【摘要】：近幾年,汽車的保有量逐年增加,因此帶來的安全問題備受關(guān)注。文獻(xiàn)研究表明,駕駛員在駕駛過程中易突發(fā)腦中風(fēng)等心腦血管疾病,其中高負(fù)荷駕駛是一個(gè)重要誘發(fā)因素。為了滿足人們對(duì)汽車多功能性的需求,汽車人機(jī)交互界面越來越復(fù)雜,這無疑增加了駕駛員的駕駛負(fù)荷。對(duì)汽車駕駛室人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià),成為當(dāng)前汽車人機(jī)工程學(xué)領(lǐng)域需要解決的重要課題。因此,本文旨在從駕駛員心腦功能連接角度出發(fā)分析駕駛負(fù)荷,為人機(jī)交互界面優(yōu)化設(shè)計(jì)提供可靠的理論依據(jù)。心腦功能連接狀態(tài)可反映大腦在面對(duì)機(jī)體血壓變化時(shí)調(diào)節(jié)腦血流的能力。駕駛員在應(yīng)對(duì)高的駕駛負(fù)荷時(shí),大腦耗氧量勢(shì)必增加。為了確保腦細(xì)胞可以進(jìn)行正常的代謝活動(dòng),就需要有充足的腦血流灌注。因此,通過研究駕駛員的心腦功能動(dòng)態(tài)調(diào)整能力來評(píng)估駕駛負(fù)荷是目前可行的評(píng)價(jià)方法。對(duì)于腦血流自主調(diào)節(jié)(心腦功能動(dòng)態(tài)調(diào)整)的分析,近紅外光譜已被公認(rèn)為是一種非常合適的技術(shù)。一方面,它不僅有好的時(shí)間分辨率(接近于毫秒),還有好的空間分辨率(5-10毫米),可以探測(cè)大腦組織微循環(huán)的氧合血紅蛋白濃度變化,結(jié)合動(dòng)脈血壓的檢測(cè),就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大腦進(jìn)行局域化的心腦功能連接評(píng)估。另一方面,基于近紅外光譜原理檢測(cè)的氧合代謝信號(hào)不容易受運(yùn)動(dòng)噪聲的干擾,而且相應(yīng)檢測(cè)設(shè)備具有便攜性,可以對(duì)駕駛員進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。本文首先通過設(shè)計(jì)警惕操作任務(wù)平臺(tái)來模擬駕駛員在實(shí)際行車過程的駕駛負(fù)荷,然后利用近紅外光譜設(shè)備采集駕駛員在靜息態(tài)和警惕任務(wù)狀態(tài)下前額葉區(qū)域和運(yùn)動(dòng)區(qū)域的腦血氧信號(hào),同時(shí)利用血壓儀采集駕駛員的動(dòng)脈血壓信號(hào),最后基于Morlet、波的相干法分析上述兩信號(hào)在特征低頻段上的耦合關(guān)系,從而來評(píng)估駕駛負(fù)荷對(duì)駕駛員心腦功能連接的影響。研究發(fā)現(xiàn),在警惕操作任務(wù)狀態(tài)下,小波相干性和相位相干性在某些頻率段上與靜息態(tài)下的相比有顯著差異。結(jié)果表明,駕駛負(fù)荷對(duì)心腦功能連接有明顯影響。通過本文研究,可以得出：基于小波變化的方法可以從時(shí)頻平面上展現(xiàn)更多的生理信號(hào)信息,因而有利于提取感興趣的信號(hào)成分。小波相干和相位相干分析刻畫了兩個(gè)隨機(jī)過程在時(shí)頻域上的同步關(guān)系,將它們應(yīng)用于分析駕駛員的心腦功能連接特性可以為駕駛負(fù)荷的評(píng)價(jià)提供一個(gè)新的視角。
[Abstract]:In recent years, the number of cars has increased year by year. Literature studies show that drivers are prone to sudden stroke and other cardiovascular and cerebrovascular diseases in the course of driving, among which high load driving is an important inducing factor. In order to meet the multifunctional requirements of the automobile, the man-machine interface of the vehicle is becoming more and more complex, which undoubtedly increases the driver's driving load. It has become an important subject in the field of automotive ergonomics to evaluate the human-computer interface design of the cab scientifically. Therefore, the purpose of this paper is to analyze the driving load from the angle of the driver's mental and brain function connection, and to provide a reliable theoretical basis for the optimization design of the man-machine interface. The state of cardio-cerebral connection can reflect the ability of brain to regulate cerebral blood flow in the face of changes in blood pressure. In response to high driving load, brain oxygen consumption is bound to increase. Adequate cerebral blood perfusion is required to ensure normal metabolic activity of brain cells. Therefore, it is feasible to evaluate the driving load by studying the dynamic adjustment ability of the driver's heart and brain function. Near-infrared spectroscopy (NIR) has been recognized as a very suitable technique for the analysis of cerebral blood flow regulation. On the one hand, it has not only good temporal resolution (close to milliseconds), but also good spatial resolution (5-10 mm), which can detect changes in oxygenated hemoglobin concentration in the microcirculation of brain tissue, combined with arterial blood pressure. It is possible to localize the assessment of the brain's cardiac and brain function connections. On the other hand, the oxygen metabolism signal based on the near infrared spectrum is not easily disturbed by the moving noise, and the corresponding detection equipment is portable and can be used to detect the driver in real time. Firstly, this paper simulates the driving load of the driver in the actual driving process by designing the alert operation task platform. Then the cerebral blood oxygen signals in the prefrontal and motor regions were collected by using near-infrared spectrometer, and the arterial blood pressure signals of the drivers were collected by using the blood pressure meter. Finally, based on the coherence method of Morlet, wave, the coupling relationship between the two signals in the characteristic low frequency band is analyzed to evaluate the influence of driving load on the functional connection of the driver's heart and brain. It is found that the wavelet coherence and phase coherence are significantly different from those in the rest state in some frequency bands under the alert operation task state. The results showed that driving load had a significant effect on cardiac and brain functional connections. Through the research in this paper, it can be concluded that the method based on wavelet change can display more physiological signal information from the time-frequency plane, so it is advantageous to extract the interested signal components. Wavelet coherence and phase coherence analysis describe the synchronization relationship between two stochastic processes in time-frequency domain. Applying them to the analysis of drivers' mental and brain functional connections can provide a new perspective for the evaluation of driving load.
【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】：2016
【分類號(hào)】：U491.254

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本文編號(hào)：2265926