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

目录 一、实验题目 ................................................................................................................................................. 2 三、实验地点 ................................................................................................................................................. 2 四、实验目的 ................................................................................................................................................. 2 五、实验设备 ................................................................................................................................................. 2 六、实验步骤 ................................................................................................................................................. 3

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........................................................................................................................... 4 七、实验内容 ................................................................................................................................................. 4

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（1）行使车速 ....................................................................................................................................... 7

（2）车辆偏距 ....................................................................................................................................... 8

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（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 ................. 11

（2）在交叉口1处的车辆制动、加速电压的变化趋势 ................................................................. 12

（3）在交叉口2处的车辆制动、加速电压的变化趋势 ................................................................. 12

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（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 ..................... 13

（2）在交叉口1处的车辆制动、加速电压的变化趋势 ................................................................. 15

（3）在交叉口2处的车辆制动、加速电压的变化趋势 ............................................................. 15 八、实验总结 ............................................................................................................................................... 16 九、实验体会及建议 ................................................................................................................................... 17

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Thought Technology Ltd. 公司研究开发的BioGraph Infinit的BioPro5型多导生理反馈测量系统1套（包括Procomp Infiniti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（National Aeronautics and Space Administration）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：

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。

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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。

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由上述表中数据显示，在第一次减速加速过程中，先制动，制动电压由0.300v增至1.19v，增长明显迅速，由正常值增加到峰值，用时0.4s，说明驾驶员反应速度较快。随后车辆加速，加速电压有正常值变化最大1.726v，用时04s，非常迅速，据分析应该为平时驾驶习惯导致，为了缩小与前车的距离迅速加速。 （2）在交叉口1处的车辆制动、加速电压的变化趋势

截取研究数据序号120—128段，这一阶段包括先制动后加速的过程

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由上述表中数据显示，在交叉口1处路段，车辆进行先减速后加速过程。制动过程中，数据显示制动速度很快，制动力电压很大，由此可见驾驶员的准备比较充分，制动很快。随后车辆加速，加速电压增加较为和缓，也表现驾驶员准备充分，操作相对合理。

（3）在交叉口2处的车辆制动、加速电压的变化趋势

这一阶段包括先制动后加速的过程

由上述表中数据显示，在交叉口2处路段，车辆进行先减速后加速过程。制动过程

中，数据显示制动速度很快，制动力电压很大，由此可见驾驶员的准备比较充分，制动很快。随后车辆一直处于制动状态，说明路况复杂，驾驶员较谨慎，加速过程比较间断不持续，说明驾驶员比较谨慎保守。

4、车辆行驶状态及非疲劳驾驶员驾驶参数分析

（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

这一阶段包括先制动后加速的过程。

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由上述表中数据显示，在第一次减速加速过程中，先制动，制动电压由0.269v增至1.75v，增长明显迅速，由正常值增加到峰值，用时1.5s，说明驾驶员反应速度较慢，也有可能距前方障碍物较远就开始制动。随后车辆加速，加速电压有正常值变化最大1.938v，用时0.6s，非常迅速，据分析应该为平时驾驶习惯导致，为了缩小与前车的距离迅速加速。

（2）在交叉口1处的车辆制动、加速电压的变化趋势

这一阶段包括先制动后加速的过程

由上述表中数据显示，在交叉口1处路段，车辆未进行减速，径直加速通过，属于闯红灯行为。

（3）在交叉口2处的车辆制动、加速电压的变化趋势

这一阶段包括先制动后加速的过程

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由上述表中数据显示，在交叉口2处路段，车辆进行先减速后加速过程。制动过程

中，数据显示制动速度很快，制动力电压很大，由此可见驾驶员的准备比较充分，制动很快。随后车辆加速，加速持续时间较长，说明前方道路不复杂，驾驶员加速通过。

八、实验总结

通过车载信息及相关辅助系统在实验过程中记录的行驶速度、车辆偏距、脑电、肌电等数据，综合所学相关理论知识，结合驾驶员的生理、心理状况，分析得出以下结论： （1）当外界条件骤变时（突发事件），驾驶员需要作出紧急反应（紧急制动），以控制车辆行驶，这时对脑力、体力要求较高，长期下去，易使驾驶员产生疲劳。

（2）直线跟驰中，由于虚拟视景设置上的限制，跟驰车辆表现为制约性和滞后性，即跟驰车辆的车速受到被跟驰车辆的限制，且不能超车，跟驰车辆的运动状态的改变相对于被跟驰车辆存在一定的滞后。

（3）驾驶时间增加，驾驶员的注意力会出现一定程度的分散，影响驾驶中的操作，表现为偏距变化较大。

（4）处于疲劳状态的驾驶员注意力不集中，有时候不能准确判断出交通标志，大脑反应较慢很容易犯错误，不建议处于疲劳状态时驾驶汽车。

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九、实验体会及建议

我们的人车路模拟实验室5月20号周末进行的，分为三组，我们组是第三组，安排在下午，实间充足。我被分到脑电肌电数据采集组，在循环实验的的过程中，我们可以及时的在屏幕上看到车辆行驶的状态和行驶的参数。

通过观察脑电肌电波图，再结合书本上学到的知识，对比两个不同状态（疲劳与非疲劳状态）的驾驶员的驾驶情况和数据特征，再结合上面的对各个特征进行了简单的分析，得到了其中的某些规律，我觉的是对书本知识进行了很好的实践。

我们组是最后一组实验，脑电肌电组的电池都用完了，对我们的实验进程和数据的采集都造成了一定的影响，不过在两次修正之后，我们组的实验终于得以完成。

在实验之前，我认真的听了高老师讲解控制室的工作原理，了解了他们组的具体情况，而对于模拟道路信息组在后来同学的介绍中也有所了解。

此次实验比较真实，不足之处在于我们的驾驶员驾龄不够，都是在校学生，在驾驶实验过程中更容易造成紧张与不知所措，对虚拟环境中的道路状况的变化和标志也没那么敏感，而且是虚拟环境，驾驶员的心理压力也没有现实道路上驾驶的那么紧张，所以很多时候的驾驶行为还没那么具有代表性，对驾驶环境的真实模拟有一定的影响。另外，在处理实验数据的时候，电脑模拟的驾驶环境中，对驾驶人所驾驶的车辆的相关数据的记录的时间间隔比较小，而驾驶人产生驾驶疲劳的时间较长，因而导致生成的数据过于庞大，数据处理不是很方便，建议把数据记录的时间间隔设的大一些。

最后感谢高利老师和各位学长学姐在百忙之中来指导我们的实验，有了你们的指导与帮助才能让我们的实验顺利完成，也让我对人车路环境的相互影响有了更深的认识，了解到了相关实验的全过程，而且可以了解到驾驶员的状态原来可以通过这么多的生理特性量化地表现出来，获益匪浅。

预祝我们交通的人车路实验越做越有成绩。

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