基于检测反应任务的驾驶员注意力测试装置的制造方法
【技术领域】
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[0001]本发明属于汽车驾驶辅助系统技术领域，特别涉及驾驶员注意力测试装置。
【背景技术】
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[0002]在人员、机动车、道路环境三者构成的道路交通系统中，机动车驾驶员是系统的一个薄弱环节。驾驶过程复杂，包含情景感知、决策和执行等多个环节，难免发生分心失误、判断错误等突发异常，直接导致行车风险增大。驾驶是一个高度复杂的信息加工(认知)过程，可分为情景感知，决策和执行三个阶段，驾驶员注意力资源用于处理大量信息，并做出复杂决策，有时还用于处理多任务。注意被认知心理学看作信息加工的重要机制，强调其选择性维量，将注意看作一种内部机制，借以实现对刺激选择的控制并调节行为，即舍弃一部分信息，以便有效地加工重要的信息。有研究表明:注意力资源管理是车辆智能安全领域重要的人因议题，根据驾驶员注意力状态调整汽车驾驶辅助系统工作策略，评估辅助系统界面设计合理性，对于增强系统性能，提升道路安全具有积极意义。
[0003]目前，驾驶员注意力测量多基于生理指标或驾驶次任务绩效。基于生理信号的驾驶员注意力监测方法设备复杂，侵入性过强，指标个体差异性强且表现复杂，量化结果的一致性较低；而驾驶次任务绩效测量得到的注意力状态是多任务驾驶条件下的结果，不具备对驾驶主任务注意力资源占用进行量化的能力。
[0004]为此，本发明设计以简单刺激的检测反应任务为手段的驾驶员注意力测试装置，认为简单刺激的检测对注意力资源占用极小，但对驾驶员注意力状态变化非常敏感，侵入性低，因此可通过检测反应任务的绩效来量化驾驶员的注意力状态。国内外学者对此类方法装置进行过一定的研究，外周视觉检测任务(Peripheral detect1n task,F1DT)最早由Harms&Patten提出(2003)，在汽车左下方的挡风玻璃上向驾驶员的外周视野呈现红色的光点，光点是由一组发光二极管照射到挡风玻璃上然后反射进入驾驶员视野，目标位于驾驶员前视野左边水平角约11°?23°，垂直角度2°?4°的位置，发光二极管随机点亮，间隔时间在3?5s间随机变化，点亮时间约持续2s，对目标光点的有效反应从200?2000ms，超出此范围即为错过目标，驾驶员通过固定在他们主导手食指上的按键开关进行反应。
[0005]外周视觉检测任务存在便携性差，对驾驶员头部运动敏感，无法应对非前向注意时的认知负荷测量等问题。本发明专利旨在解决这个问题。
【发明内容】
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[0006]本发明的目的在于克服现有注意力测试装置功能的不足，提供基于检测反应任务的驾驶员注意力测试装置。该装置能应用于正常驾驶过程和多任务驾驶过程中的驾驶员注意力测试，评估汽车驾驶辅助系统界面合理性，为促进人机界面开发的快速迭代提供一种标准化装置。研究人员可以通过本发明的软件设定针对不同测试需求的注意力测试参数，自动记录驾驶员检测反应任务绩效数据，通过通用文本文件导出。
[0007]本发明专利对驾驶员注意力进行测量的原理如下:
[0008]在一定时间内，驾驶员的注意力总量不变，其中大部分用于驾驶任务，小部分用于使用汽车电子设备、手机应用等，注意力余量可以通过本发明测试得到，表现为对简单刺激的反应时间和响应率，当驾驶员投入更多的注意力到非驾驶任务上去，造成注意力余量下降，使得本发明测得的刺激反应时间变长，对刺激的响应率下降。
[0009]本发明专利解决其技术问题是通过以下技术方案实现的:
[0010]本发明提出的基于检测反应任务的驾驶员注意力测试装置，其特征在于，该装置主要由带LED灯软管可调式头戴、Arduino Uno R3芯片、按钮及搭载控制程序的电脑端构成;带LED灯软管可调式头戴戴在驾驶员头上，按钮与驾驶员主导手食指指腹绑定，二者通过绝缘线与Arduino Uno R3芯片相连;该芯片内置本发明的硬件控制程序，与电脑端软件控制程序通过串口进行通讯实现检测反应任务的触发、绩效数据记录与数据文件生成。
[0011]该技术方案的关键特征在于:所述带LED灯软管可调式头戴与驾驶员头部固定，驾驶员驾驶过程中正常的头部运动不会改变LED灯与眼睛的相对位置;设计了基于ArduinoUno R3芯片的硬件控制程序，与基于Windows操作系统的软件控制程序配合，实现对LED灯点亮刺激的参数控制、驾驶员检测反应任务的反应时间与错过标记记录。检测反应任务要求驾驶员对LED灯点亮刺激，通过按下主导手手指指腹绑定的按钮进行响应，在LED灯点亮持续时长内反应时间记为有效，超过设定点亮时长，则标记为错过。
[0012]本发明的基于检测反应任务的驾驶员注意力测试装置的特点及其能达到的效果如下:
[0013]I)对日益增多的汽车电子设备、驾驶辅助系统、行车手机应用等产品进行驾驶状态下的分心程度测试非常重要，应用本发明可以便捷地完成这一测试，有助于产品界面的快速开发，并可简便快速地测试人群差异，携带方便，使用简单。
[0014]2)本发明的基于检测反应任务的驾驶员注意力测试装置所采用的检测反应任务侵入性低，注意资源占用少，因而对驾驶干扰小，并且对驾驶员注意力变化具备良好的敏感性。
[0015]3)本发明的基于检测反应任务的驾驶员注意力测试装置将LED灯与一端固结在头戴上的可调节角度软管的自由端固定，使得驾驶员的注意力测试不受驾驶过程中正常的头部运动影响，性能稳定，可调节的软管适应多人群多场合，使得本发明的装置具备良好的生态效度。
[0016]4)本发明的基于检测反应任务的驾驶员注意力测试装置配备基于Windows系统(7及以上版本)的软件控制程序，可自由定制LED点亮刺激的时长、间隔，可选择固定和随机两种模式，可通过点击开始、暂停和结束按钮实现流程控制，界面用柱状图和数字两种形式实时动态显示检测反应任务的反应时间，方便观察研究，结束按钮按下后自动生成通用文本文件记录的检测反应任务绩效数据。操作简单，任务可定制，数据记录完整，便于处理。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的基于检测反应任务的驾驶员注意力测试装置结构原理示意图；
[0018]图2为本发明的Arduino Uno R3芯片连接结构示意图；其中，(a)为Arduino UnoR3芯片与LED灯、按钮连接俯视图，(b)为Arduino Uno R3芯片与LED灯、按钮连接电路图；
[0019]图3为本发明的检测反应任务头戴装置具体零件结构示意图；
[0020]图4为本发明的软件控制程序界面(Windows系统7及以上版本适用)；
图5为本发明附录A应用案例中的一个驾驶模拟场景，为停止标识控制的交叉路口；
图6为本发明附录A应用案例中的一个驾驶模拟场景，为限速高速公路；
图7为本发明附录A应用案例中的替代认知分心次任务，为钟表测试，用于让驾驶员产生认知分心。
[0021]在图1中，I为头戴;2为LED-芯片连接绝缘线;3为Arduino Uno R3芯片;4为搭载控制程序的电脑端;5为芯片-电脑连接线;6为按钮;7为按钮-芯片连接绝缘线;8为软管;9为LED 灯。
[0022]在图2中，3-1为Arduino Uno R3芯片D6端口；3-2为Arduino Uno R3芯片D2端口；
3-3为Arduino Uno R3芯片GND端口，用于接地;3-4为Arduino Uno R3芯片另一GND端口，用于接地;其中LED灯与3-2、3-4连接，按钮与3_1、3_3连接。
[0023]在图3中，I为头戴实例;8为软管实例;9为LED灯实例。
[0024]在图4中，4_1为输入控制参数;4_2为检测任务流程控制按钮;4_3为实时反应时间柱状图动态显示界面;4-4为实时反应时间数字动态显示界面。
【具体实施方式】
[0025]本发明的基于检测反应任务的驾驶员注意力测试装置，如图1所示，其主要组成包括头戴1、1^)-芯片连接绝缘线2^^11丨110 Uno R3芯片3、搭载控制程序的电脑端4、芯片-电脑连接线5、按钮6、按钮-芯片连接绝缘线7、软管8、LED灯9。
[0026]上述各部件的连接关系为:
[0027]头戴I是注意力测试装置的主要装配载体，驾驶员佩戴其在头部，软管8—端与头戴I对应驾驶员的左侧面固定，LED灯9与软管8自由伸出端固结。LED灯9与Arduino Uno R3芯片3通过LED-芯片连接绝缘线2相连。按钮6是认知测试注意装置的响应零部件，与驾驶员主导手食指指腹通过魔术贴绑定，每检测到一个LED点亮刺激，驾驶员用主导手大拇指按下按钮6完成检测反应任务，按钮6与Arduino Uno R3芯片3通过按钮-芯