CN110448276A - 听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法和系统，为克服现有技术不成熟、检测准确性低的问题，方法包括：1)驾驶警觉水平测试前的准备：(1)布置测试系统；(2)招募被试人员；(3)驾驶任务设计；(4)刺激声音播放；2)驾驶警觉水平的测试：(1)进行无线索提示试验；(2)进行双线索提示试验；(3)数据处理；(4)计算该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值:式中：L为该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值；为无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；为双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时。本发明还提供一种听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于机动车辆驾驶员在不同声音条件下警觉水平的测试方法和系统，更具体地说，本发明涉及一种不同听觉刺激下的驾驶员警觉水平测试方法和系统。
背景技术
驾驶警觉是驾驶员在驾驶任务发生时对外界环境的合理认知，直接影响其在驾驶过程中对于出现的问题能否及时察觉和做出合理处理。驾驶员低警觉性驾驶行为是影响交通安全的驾驶人为因素中最重要的组成部分,是引发恶性交通事故的重要原因之一。所以有必要针对驾驶员驾驶警觉水平的测试和检测展开研究，设计科学可行的测试方法和系统。
根据现有研究结论，声音对驾驶员的驾驶警觉具有双向作用：按照中枢能量理论，警觉被看做是能够用来执行任务的数量有限的资源或能量，令人分心的音乐会挤占有限的警觉资源，直接表现是驾驶员分心或难以集中警觉，甚至引起更高的交通事故发生率；同时警觉资源与唤醒水平相关，唤醒受情绪、药物、肌紧张、强刺激等因素的影响。唤醒水平越高，可利用的警觉能量越高，合适的声音环境会对驾驶员起到良好的唤醒作用，缓解驾驶员疲劳，使驾驶员的警觉性长久的维持在一个较高水平。因此，听觉刺激被认为是对驾驶员警觉水平进行调整的一条有效途径。但如何对声音素材的影响效果进行测试，目前没有专门的仪器和合适的理论支撑。
国内外可见研究中，针对驾驶员警觉水平的测试方法和系统较少，且多不成熟，存在检测结果准确性较低等问题，对于听觉刺激下驾驶员警觉水平影响的测试方法和系统更是未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有的驾驶员驾驶警觉水平测试方法和系统不成熟、检测准确性较低等问题，提供一种在不同听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法和系统。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法的步骤如下：
1)驾驶警觉水平测试前的准备
(1)布置测试系统:
在被试的汽车上合理布置笔记本电脑、线索提示投影装置、听觉刺激声音素材播放装置与驾驶信息数据采集装置；
(2)招募被试人员：
对参与测试的被试人员需要考虑下列因素：
被试人员的年龄、驾龄的覆盖范围；男女性别比例符合国内驾照持有人整体上3：1的男女比例；驾驶员具有良好的实际驾驶操作能力；
(3)驾驶任务设计；
(4)刺激声音播放：
正式测试前五分钟驾驶员进入驾驶座位就座，听觉刺激声音素材播放装置播放所要测试的刺激声音，使被试驾驶员充分受到刺激声音影响；
该刺激声音的播放一直持续到整个测试过程结束；
2)驾驶警觉水平的测试
(1)进行无线索提示实验；
(2)进行双线索提示试验；
(3)数据处理；
(4)计算该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值:
式中：L为该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值；
为无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
为双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时。
技术方案中所述的驾驶任务设计是指：
a.驾驶要求：
要求测试时天气晴朗，风速不超过3m/s，气温为0～40℃，相对湿度小于95％；
被试驾驶员在沥青混凝土铺装的长度为2～3千米的长直线试验场道路环境中进行驾驶操作，以场地中心为基点半径50m的范围内无大的声反射物；
车内发声的电子设备均处于关闭状态；
b.驾驶员操作训练：
进行对被试驾驶员的驾驶警觉水平测试系统的熟悉性训练,并告知在任务事件出现时，被试驾驶员应作出松开油门踏板、使用手刹制动停车的操作，完成操作后迅速恢复正常驾驶操作；
c.任务事件：
由测试主控制器(1)在规定的时间区段范围内随机时间点产生无线索提示或双线索提示下的刹车失灵突发状况作为任务事件，要求被试驾驶员在遇到任务事件时立即做出相应的反应。
技术方案中所述的进行无线索提示试验是指：
a.被试驾驶员进行车辆驾驶操作，为保证测试数据量的充分以及避免测试时间过长，在驾驶过程中遭遇n次刹车失灵任务事件，其中10≤n≤30；任务事件出现时，驾驶员对于驾驶警觉水平测试系统中的制动踏板的踩踏行为不再具有制动功能；
b.从每个任务事件出现到下一次任务事件出现的中间间隔定义为一个试次，每个试次的流程具体为：
车辆正常行驶过程中会随机出现刹车失灵突发状况作为任务事件；由数字信号控制器芯片将任务事件在成像投影透明膜片中央以屏幕出现“刹车失灵”的文字提示形式弹出，从任务事件出现开始，被试驾驶员需在1700ms内做出松开油门踏板、使用手刹制动停车两项驾驶操作，操作完成后任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态，正常驾驶状态至少持续800～1000ms，以准备进入下一个试次；
若被试驾驶员在1700ms内未做出反应，任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态；
c.油门踏板位置传感器和手刹开关记录被试驾驶员松开油门踏板和手刹制动停车的时刻，并将时间信息传输给数字信号控制器芯片；
d.由数字信号控制器芯片记录每个任务事件出现的时刻为t1i，每个任务事件出现后被试驾驶员做出第一个对应动作的时刻为t2i，中间的时间间隔记为反应时Ti,即Ti＝t2i-t1i。
技术方案中所述的进行双线索提示试验是指：
a.被试驾驶员进行车辆驾驶操作，为保证测试数据量的充分以及避免测试时间过长，在驾驶过程中遭遇n次刹车失灵任务事件，其中10≤n≤30；任务事件出现时，驾驶员对于驾驶警觉水平测试系统中的制动踏板的踩踏行为不再具有制动功能；
b.从每个任务事件出现到下一次任务事件出现的中间间隔定义为一个试次，每个试次的流程具体为：
在规定的时间区段范围内随机时间点触发双线索提示，在成像投影透明膜片上侧和下侧同时分别出现一个感叹号，提醒被试驾驶员接下来即将出现任务事件，提前使被试驾驶员保持警觉状态，提示画面持续100ms后消失，提示画面消失后再经过400ms数字信号控制器芯片将任务事件在成像投影透明膜片中央以屏幕出现“刹车失灵”的文字提示形式弹出，从任务事件出现开始，被试驾驶员需在1700ms内做出松开油门踏板、使用手刹制动停车两项驾驶操作，操作完成后任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态，正常驾驶状态至少持续800～1000ms，以准备进入下一个试次；
若被试驾驶员在1700ms内未做出反应，任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态；
c.油门踏板位置传感器和手刹开关记录被试驾驶员松开油门踏板和手刹制动停车的时刻，并将时间信息传输给数字信号控制器芯片；
d.由数字信号控制器芯片记录每个任务事件出现的时刻为t1j，每个任务事件出现后被试驾驶员做出第一个对应动作的时刻为t2j，中间的时间间隔记为反应时Tj,即Tj＝t2j-t1j。
技术方案中所述的数据处理是指：
a.计算无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时
其中：为无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
Ti为每个任务事件试次从任务事件出现到驾驶员开始做出第一个操作反应中间的反应时；
n为试验试次数；
b.计算双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时
式中：为双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
Tj为每个任务事件试次从任务事件出现到驾驶员开始做出第一个操作反应中间的反应时；
n为试验试次数。
所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统包括测试主控制器、笔记本电脑、线索提示投影装置、听觉刺激声音素材播放装置与驾驶信息数据采集装置；
所述的笔记本电脑、线索提示投影装置、听觉刺激声音素材播放装置与驾驶信息数据采集装置分别直接或间接地和测试主控制器电连接。
技术方案中所述的测试主控制器由型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片、刺激声音素材存储装置、型号为TLV320AIC23的音频控制芯片、型号为TPA3116D2的声功率放大器与型号为MAX3111的串行异步收发器组成；
所述的刺激声音素材存储装置由安全数码卡SD卡卡槽与SD卡组成；
所述的SD卡插入安全数码卡SD卡卡槽内，型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片的SPISOMI引脚与安全数码卡SD卡卡槽的DAT0引脚电连接、SPICLK引脚与CLK引脚电连接、SPISIMO引脚与CMD引脚电连接、型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片的SPISTEn引脚与安全数码卡SD卡卡槽的CD引脚电连接；
型号为TLV320AIC23音频控制芯片的SCLK引脚与型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片的SCLA引脚电连接、SDIN引脚与SDAA引脚电连接、DIN引脚与MDXA引脚电连接、DOUT引脚与MDRA引脚电连接、LRCOUT引脚与MFSRA引脚电连接、LRCIN引脚与MFSXA引脚电连接、型号为TLV320AIC23音频控制芯片的BCLK引脚和型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片的MCLKRA引脚与MCLKXA引脚电连接；
型号为TPA3116D2声功率放大器中的INPR引脚与型号为TLV320AIC23的音频控制芯片中的RHPOUT引脚电连接；
型号为MAX3111的串行异步收发器的DIN引脚与型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片的MDXB引脚电连接、DOUT引脚与MDRB引脚电连接、SCLK引脚与MCLKXB引脚电连接、CS引脚与MFSXB引脚电连接、型号为MAX3111的串行异步收发器的IRQ引脚与型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片的GPIO0引脚电连接。
技术方案中所述的笔记本电脑、线索提示灯光投影装置、听觉刺激声音素材播放装置与驾驶信息数据采集装置分别直接或间接地和测试主控制器电连接是指：
所述的线索提示灯光投影装置由迷你投影仪与成像投影透明膜片组成，迷你投影仪安装在前排座椅连线中点对应的车厢内顶棚位置，成像投影透明膜片安装在车辆风挡玻璃中央位置；
所述的听觉刺激声音素材播放装置由第一扬声器与第二扬声器组成，第一扬声器与第二扬声器安装在驾驶员左右耳对应的座椅头枕位置；
所述的驾驶信息数据采集装置由油门踏板位置传感器和手刹开关组成；
所述的笔记本电脑的RS232输入引脚RxD与测试主控制器中的型号为MAX3111的串行异步收发器的T1OUT接口电连接、RS232输出引脚TxD与输入引脚R1IN电连接；第一扬声器与第二扬声器的输入端和型号为TPA3116D2的声功率放大器的BSPR输出引脚电连接；油门踏板位置传感器与手刹开关分别和测试主控制器中的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片的GPIO1输入引脚与GPIO2输入引脚电连接；迷你投影仪的VGA输入接口端与笔记本电脑的VGA输出接口端电连接。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法和系统，能够完成不同听觉刺激下驾驶员警觉水平测试，可以用于指导驾驶员驾驶警觉干预，提升驾驶安全性；
2.本发明所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法和系统，首次在驾驶领域引入注意网络测验(ANT)中的警觉水平测试部分对驾驶警觉进行规范测量；注意网络测验(ANT)理论提出于上个世纪九十年代，经过心理学研究人员的大量试验验证后被广泛认可，结论具有较强的准确性和信服力；ANT测量范式的引入，使得本发明所提出的驾驶警觉测试方法和系统更为规范可靠。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统结构组成的示意框图；
图2为本发明所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统中的线索提示投影装置安装位置示意图；
图3为本发明所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统中所采用的测试主控制器结构组成的示意框图；
图4为本发明所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统工作原理图；
图5为本发明所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法的流程框图；
图中：1.测试主控制器，2.笔记本电脑，3.线索提示投影装置，3a.迷你投影仪，3b.成像投影透明膜片，4.听觉刺激声音素材播放装置，4a.第一扬声器，4b.第二扬声器，5.驾驶信息数据采集装置，5a.油门踏板位置传感器，5b.手刹开关，11.数字信号控制器芯片，12.刺激声音素材存储装置，12a.安全数码卡SD卡卡槽，12b.SD卡，13.音频控制芯片，14.声功率放大器，15.串行异步收发器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述：
本发明的宗旨是克服现有技术的驾驶警觉水平的测试方法和系统不成熟、检测准确性较低等问题，提供一种在不同听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法和系统。测试方法的核心使用心理学研究中成熟的警觉测量范式——注意网络测验(AttentionNetwork Test,ANT)，并构建了听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统，能够规范地测量反应时数据获得驾驶员的警觉水平。
一.本发明所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统
参阅图1、2与图3，听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统包括测试主控制器1、笔记本电脑2、线索提示投影装置3、听觉刺激声音素材播放装置4和驾驶信息数据采集装置5。
所述的笔记本电脑2、线索提示投影装置3、听觉刺激声音素材播放装置4与驾驶信息数据采集装置5分别直接或间接地和测试主控制器1电连接。
参阅图1与图3，所述的测试主控制器1由型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11、刺激声音素材存储装置12、型号为TLV320AIC23的音频控制芯片13、型号为TPA3116D2的声功率放大器14与型号为MAX3111的串行异步收发器15组成。
所述的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11包括有32位浮点CPU内核、通用输入输出接口模块；
所述的刺激声音素材存储装置12由安全数码卡SD卡卡槽12a和SD卡12b组成，SD卡12b插入安全数码卡SD卡卡槽12a内；
所述的型号为TLV320AIC23的音频控制芯片13包括有模数转换(ADC)模块和数模转换(DAC)模块；
所述的型号为TPA3116D2声功率放大器14是用于驱动扬声器的高效立体声数字放大器；
型号为TPA3116D2声功率放大器14中的INPR引脚与型号为TLV320AIC23的音频控制芯片13中的RHPOUT引脚电连接；
所述的型号为MAX3111的串行异步收发器15是用于数字信号控制器芯片11和笔记本电脑2之间的互联。
参阅图1与图3，所述的笔记本电脑2的RS232输入引脚RxD与测试主控制器1中型号为的MAX3111的串行异步收发器15的输出引脚T1OUT电连接，笔记本电脑2的RS232输出引脚TxD和测试主控制器1中的型号为MAX3111的串行异步收发器15的输入引脚R1IN电连接。
参阅图1、图2与图3，所述的线索提示投影装置3由迷你投影仪3a与成像投影透明膜片3b组成。
所述的迷你投影仪3a安装在前排座椅连线中点对应的车厢内顶棚位置，成像投影透明膜片3b安装在车辆风挡玻璃中央位置；迷你投影仪3a的VGA输入接口端与笔记本电脑2的VGA输出接口端电连接。
参阅图1与图3，所述的听觉刺激声音素材播放装置4由第一扬声器4a与第二扬声器4b组成。
所述的第一扬声器4a与第二扬声器4b安装在驾驶员左右耳对应的座椅头枕位置，第一扬声器4a、第二扬声器4b的输入端和测试主控制器1中型号为TPA3116D2的声功率放大器14的输出端电连接，即第一扬声器4a与第二扬声器4b的输入端和型号为TPA3116D2的声功率放大器14的BSPR输出端电连接。
参阅图1与图3，所述的驾驶信息数据采集装置5由油门踏板位置传感器5a和手刹开关5b组成。
所述的油门踏板位置传感器5a与手刹开关5b分别和测试主控制器1中型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的GPIO1输入引脚与GPIO2输入引脚电连接。
参阅图1与图3，所述的型号为TLV320AIC23的音频控制芯片13的模数转换(ADC)输出端、数模转换(DAC)输入端和型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的多通道缓冲串口McBSPA电连接；具体地说：
型号为TLV320AIC23的音频控制芯片13的SCLK引脚与型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的SCLA引脚电连接、SDIN引脚与SDAA引脚电连接、DIN引脚与MDXA引脚电连接、DOUT引脚与MDRA引脚电连接、LRCOUT引脚与MFSRA引脚电连接、LRCIN引脚与MFSXA引脚电连接、型号为TLV320AIC23音频控制芯片13的BCLK引脚和型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的MCLKRA引脚与MCLKXA引脚电连接。
参阅图1与图3，所述的刺激声音素材存储装置12由安全数码卡SD卡卡槽12a与SD卡12b组成。
所述的SD卡12b插入安全数码卡SD卡卡槽12a内，安全数码卡SD卡卡槽12a与测试主控制器1中的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的串行外围接口SPI电连接；具体地说：型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的SPISOMI引脚与安全数码卡SD卡卡槽12a的DAT0引脚电连接、SPICLK引脚与CLK引脚电连接、SPISIMO引脚与CMD引脚电连接、型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的SPISTEn引脚与安全数码卡SD卡卡槽12a的CD引脚电连接。
参阅图1与图3，所述的型号为MAX3111的串行异步收发器15的输入输出端与测试主控制器1中的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的多通道缓冲串口McBSPB电连接；具体地说：型号为MAX3111的串行异步收发器15的DIN引脚与型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的MDXB引脚电连接、DOUT引脚与MDRB引脚电连接、SCLK引脚与MCLKXB引脚电连接、CS引脚与MFSXB引脚电连接、型号为MAX3111的串行异步收发器15的IRQ引脚与型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11的GPIO0引脚电连接。
参阅图1、图2与图4，所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统使用了注意网络测验(Attention Network Test,ANT)中的警觉网络测试理论作为核心测试方法。ANT是用来检测注意网络的效率及其独立性的方法，由Posner和Peterson两人于1990年基于认知神经心理学的研究提出。该注意网络测试理论用于描述人类注意系统的工作模式，其将注意系统分成警觉(alerting)、定向(orienting)和执行控制(executive control)三个子成分。其中，警觉是指达到或保持一种状态,在该状态下对即将到来的信息的敏感度增加；定向是将注意力转移到将要选择或关注的刺激上；执行控制是指对预期、刺激和反应之间的冲突的监控和解决。上述三个子成分的具体测试中，使用呈现在屏幕偏上方、偏下方或中间的5个排成一行的箭头作为目标刺激，由被试判断第三个箭头的方向，试验中使用不同的提示，测量不同提示下的被试判断反应时，依据相应的公式计算得到各子成分水平。该理论中，本驾驶警觉水平测试系统涉及的警觉水平测试中，每一个目标刺激出现前有2种线索条件：无线索提示(注视点保持不变，即无提示条件出现)和双线索提示(星号同时分别出现在屏幕上侧和下侧)。警觉水平计算式：L＝RT1-RT2。其中，L为警觉水平，RT1为无线索提示下被试面对目标刺激做出反应操作的反应时，RT2为双线索提示下被试面对目标刺激做出反应操作的反应时，L越大则表明被试的警觉水平越高。
将上述警觉水平测试方法迁移应用到本专利的驾驶警觉水平测试，设计下述两种突发任务：第一种是在任务事件出现之前无任何提醒，任务在成像投影透明膜片3b提示弹出，被试驾驶员执行正确操作，测试人员记录任务提示弹出到被试驾驶员做出第一个正确反应操作的时间差作为RT1；第二种是在任务事件出现之前100ms在成像投影透明膜片3b上侧和下侧同时分别出现一个感叹号，提醒被试接下来即将出现任务事件，提前使被试驾驶员保持警觉状态，任务提示弹出，被试驾驶员执行正确操作，测试人员记录任务提示弹出到被试驾驶员做出第一个正确反应操作的时间差作为RT2。则驾驶警觉水平为L＝RT1-RT2，差值越大则说明驾驶警觉水平越高。
所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统的工作原理：
所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统使用时，驾驶员按照驾驶要求进行车辆驾驶操作；与此同时，测试主控制器1中的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11控制听觉刺激声音素材播放装置4播放所要测试的刺激声音，使被试驾驶员充分受到刺激声音的影响，该刺激声音的播放一直持续到整个测试过程结束。
驾驶员进行车辆驾驶操作中，由测试主控制器1中的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11触发笔记本电脑2，笔记本电脑2接收到触发信号后，将其内部存储的图像传输给迷你投影仪3a，由迷你投影仪3a在成像投影透明膜片3b上投影出特定的画面。
测试分为无线索提示和双线索提示两种部分：
无线索提示部分在任务事件出现之前无任何提醒，由测试主控制器1中的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11在规定的时间区段范围内随机时间点触发任务事件，任务事件在成像投影透明膜片3b中央以屏幕出现刹车失灵提示形式弹出，被试驾驶员执行处置操作，测试主控制器1中的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11记录任务提示弹出时刻、被试驾驶员踩下油门踏板时刻和拉起手刹时刻，将被试驾驶员第一个正确反应操作的时间差作为RT1；
双线索提示部分则是由测试主控制器1中的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片11在规定的时间区段范围内随机时间点触发双线索提示，在成像投影透明膜片3b上侧和下侧同时分别出现一个感叹号，提醒被试驾驶员接下来即将出现任务事件，提前使被试驾驶员保持警觉状态，提示画面持续100ms后消失，再经过400ms后数字信号控制器芯片11将任务事件在成像投影透明膜片3b中央以屏幕出现文字提示形式弹出，被试驾驶员执行处置操作，数字信号控制器芯片11记录任务提示弹出时刻、被试驾驶员踩下油门踏板时刻和拉起手刹时刻，将被试驾驶员第一个正确反应操作的时间差作为RT2。由数字信号控制器芯片11根据公式L＝RT1-RT2计算L作为驾驶警觉水平，L值越大则说明驾驶警觉水平越高。
二.参阅图5，本发明所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法的步骤为：
1.驾驶警觉水平测试前的准备
1)布置测试系统
在被试的汽车上合理布置听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统，即合理布置笔记本电脑2、线索提示投影装置3、听觉刺激声音素材播放装置4和驾驶信息数据采集装置5；
2)招募被试人员
对参与测试的被试人员(驾驶员)需要考虑下列因素：被试人员的年龄、驾龄的覆盖范围；男女性别比例符合国内驾照持有人整体上3：1的男女比例；驾驶员具有良好的实际驾驶操作能力；
3)驾驶任务设计
a.驾驶要求：
要求测试时天气晴朗，风速不超过3m/s，气温为0～40℃；相对湿度小于95％；被试驾驶员在沥青混凝土铺装的长度为2～3千米的长直线试验场道路环境中进行驾驶操作，以场地中心为基点半径50m的范围内无大的声反射物；车辆门窗关闭，车内其他与本测试无关的电子设备均处于关闭状态；
b.驾驶员操作训练：
进行对被试驾驶员的驾驶警觉水平测试系统的熟悉性训练,并告知在任务事件出现时，被试驾驶员应作出松开油门踏板、使用手刹制动停车的操作，完成操作后迅速恢复正常驾驶操作；
c.任务事件：
由测试主控制器1在规定的时间区段范围内随机时间点产生无线索提示或双线索提示下的刹车失灵突发状况作为任务事件，要求被试驾驶员在遇到任务事件时立即做出相应的反应；
4)刺激声音播放
正式测试前五分钟驾驶员进入驾驶座位就座，听觉刺激声音素材播放装置4播放所要测试的刺激声音，使被试驾驶员充分受到刺激声音影响；该刺激声音的播放一直持续到整个测试过程结束；
2.驾驶警觉水平的测试
1)进行无线索提示试验
a.被试驾驶员进行车辆驾驶操作，为保证测试数据量的充分以及避免测试时间过长，在驾驶过程中遭遇n次刹车失灵任务事件，其中10≤n≤30；任务事件出现时，驾驶员对于驾驶警觉水平测试系统中的制动踏板的踩踏行为不再具有制动功能；
b.从每个任务事件出现到下一次任务事件出现的中间间隔定义为一个试次，每个试次的流程具体为：
车辆正常行驶过程中驾驶员会随机遇到刹车失灵突发状况作为任务事件，由数字信号控制器芯片11将任务事件在成像投影透明膜片3b中央以屏幕出现“刹车失灵”的文字提示形式弹出；从任务事件出现开始，被试驾驶员需在1700ms内做出松开油门踏板、使用手刹制动停车两项驾驶操作，操作完成后任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态，正常驾驶状态至少持续800～1000ms，以准备进入下一个试次；
若被试驾驶员在1700ms内未做出反应，任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态；
c.油门踏板位置传感器5a和手刹开关5b记录被试驾驶员松开油门踏板和手刹制动停车的时刻，并将时间信息传输给数字信号控制器芯片11；
d.由数字信号控制器芯片11记录每个任务事件出现的时刻为t1i，每个任务事件出现后被试驾驶员做出第一个对应动作的时刻为t2i，中间的时间间隔记为反应时Ti,即Ti＝t2i-t1i；
2)进行双线索提示试验
a.被试驾驶员进行车辆驾驶操作，为保证测试数据量的充分以及避免测试时间过长，在驾驶过程中遭遇n次刹车失灵任务事件，其中10≤n≤30；任务事件出现时，驾驶员对于驾驶警觉水平测试系统中的制动踏板的踩踏行为不再具有制动功能；
b.从每个任务事件出现到下一次任务事件出现的中间间隔定义为一个试次，每个试次的流程具体为：
在规定的时间区段范围内数字信号控制器芯片11随机时间点触发双线索提示，在成像投影透明膜片3b上侧和下侧同时分别出现一个感叹号，提醒被试驾驶员接下来即将出现任务事件，提前使被试驾驶员保持警觉状态，提示画面持续100ms后消失，提示画面消失后再经过400ms数字信号控制器芯片11将任务事件在成像投影透明膜片3b中央以屏幕出现“刹车失灵”的文字提示形式弹出，从任务事件出现开始，被试驾驶员需在1700ms内做出松开油门踏板、使用手刹制动停车两项驾驶操作，操作完成后任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态，正常驾驶状态至少持续800～1000ms，以准备进入下一个试次；
若被试驾驶员在1700ms内未做出反应，任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态；
c.油门踏板位置传感器5a和手刹开关5b记录被试驾驶员松开油门踏板和手刹制动停车的时刻，并将时间信息传输给数字信号控制器芯片11；
d.由数字信号控制器芯片11记录每个任务事件出现的时刻为t1j，每个任务事件出现后被试驾驶员做出第一个对应动作的时刻为t2j，中间的时间间隔记为反应时Tj,即Tj＝t2j-t1j；
3)数据处理
a.计算无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时
其中：为无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
Ti为每个任务事件试次从任务事件出现到驾驶员开始做出第一个操作反应中间的反应时；
n为试验试次数；
b.计算双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时
其中：为双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
Tj为每个任务事件试次从任务事件出现到驾驶员开始做出第一个操作反应中间的反应时；
n为试验试次数；
4)计算该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值：
式中：L为该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值；
为无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
为双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时。
实施例：
1.驾驶警觉水平测试前的准备
1)布置测试系统
被试车辆选取奔腾B90(1.8T)，在被试汽车上合理布置听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统,其中:迷你投影仪3a安装在前排座椅连线中点对应的车厢内顶棚位置，成像投影透明膜片3b安装在车辆风挡玻璃中央位置，笔记本电脑2和驾驶信息数据采集装置5摆放于驾驶员正后方乘客座椅上、听觉刺激声音素材播放装置4安装在驾驶员左右耳对应的座椅头枕位置。
2)招募被试人员
招募驾龄均布在1年到20年间的被试驾驶员，驾驶员年龄分布在20岁到55岁之间44人，其中女性11人，男性33人；
3)驾驶任务设计
a.驾驶要求：
测试时天气晴朗，风速2.5m/s，气温为26℃，相对湿度30％，试验场地选取一汽大众农安试车场，被试驾驶员在沥青混凝土铺装的长度为3千米的长直线试验场道路环境中进行驾驶操作；测试时车辆门窗关闭，车内空调、收音机及导航电子设备均处于关闭状态；
b.驾驶员操作训练：
进行对被试驾驶员的驾驶警觉水平测试系统的熟悉性训练,并告知在任务事件出现时，被试驾驶员应作出松开油门踏板、使用手刹制动停车的操作，完成操作后迅速恢复正常驾驶操作；
c.任务事件：
由测试主控制器1在规定的时间区段范围内随机时间点，产生无线索提示和双线索提示下的刹车失灵突发状况作为任务事件，要求被试驾驶员在遇到任务事件时立即做出相应的反应；
4)刺激声音播放：
正式测试前五分钟驾驶员进入驾驶座位就座，听觉刺激声音素材播放装置4播放所要测试的刺激声音，使被试驾驶员充分受到刺激声音的刺激影响，并使刺激声音的播放一直持续到整个测试过程结束。
2.驾驶警觉水平的测试
1)无线索提示试验
a.被试驾驶员进行车辆驾驶操作，为保证测试数据量的充分以及避免测试时间过长，在驾驶过程中遭遇20次刹车失灵任务事件；任务事件出现时，驾驶员对于驾驶警觉水平测试系统中的制动踏板的踩踏行为不再具有制动功能；
b.从每个任务事件出现到下一次任务事件出现的中间间隔定义为一个试次，每个试次的流程具体为：
车辆正常行驶过程中驾驶员会随机遇到刹车失灵突发状况作为任务事件；由数字信号控制器芯片11将任务事件在成像投影透明膜片3b中央以屏幕出现“刹车失灵”的文字提示形式弹出；从任务事件出现开始，被试驾驶员需在1700ms内做出松开油门踏板、使用手刹制动停车两项驾驶操作，操作完成后任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态，正常驾驶状态持续1000ms，以准备进入下一个试次；若被试驾驶员在1700ms内未做出反应，任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态；
c.油门踏板位置传感器5a和手刹开关5b记录被试驾驶员松开油门踏板和手刹制动停车的时刻，并将时间信息传输给数字信号控制器芯片11；
d.由数字信号控制器芯片11记录每个任务事件出现的时刻为t1i，每个任务事件出现后被试驾驶员做出第一个对应动作的时刻为t2i，中间的时间间隔记为反应时Ti,即Ti＝t2i-t1i；
某次实验数据示例记录如下：
2)双线索提示试验
a.被试驾驶员进行车辆驾驶操作，为保证测试数据量的充分以及避免测试时间过长，在驾驶过程中遭遇20次刹车失灵任务事件；任务事件出现时，驾驶员对于驾驶警觉水平测试系统中的制动踏板的踩踏行为不再具有制动功能；
b.从每个任务事件出现到下一次任务事件出现的中间间隔定义为一个试次，每个试次的流程具体为：
在规定的时间区段范围内数字信号控制器芯片11随机时间点触发双线索提示，在成像投影透明膜片3b上侧和下侧同时分别出现一个感叹号，提醒被试驾驶员接下来即将出现任务事件，提前使被试驾驶员保持警觉状态，提示画面持续100ms后消失，画面消失后再经过400ms数字信号控制器芯片11将任务事件在成像投影透明膜片3b中央以屏幕出现“刹车失灵”的文字提示形式弹出，从任务事件出现开始，被试驾驶员需在1700ms内做出松开油门踏板、使用手刹制动停车两项驾驶操作，操作完成后任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态，正常驾驶状态持续1000ms，以准备进入下一个试次；
若被试驾驶员在1700ms内未做出反应，任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态；
c.油门踏板位置传感器5a和手刹开关5b记录被试驾驶员松开油门踏板和手刹制动停车的时刻，并将时间信息传输给数字信号控制器芯片11。
d.由数字信号控制器芯片11记录每个任务事件出现的时刻为t1j，每个任务事件出现后被试驾驶员做出第一个对应动作的时刻为t2j，中间的时间间隔记为反应时Tj,即Tj＝t2j-t1j；
某次实验数据示例记录如下
3)数据处理
a.计算无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时
其中：将实验开始时刻作为时间起点，将第i次任务事件出现的时刻记作t1i，将第i次任务事件出现后驾驶员完成第一项正确操作的时间记为t2i，将t1i与t2i的差值记为反应时Ti，为反应时Ti的平均值，n为试验试次数，本试验中n取20；
b.计算双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时
其中：以实验开始时刻作为时间起点，将第j次任务事件出现的时刻记作t1j，将第j次任务事件出现后驾驶员完成第一项正确操作的时间记为t2j，将t1j与t2j的差值记为反应时Tj，为反应时Tj的平均值，n为试验试次数，本试验中n取20；
4)计算该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值：
式中：L为该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值；
为无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
为双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时。
注：此处L的量纲为s,L的数值大小可以直观的反映驾驶员的驾驶警觉水平。驾驶员的驾驶警觉水平表征了驾驶员对驾驶过程中突发状况的敏感程度，较高的驾驶警觉水平有助于驾驶员规避可能发生的交通事故，提高驾驶员的安全水平。对不同提示下测得的L值进行比较具有很大的实际价值：
1.将无声条件下测得的L0值和特定声音刺激下测得的L1值进行比较，可以得到该刺激声音刺激下对驾驶员的驾驶警觉水平高低具体起到积极还是消极的影响。如若L0>L1,即无声条件下驾驶员的驾驶警觉水平更高，说明该声音刺激对驾驶员的驾驶警觉水平起到消极的影响作用；L0<L1,即无声条件下驾驶员的警觉水平较低，则说明该刺激声音刺激下对驾驶员的驾驶警觉水平起到积极的影响作用。
2.将不同声音刺激的L值大小进行比较，可以判断哪种声音类型更适合驾驶场景播放，从而对驾驶场景的声音环境控制具有指导意义，甚至可以达到通过改变声音播放改善驾驶员的驾驶警觉水平的效果。
除此之外，本发明也为之后的同类研究提供了很好的测试方法，也为驾驶警觉水平测试系统的搭建提供了宝贵的经验。
Claims (8)
1.一种听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法,其特征在于，所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法的步骤如下：
1)驾驶警觉水平测试前的准备
(1)布置测试系统:
在被试的汽车上合理布置笔记本电脑(2)、线索提示投影装置(3)、听觉刺激声音素材播放装置(4)与驾驶信息数据采集装置(5)；
(2)招募被试人员：
对参与测试的被试人员需要考虑下列因素：
被试人员的年龄、驾龄的覆盖范围；男女性别比例符合国内驾照持有人整体上3：1的男女比例；驾驶员具有良好的实际驾驶操作能力；
(3)驾驶任务设计；
(4)刺激声音播放：
正式测试前五分钟驾驶员进入驾驶座位就座，听觉刺激声音素材播放装置(4)播放所要测试的刺激声音，使被试驾驶员充分受到刺激声音影响；
该刺激声音的播放一直持续到整个测试过程结束；
2)驾驶警觉水平的测试
(1)进行无线索提示试验；
(2)进行双线索提示试验；
(3)数据处理；
(4)计算该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值:
式中：L为该刺激声音刺激下的驾驶员驾驶警觉水平测量表征值；
为无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
为双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时。
2.按照权利要求1所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法,其特征在于，所述的驾驶任务设计是指：
a.驾驶要求：
要求测试时天气晴朗，风速不超过3m/s，气温为0～40℃，相对湿度小于95％；
被试驾驶员在沥青混凝土铺装的长度为2～3千米的长直线试验场道路环境中进行驾驶操作，以场地中心为基点半径50m的范围内无大的声反射物；
车内发声的电子设备均处于关闭状态；
b.驾驶员操作训练：
进行对被试驾驶员的驾驶警觉水平测试系统的熟悉性训练,并告知在任务事件出现时，被试驾驶员应作出松开油门踏板、使用手刹制动停车的操作，完成操作后迅速恢复正常驾驶操作；
c.任务事件：
由测试主控制器在规定的时间区段范围内随机时间点产生无线索提示或双线索提示下的刹车失灵突发状况作为任务事件，要求被试驾驶员在遇到任务事件时立即做出相应的反应。
3.按照权利要求1所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法,其特征在于，所述的进行无线索提示试验是指：
a.被试驾驶员进行车辆驾驶操作，为保证测试数据量的充分以及避免测试时间过长，在驾驶过程中遭遇n次刹车失灵任务事件，其中10≤n≤30；任务事件出现时，驾驶员对于驾驶警觉水平测试系统中的制动踏板的踩踏行为不再具有制动功能；
b.从每个任务事件出现到下一次任务事件出现的中间间隔定义为一个试次，每个试次的流程具体为：
车辆正常行驶过程中会随机出现刹车失灵突发状况作为任务事件，由数字信号控制器芯片将任务事件在成像投影透明膜片中央以屏幕出现“刹车失灵”的文字提示形式弹出；从任务事件出现开始，被试驾驶员需在1700ms内做出松开油门踏板、使用手刹制动停车两项驾驶操作，操作完成后任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态，正常驾驶状态至少持续800～1000ms，以准备进入下一个试次；
若被试驾驶员在1700ms内未做出反应，任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态；
c.油门踏板位置传感器和手刹开关记录被试驾驶员松开油门踏板和手刹制动停车的时刻，并将时间信息传输给数字信号控制器芯片；
d.由数字信号控制器芯片记录每个任务事件出现的时刻为t1i，每个任务事件出现后被试驾驶员做出第一个对应动作的时刻为t2i，中间的时间间隔记为反应时Ti,即Ti＝t2i-t1i。
4.按照权利要求1所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法,其特征在于，所述的进行双线索提示试验是指：
a.被试驾驶员进行车辆驾驶操作，为保证测试数据量的充分以及避免测试时间过长，在驾驶过程中遭遇n次刹车失灵任务事件，其中10≤n≤30；任务事件出现时，驾驶员对于驾驶警觉水平测试系统中的制动踏板的踩踏行为不再具有制动功能；
b.从每个任务事件出现到下一次任务事件出现的中间间隔定义为一个试次，每个试次的流程具体为：
在规定的时间区段范围内数字信号控制器芯片(11)随机时间点触发双线索提示，在成像投影透明膜片上侧和下侧同时分别出现一个感叹号，提醒被试驾驶员接下来即将出现任务事件，提前使被试驾驶员保持警觉状态，提示画面持续100ms后消失，提示画面消失后再经过400ms数字信号控制器芯片将任务事件在成像投影透明膜片中央以屏幕出现“刹车失灵”的文字提示形式弹出，从任务事件出现开始，被试驾驶员需在1700ms内做出松开油门踏板、使用手刹制动停车两项驾驶操作，操作完成后任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态，正常驾驶状态至少持续800～1000ms，以准备进入下一个试次；
若被试驾驶员在1700ms内未做出反应，任务事件消失，驾驶员重新回到正常驾驶状态；
c.油门踏板位置传感器和手刹开关记录被试驾驶员松开油门踏板和手刹制动停车的时刻，并将时间信息传输给数字信号控制器芯片；
d.由数字信号控制器芯片记录每个任务事件出现的时刻为t1j，每个任务事件出现后被试驾驶员做出第一个对应动作的时刻为t2j，中间的时间间隔记为反应时Tj,即Tj＝t2j-t1j。
5.按照权利要求1所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试方法,其特征在于，所述的数据处理是指：
a.计算无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时
其中：为无线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
Ti为每个任务事件试次从任务事件出现到驾驶员开始做出第一个操作反应中间的反应时；
n为试验试次数；
b.计算双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时
式中：为双线索提示试验下被试驾驶员面对任务事件的平均反应时；
Tj为每个任务事件试次从任务事件出现到驾驶员开始做出第一个操作反应中间的反应时；
n为试验试次数。
6.一种听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统,其特征在于，所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统包括测试主控制器(1)、笔记本电脑(2)、线索提示投影装置(3)、听觉刺激声音素材播放装置(4)与驾驶信息数据采集装置(5)；
所述的笔记本电脑(2)、线索提示投影装置(3)、听觉刺激声音素材播放装置(4)与驾驶信息数据采集装置(5)分别直接或间接地和测试主控制器(1)电连接。
7.按照权利要求6所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统,其特征在于，所述的测试主控制器(1)由型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片(11)、刺激声音素材存储装置(12)、型号为TLV320AIC23的音频控制芯片(13)、型号为TPA3116D2的声功率放大器(14)与型号为MAX3111的串行异步收发器(15)组成；
所述的刺激声音素材存储装置(12)由安全数码卡SD卡卡槽(12a)与SD卡(12b)组成；
所述的SD卡(12b)插入安全数码卡SD卡卡槽(12a)内，型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片(11)的SPISOMI引脚与安全数码卡SD卡卡槽(12a)的DAT0引脚电连接、SPICLK引脚与CLK引脚电连接、SPISIMO引脚与CMD引脚电连接、型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片(11)的SPISTEn引脚与安全数码卡SD卡卡槽(12a)的CD引脚电连接；
型号为TLV320AIC23音频控制芯片(13)的SCLK引脚与型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片(11)的SCLA引脚电连接、SDIN引脚与SDAA引脚电连接、DIN引脚与MDXA引脚电连接、DOUT引脚与MDRA引脚电连接、LRCOUT引脚与MFSRA引脚电连接、LRCIN引脚与MFSXA引脚电连接、型号为TLV320AIC23音频控制芯片(13)的BCLK引脚和型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片(11)的MCLKRA引脚与MCLKXA引脚电连接；
型号为TPA3116D2声功率放大器(14)中的INPR引脚与型号为TLV320AIC23的音频控制芯片(13)中的RHPOUT引脚电连接；
型号为MAX3111的串行异步收发器(15)的DIN引脚与型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片(11)的MDXB引脚电连接、DOUT引脚与MDRB引脚电连接、SCLK引脚与MCLKXB引脚电连接、CS引脚与MFSXB引脚电连接、型号为MAX3111的串行异步收发器(15)的IRQ引脚与型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片(11)的GPIO0引脚电连接。
8.按照权利要求5所述的听觉刺激影响下的驾驶警觉水平测试系统,其特征在于，所述的笔记本电脑(2)、线索提示灯光投影装置(3)、听觉刺激声音素材播放装置(4)与驾驶信息数据采集装置(5)分别直接或间接地和测试主控制器(1)电连接是指：
所述的线索提示灯光投影装置(3)由迷你投影仪(3a)与成像投影透明膜片(3b)组成，迷你投影仪(3a)安装在前排座椅连线中点对应的车厢内顶棚位置，成像投影透明膜片(3b)安装在车辆风挡玻璃中央位置；
所述的听觉刺激声音素材播放装置(4)由第一扬声器(4a)与第二扬声器(4b)组成，第一扬声器(4a)与第二扬声器(4b)安装在驾驶员左右耳对应的座椅头枕位置；
所述的驾驶信息数据采集装置(5)由油门踏板位置传感器(5a)和手刹开关(5b)组成；
所述的笔记本电脑(2)的RS232输入引脚RxD与测试主控制器(1)中的型号为MAX3111的串行异步收发器(15)的T1OUT接口电连接、RS232输出引脚TxD与输入引脚R1IN电连接；第一扬声器(4a)与第二扬声器(4b)的输入端和型号为TPA3116D2的声功率放大器(14)的BSPR输出引脚电连接；油门踏板位置传感器(5a)与手刹开关(5b)分别和测试主控制器(1)中的型号为TMS320F28335的数字信号控制器芯片(11)的GPIO1输入引脚与GPIO2输入引脚电连接；迷你投影仪(3a)的VGA输入接口端与笔记本电脑(2)的VGA输出接口端电连接。
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