨永正
专业：	交通运输工程
导师：	潘福全
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2021