基于生物电信号的疲劳驾驶检测

【摘要】近年来，随着交通运输业的发展，交通事故已成为当前各国所面临的严重问题。其中，疲劳驾驶是导致交通事故的一个重要因素。因此，对于驾驶疲劳检测方法的研究已经成为一个重要课题。首先本文引入视听觉刺激任务，通过设计模拟驾驶实验的8个阶段来研究基于生物电信号的驾驶疲劳检测。实验过程中，19位被试者被要求进行将近2个小时左右的模拟疲劳驾驶，同时采集被试者的脑电信号和心电信号。在每个阶段结束之后，被试者要作困睡度量表和NASA-TLX量表作为信号分析结果有效性的参考。然后本文从以下四个方面对疲劳驾驶的生物电信号进行了研究：1）针对脑电信号采集过程中的眨眼伪迹，本文研究并提出了一种基于相关性分析和功率空间分布特征来自动识别和去除眨眼伪迹的算法。该算法不需要预先设定模板或阈值，此外独立成分与观测信号的相关性能够直接从独立成分分析的混合矩阵中得到，这简化了运算，也为在线去除伪迹奠定了基础。实验结果表明该算法识别准确率高，相对于传统的人工识别有较大改进。2）研究了脑电信号各频段的功率谱与驾驶疲劳之间的对应关系。通过对驾驶前后两个阶段的19位被试者的生理指标作统计显著性检验，实验研究表明脑电频谱指标可以有效的对驾驶的疲劳和清醒状态进行检测。3）研究了在疲劳驾驶中基于相位同步的脑电变化特征。采用平均相位相干性(meanphasecoherence，MPC)作为相位同步的衡量指标，从空间-频段的角度来分析疲劳的相位同步特征。研究的主要发现是delta和alpha频段的相位同步在额叶和顶叶显著性增强。统计分析结果表明MPC能够显著区分不同的精神状态，如警觉和疲劳。此外，delta频段在单个电极对（如Pz-Fz）的相位同步在驾驶前后变化显著，这有助于未来便携式检测设备的开发。4）在心电数据分析方面，对心率变异率（Heartratevariability，HRV）的时域和频域指标进行了研究与探讨。具体为利用差分阈值法对心电信号进行R波检测得到RR间期序列，然后研究HRV的各项时、频域指标。发现随着疲劳程度的加深，部分时、频域指标发生了较为明显的变化趋势。实验结果为利用心电信号检测驾驶疲劳提供了另一辅助重要参考。最后，在前期信号分析的基础上，探讨了脑电特征和心电特征的融合。研究了数据融合的方式和基于支持向量机的分类方法，最终实现脑电与心电信号在特征层融合的清醒疲劳分类。实验结果表明，脑电和心电特征融合能够有效地提高单种信号分类的识别率。
【作者】周展鹏；
【导师】胡三清；孔万增；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，计算机应用技术，2014，硕士
【关键词】疲劳驾驶；脑电信号；心电信号；相位同步；独立成分分析（ICA）；心率变异率（HRV）；数据融合；

【参考文献】
[1]孙翠.喷雾干燥法制备锡及与锡氧化物—石墨烯复合材料及其电化学性能研究[D].哈尔滨工业大学,化学工程,2014,硕士.
[2]龙大海.城市化对经济增长推动作用的经济学分析[D].东北财经大学,国民经济学,2003,硕士.
[3]郝冬宁.基于并行的分布式处理及在渲染中的应用[D].江苏科技大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[4]陈飞虎.复合冷凝过程热力学仿真与优化研究[D].湖南大学,供热、供燃气、通风及空调工程,2014,博士.
[5]王冬.大金电机公司质量成本改进研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[6]骆斌.全氟辛酸对小鼠睾丸微环境影响的研究[D].安徽大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[7]刘蓉.近红外光谱分析中模型优化方法的初步研究[D].天津大学,测试计量技术及仪器,2003,硕士.
[8]孙娟娟.生物絮凝吸附—曝气生物滤池组合工艺处理生活污水的数学模拟研究[D].安徽建筑工业学院,市政工程,2012,硕士.
[9]张飞翔.人民币汇率升值背景下产业升级对装备制造业贸易形势的影响分析[D].沈阳工业大学,国际贸易学,2013,硕士.
[10]杨锋.基于概率模糊认知图的分布式协同入侵检测方法研究[D].广西大学,2005.
[11]郭宏宇.小学语文三年级教学设计方案编写辅助工具的设计与制作[D].内蒙古师范大学,教育技术学,2012,硕士.
[12]李榕.电动座椅用稀土永磁无刷直流电动机驱动系统研究[D].西北工业大学,电机与电器,2004,硕士.
[13]张洁.基于FDI的重庆企业“走出去”对策研究[D].西南大学,企业管理,2013,硕士.
[14]李宇昊.审计委员会对抑制上市公司财务报告舞弊研究[D].云南财经大学,会计学,2013,硕士.
[15]谢善益,高新华,周伊琳,高雅.IECTC57CIM和IEC61850SCL模型整合及UCIM构建[J].电力系统自动化,2009,17:61-65.
[16]周姝汇.吡柔比星对比多柔比星在非转移性肢体骨肉瘤一线化疗中的疗效及安全性的回顾性研究[D].苏州大学,临床医学（专业学位）,2014,硕士.
[17]汲静静.自行火炮输弹机提升机构液压控制系统分析研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[18]马超.汇改后我国汇率预期与股价关系研究[D].复旦大学,金融学,2012,硕士.
[19]戴湖海.CL公司家用空调市场营销策略研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[20]陆瑶.动名词谓语的时态·体态·情态[D].吉林大学,日语语言文学,2014,硕士.
[21]曹得玉.中药熏洗治疗陈旧性指间关节侧副韧带损伤的临床研究[D].河北医科大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[22]何英杰,邹云屏,刘飞,林磊,王成智.二极管钳位型多电平有源电力滤波器的仿真[J].电力系统自动化,2006,10:64-68+92.
[23]田全.论蔡元培的政治思想[D].吉林大学,政治学理论,2004,硕士.
[24]赵晶.甘草组织快繁技术及次生代谢产物的研究[D].甘肃农业大学,药用植物资源利用,2013,硕士.
[25]赵林.贵州省遵义地区幽门螺杆菌感染及耐药性研究[D].遵义医学院,内科学,2012,硕士.
[26]吴悦,汪定伟.用遗传/禁忌搜索混合算法求解可变加工时间的调度问题[J].控制与决策,1998,S1:44-48.
[27]顾林海.住宅区景观设计及施工的品质管理研究[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[28]迟旭.中韩汉语教师“合作教学”调研报告[D].沈阳师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[29]刘鑫蕊,张化光.不确定时变时滞模糊大系统的采样分散可靠H_∞双曲控制(英文)[J].自动化学报,2009,12:1534-1540.
[30]霍庆龙.胶西北中生代陆内岩浆核杂岩拆离—滑脱带成矿与深部预测[D].中国地质大学（北京）,矿物学、岩石学、矿床学,2014,硕士.
[31]温长胜.学生素质教育信息管理系统的设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[32]王思文.西药中药化实验方法研究[D].西北大学,中药学,2014,硕士.
[33]黄子鉴.基于船舶生命周期碳排放评估的新全球航运碳排放交易体系框架研究[D].厦门大学,海洋事务,2014,硕士.
[34]雷蜜.我国典当法律问题浅探[D].清华大学,法律,2003,硕士.
[35]刘琪.Basel Ⅲ视角下中国系统重要性银行测度及影响因素分析[D].浙江工商大学,金融学,2014,硕士.
[36]赵睿哲.牵切技术在苎麻纺纱中的应用[D].东华大学,纺织工程,2004,硕士.
[37]潘穗.第14届金鸡百花电影节观摩影院音响工程解析[J].演艺设备与科技.2006(02)
[38]赵文静,麦永懿,张炜,叶纯麟,李志.原子转移自由基聚合在纳米粒子改性方面的研究进展[J].中国塑料,2014,04:7-13.
[39]李鹏.青岛市轻型机动车道路排放因子的研究[D].青岛大学,车辆工程,2013,硕士.
[40]王慧敏.工作记忆容量对英语专业学生英语书面产出的影响研究[D].沈阳师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[41]何正泉.小鼠孤雌单倍体胚胎干细胞多能性与功能的研究[D].安徽大学,细胞生物学,2014,硕士.
[42]李爽,黄荣怀.远程学习支持新发展与知识工程[J].开放教育研究,2005,03:52-57.
[43]刘相锋.辽宁省生产性服务业对装备制造业竞争力的提升实证分析[D].辽宁大学,产业经济学,2012,硕士.
[44]王希茜.初中文言教学与闲暇教育的渗透结合[D].华中师范大学,教育管理,2012,硕士.
[45]高峻.食管贲门癌多药耐药基因表达的临床意义[D].山西医科大学,内科学,2002,硕士.
[46]徐茂林.鞍山市数字高程模型（DEM）的建立[D].辽宁工程技术大学,测绘工程,2004,硕士.
[47]王贺.马克思就业理论与当代大学生就业问题研究[D].河南科技大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[48]熊伟.不完整关系数据库中关联规则挖掘问题的研究[D].华中师范大学,2001.
[49]霍佳梅.敦煌民间词与金代道教词比较研究[D].宁波大学,中国古代文学,2013,硕士.
[50]侯杰娟.生态性耕地整理潜力评价与应用[D].中国地质大学（北京）,公共管理,2013,硕士.