基于檢測反應任務的駕駛員注意力測試裝置的制造方法
【技術領域】
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[0001]本發明屬于汽車駕駛輔助系統技術領域，特別涉及駕駛員注意力測試裝置。
【背景技術】
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[0002]在人員、機動車、道路環境三者構成的道路交通系統中，機動車駕駛員是系統的一個薄弱環節。駕駛過程復雜，包含情景感知、決策和執行等多個環節，難免發生分心失誤、判斷錯誤等突發異常，直接導致行車風險增大。駕駛是一個高度復雜的信息加工(認知)過程，可分為情景感知，決策和執行三個階段，駕駛員注意力資源用于處理大量信息，并做出復雜決策，有時還用于處理多任務。注意被認知心理學看作信息加工的重要機制，強調其選擇性維量，將注意看作一種內部機制，借以實現對刺激選擇的控制并調節行為，即舍棄一部分信息，以便有效地加工重要的信息。有研究表明:注意力資源管理是車輛智能安全領域重要的人因議題，根據駕駛員注意力狀態調整汽車駕駛輔助系統工作策略，評估輔助系統界面設計合理性，對于增強系統性能，提升道路安全具有積極意義。
[0003]目前，駕駛員注意力測量多基于生理指標或駕駛次任務績效。基于生理信號的駕駛員注意力監測方法設備復雜，侵入性過強，指標個體差異性強且表現復雜，量化結果的一致性較低；而駕駛次任務績效測量得到的注意力狀態是多任務駕駛條件下的結果，不具備對駕駛主任務注意力資源占用進行量化的能力。
[0004]為此，本發明設計以簡單刺激的檢測反應任務為手段的駕駛員注意力測試裝置，認為簡單刺激的檢測對注意力資源占用極小，但對駕駛員注意力狀態變化非常敏感，侵入性低，因此可通過檢測反應任務的績效來量化駕駛員的注意力狀態。國內外學者對此類方法裝置進行過一定的研究，外周視覺檢測任務(Peripheral detect1n task,F1DT)最早由Harms&Patten提出(2003)，在汽車左下方的擋風玻璃上向駕駛員的外周視野呈現紅色的光點，光點是由一組發光二極管照射到擋風玻璃上然后反射進入駕駛員視野，目標位于駕駛員前視野左邊水平角約11°?23°，垂直角度2°?4°的位置，發光二極管隨機點亮，間隔時間在3?5s間隨機變化，點亮時間約持續2s，對目標光點的有效反應從200?2000ms，超出此范圍即為錯過目標，駕駛員通過固定在他們主導手食指上的按鍵開關進行反應。
[0005]外周視覺檢測任務存在便攜性差，對駕駛員頭部運動敏感，無法應對非前向注意時的認知負荷測量等問題。本發明專利旨在解決這個問題。

【發明內容】

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[0006]本發明的目的在于克服現有注意力測試裝置功能的不足，提供基于檢測反應任務的駕駛員注意力測試裝置。該裝置能應用于正常駕駛過程和多任務駕駛過程中的駕駛員注意力測試，評估汽車駕駛輔助系統界面合理性，為促進人機界面開發的快速迭代提供一種標準化裝置。研究人員可以通過本發明的軟件設定針對不同測試需求的注意力測試參數，自動記錄駕駛員檢測反應任務績效數據，通過通用文本文件導出。
[0007]本發明專利對駕駛員注意力進行測量的原理如下:
[0008]在一定時間內，駕駛員的注意力總量不變，其中大部分用于駕駛任務，小部分用于使用汽車電子設備、手機應用等，注意力余量可以通過本發明測試得到，表現為對簡單刺激的反應時間和響應率，當駕駛員投入更多的注意力到非駕駛任務上去，造成注意力余量下降，使得本發明測得的刺激反應時間變長，對刺激的響應率下降。
[0009]本發明專利解決其技術問題是通過以下技術方案實現的:
[0010]本發明提出的基于檢測反應任務的駕駛員注意力測試裝置，其特征在于，該裝置主要由帶LED燈軟管可調式頭戴、Arduino Uno R3芯片、按鈕及搭載控制程序的電腦端構成;帶LED燈軟管可調式頭戴戴在駕駛員頭上，按鈕與駕駛員主導手食指指腹綁定，二者通過絕緣線與Arduino Uno R3芯片相連;該芯片內置本發明的硬件控制程序，與電腦端軟件控制程序通過串口進行通訊實現檢測反應任務的觸發、績效數據記錄與數據文件生成。
[0011]該技術方案的關鍵特征在于:所述帶LED燈軟管可調式頭戴與駕駛員頭部固定，駕駛員駕駛過程中正常的頭部運動不會改變LED燈與眼睛的相對位置;設計了基于ArduinoUno R3芯片的硬件控制程序，與基于Windows操作系統的軟件控制程序配合，實現對LED燈點亮刺激的參數控制、駕駛員檢測反應任務的反應時間與錯過標記記錄。檢測反應任務要求駕駛員對LED燈點亮刺激，通過按下主導手手指指腹綁定的按鈕進行響應，在LED燈點亮持續時長內反應時間記為有效，超過設定點亮時長，則標記為錯過。
[0012]本發明的基于檢測反應任務的駕駛員注意力測試裝置的特點及其能達到的效果如下:
[0013]I)對日益增多的汽車電子設備、駕駛輔助系統、行車手機應用等產品進行駕駛狀態下的分心程度測試非常重要，應用本發明可以便捷地完成這一測試，有助于產品界面的快速開發，并可簡便快速地測試人群差異，攜帶方便，使用簡單。
[0014]2)本發明的基于檢測反應任務的駕駛員注意力測試裝置所采用的檢測反應任務侵入性低，注意資源占用少，因而對駕駛干擾小，并且對駕駛員注意力變化具備良好的敏感性。
[0015]3)本發明的基于檢測反應任務的駕駛員注意力測試裝置將LED燈與一端固結在頭戴上的可調節角度軟管的自由端固定，使得駕駛員的注意力測試不受駕駛過程中正常的頭部運動影響，性能穩定，可調節的軟管適應多人群多場合，使得本發明的裝置具備良好的生態效度。
[0016]4)本發明的基于檢測反應任務的駕駛員注意力測試裝置配備基于Windows系統(7及以上版本)的軟件控制程序，可自由定制LED點亮刺激的時長、間隔，可選擇固定和隨機兩種模式，可通過點擊開始、暫停和結束按鈕實現流程控制，界面用柱狀圖和數字兩種形式實時動態顯示檢測反應任務的反應時間，方便觀察研究，結束按鈕按下后自動生成通用文本文件記錄的檢測反應任務績效數據。操作簡單，任務可定制，數據記錄完整，便于處理。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的基于檢測反應任務的駕駛員注意力測試裝置結構原理示意圖；
[0018]圖2為本發明的Arduino Uno R3芯片連接結構示意圖；其中，(a)為Arduino UnoR3芯片與LED燈、按鈕連接俯視圖，(b)為Arduino Uno R3芯片與LED燈、按鈕連接電路圖；
[0019]圖3為本發明的檢測反應任務頭戴裝置具體零件結構示意圖；
[0020]圖4為本發明的軟件控制程序界面(Windows系統7及以上版本適用)；
圖5為本發明附錄A應用案例中的一個駕駛模擬場景，為停止標識控制的交叉路口；
圖6為本發明附錄A應用案例中的一個駕駛模擬場景，為限速高速公路；
圖7為本發明附錄A應用案例中的替代認知分心次任務，為鐘表測試，用于讓駕駛員產生認知分心。
[0021]在圖1中，I為頭戴;2為LED-芯片連接絕緣線;3為Arduino Uno R3芯片;4為搭載控制程序的電腦端;5為芯片-電腦連接線;6為按鈕;7為按鈕-芯片連接絕緣線;8為軟管;9為LED 燈。
[0022]在圖2中，3-1為Arduino Uno R3芯片D6端口；3-2為Arduino Uno R3芯片D2端口；
3-3為Arduino Uno R3芯片GND端口，用于接地;3-4為Arduino Uno R3芯片另一GND端口，用于接地;其中LED燈與3-2、3-4連接，按鈕與3_1、3_3連接。
[0023]在圖3中，I為頭戴實例;8為軟管實例;9為LED燈實例。
[0024]在圖4中，4_1為輸入控制參數;4_2為檢測任務流程控制按鈕;4_3為實時反應時間柱狀圖動態顯示界面;4-4為實時反應時間數字動態顯示界面。
【具體實施方式】
[0025]本發明的基于檢測反應任務的駕駛員注意力測試裝置，如圖1所示，其主要組成包括頭戴1、1^)-芯片連接絕緣線2^^11丨110 Uno R3芯片3、搭載控制程序的電腦端4、芯片-電腦連接線5、按鈕6、按鈕-芯片連接絕緣線7、軟管8、LED燈9。
[0026]上述各部件的連接關系為:
[0027]頭戴I是注意力測試裝置的主要裝配載體，駕駛員佩戴其在頭部，軟管8—端與頭戴I對應駕駛員的左側面固定，LED燈9與軟管8自由伸出端固結。LED燈9與Arduino Uno R3芯片3通過LED-芯片連接絕緣線2相連。按鈕6是認知測試注意裝置的響應零部件，與駕駛員主導手食指指腹通過魔術貼綁定，每檢測到一個LED點亮刺激，駕駛員用主導手大拇指按下按鈕6完成檢測反應任務，按鈕6與Arduino Uno R3芯片3通過按鈕-芯