基于心电信号的音乐节拍对作业疲劳作用分析

利用MP150多道生理仪记录心电信号的变化,从听觉的角度,通过HR(Heart Rate,HR)和频域指标的变化,分析两种节拍的音乐(慢节拍音乐60~100拍/min和快节拍音乐120~160拍/min)对作业疲劳的影响,并以静息组为对照组进行了3组试验。结果表明:1)方差分析表明,音乐对心率变化无较大的影响,而对LF(LowFrequency)、HF(High-Frequency)影响较大;2)心电数据分析表明,短时间聆听慢节拍的音乐有助于心率的恢复;3)心率变异性分析表明,音乐使LF降低,HF升高,副交感神经兴奋性增强,能缓解作业疲劳。     

高速公路驾驶员主动疲劳的脑电检测分析北大核心CSCD

为开发高速公路驾驶疲劳预警系统,保障道路交通安全,基于脑电(EEG)数据功率谱分析方法,探索驾驶员主动疲劳与脑电指标(θ+α)/β的关系,首先,开展模拟驾驶试验,采集21名被试驾驶状态的脑电信号,分析α(8~13Hz),β(13~30Hz),θ(0.5~4Hz)这3个频段的脑电波,计算脑电合并指标(θ+α)/β;然后,运用瑞典行业疲劳问卷(SOFI),比较驾驶员执行驾驶任务前后的疲劳状态,分析心理测量和脑电测量结果的回归拟合效度。结果表明:在高速公路复杂驾驶任务中,驾驶员脑电合并指标(θ+α)/β呈现下降趋势,同时,(θ+α)/β与驾驶员主观疲劳程度有显著的正向拟合关系,拟合解释率达50%;脑电指标(θ+α)/β可实时预测驾驶员主动疲劳状态。     

草原公路短时程驾驶疲劳程度多指标划分研究

为确定行车过程中不同时段驾驶员的疲劳程度,考虑草原公路的特殊性,选取典型草原公路路段,对9位受试者腰部肌电(EMG)、脑电(EEG)及心电(ECG)信号进行连续3 h的实驾测试。用因子(降维)及相关性分析法得到疲劳敏感指标;通过回归方程得到疲劳公式;利用层次聚类法初步划分疲劳程度,并验证划分结果。试验结果表明:表征EMG信号频谱变化的中位频率(MF)、ECG信号的心率均值(MHR)、高频标准化值(HFnu)和EEG信号的(α+θ)/β值对草原公路驾驶疲劳响应敏感,且驾驶疲劳发展呈多元线性变化;草原公路短时程驾驶疲劳可分为3个阶段。     

高速公路驾驶员主动疲劳的脑电检测分析

为开发高速公路驾驶疲劳预警系统,保障道路交通安全,基于脑电(EEG)数据功率谱分析方法,探索驾驶员主动疲劳与脑电指标(θ+α)/β的关系,首先,开展模拟驾驶试验,采集21名被试驾驶状态的脑电信号,分析α(8～13 Hz),β(13～30 Hz),θ(0. 5～4 Hz)这3个频段的脑电波,计算脑电合并指标(θ+α)/β;然后,运用瑞典行业疲劳问卷(SOFI),比较驾驶员执行驾驶任务前后的疲劳状态,分析心理测量和脑电测量结果的回归拟合效度。结果表明:在高速公路复杂驾驶任务中,驾驶员脑电合并指标(θ+α)/β呈现下降趋势,同时,(θ+α)/β与驾驶员主观疲劳程度有显著的正向拟合关系,拟合解释率达50%;脑电指标(θ+α)/β可实时预测驾驶员主动疲劳状态。     

基于EEG的夜班矿工疲劳检测北大核心CSCD

为了研究煤矿中夜班工人的疲劳状况和疲劳检测方法,通过对夜班矿工脑电和行为指标进行分析,建立BP神经网络模型预测矿工疲劳程度。选择15名夜班矿工作为被试,通过脑电图(EEG)测量其夜班前后执行Oddball任务时的脑电信号,通过快速傅里叶变换提取脑电特征值(α+θ)/β、(α+θ)/(α+β)、θ/β和α/β,收集认知任务期间的准确性和反应时间,作为疲劳检测指标建立BP神经网络模型,对夜班矿工的疲劳等级进行预测。对夜班前后矿工脑电信号中所有通道的特征值进行配对t检验,共得到6个显著通道的特征值,与反应时间、准确率等建立BP神经网络模型,总体检测准确度为89.685%。该模型对检测夜班矿工的疲劳程度具有较高准确性,可为矿工疲劳干预措施和检测装备的研发提供技术手段和理论基础。     

疲劳影响驾驶员心理旋转能力的ERP试验研究

为探究疲劳对驾驶员心理旋转能力的影响机制,首先开展2 h模拟驾驶任务试验,以诱发驾驶疲劳,并在模拟驾驶任务前后,分别测定驾驶员的心理旋转能力;然后基于试验数据,分析驾驶疲劳前后心理旋转能力行为绩效(反应时间、正确率)和脑电事件相关电位(ERP)成分(P3波幅和潜伏期)的变化及其差异。试验发现,驾驶疲劳引起行为绩效显著降低(反应时延长,正确率降低),脑电ERP的P3成分波幅在顶叶区显著下降、潜伏期显著延长。上述结果表明:疲劳影响了驾驶员在心理旋转过程中对认知资源的分配和加工信息的速度,导致心理旋转能力降低。     

驾驶疲劳恢复时间的心电信号分析

适当的休息能有效缓解驾驶疲劳,提高行车安全。为探究科学的驾驶休息时间,开展试验,用MP150多通道生理信号采集仪,采集20名驾驶人4 h模拟驾驶作业后休息时的心电(ECG)信号,分析ECG信号的变化规律。结果表明:在驾驶疲劳恢复期,ECG指标心率(HR)、间期标准差(SDNN)、低高频比值(LF/HF)、样本熵(SampEn)与恢复时间高度线性相关,且性别差异对疲劳恢复期ECG指标有显著影响;驾驶人的心理疲劳恢复时间早于生理疲劳恢复时间;驾驶人主观恢复时间相对于客观疲劳恢复时间有提前现象;建议连续驾驶4 h后男性驾驶人休息时间不少于24 min,女性驾驶人休息时间不少于27 min。     

基于多生理信号的飞行警戒疲劳检测

为预防事故发生,保障飞行安全,提出一种基于多生理信号和支持向量机(SVM)的飞行警戒疲劳检测方法,识别飞行员飞行警戒中的疲劳状态。首先,研究疲劳评价与检测方法,并基于自主开发的飞行警戒测试系统与多导生物反馈仪和眼动仪搭建试验平台;然后,采集飞行警戒作业中的心电、眼动、呼吸等多生理信号和主观疲劳自评值;再次,通过配对样本的非参数检验,提取敏感生理指标,并以此作为特征向量,通过机器学习训练,构建基于多生理信号和SVM的疲劳检测模型;最后,依据受试者工作特征(ROC)曲线和模型准确率,对比分析各疲劳检测模型的效果。结果表明：在飞行警戒疲劳状态下,作业者的多项生理指标均有显著变化;心电、眼动和呼吸等多生理信号融合较单一信号的疲劳检测效果好,其ROC曲线下面积为0.802。基于高斯径向基核函数(RBF)构建的疲劳检测模型训练及预测准确率可达93%和87.50%。基于多生理信号和SVM方法可以实现对飞行警戒疲劳状态的检测。     

基于EEG频谱特征的驾驶员疲劳监测研究

研究表明疲劳驾驶是引发交通伤亡事故的重要原因之一,因此有必要采取相应的预防措施。脑电是公认的睡眠(疲劳)金指标,因此论文提出了基于脑电频谱特征的驾驶员疲劳预测方法。采用了驾驶模拟实验中记录的三路驾驶员脑电信号,并利用驾驶员自评与专家评定两种方式相结合的方法将驾驶数据分为疲劳和清醒。针对脑电中眼电噪声很强的特点,对记录的脑电进行了自适应滤波消噪处理,结果显示可有效滤除眼电伪迹;然后根据脑电的频域特征比较突出且与疲劳相关的特点,从去噪后的脑电中提取出了的75个频谱特征;最后利用这些频谱特征,采用朴素贝叶斯分类的方法建立了驾驶员疲劳监测模型。实验结果表明,该方法能监测出驾驶员84%的疲劳状态。     

基于眼-脑生理指标的大型地下洞室驾驶员疲劳演化特征研究

为保障大型地下洞室驾驶安全，提出眼动和脑电双模态驱动的大型地下洞室驾驶疲劳评价方法，探究驾驶员疲劳演化特征。首先，根据实地数据设计大型地下洞室模拟场景，利用驾驶模拟技术开展驾驶试验，实时采集驾驶员的眼动和脑电数据；其次，对数据进行分段处理，基于格拉布斯准则剔除眼动异常数据，通过快速傅里叶变换分解出脑电节律，构建脑电疲劳指数模型；最后，开展不同区段下驾驶员平均瞳孔直径、眨眼持续时间、眨眼频率及θ、α、β节律等指标的差异性分析，以平均瞳孔直径和脑电疲劳指标F为参量，提出基于模糊综合评价的驾驶疲劳度量方法。结果表明，驾驶员的视觉疲劳出现明显早于精神疲劳，而精神疲劳可以更精确地体现影响驾驶状态的内在疲劳。相较于地上路段，驾驶员在大型地下洞室中的疲劳累积更快，呈现反复、波动式上升，且其综合疲劳程度在中后段达到峰值，之后受洞口光亮刺激在末段减弱。     

基于生理信号的驾驶疲劳综合指标试验研究

研究驾驶过程中随着疲劳的产生驾驶员生理信号的变化规律,提取反映驾驶疲劳程度的综合指标。采用驾驶模拟器对20名被试进行驾驶模拟试验,用MP150多导生理仪实时采集并记录驾驶员在60 min驾驶任务过程中的心电信号、脑电信号、肌肉电阻信号、皮肤温度信号和呼吸频率信号。运用R软件对数据进行线性回归分析,对比一般回归分析,逐步线性回归分析克服了一般回归分析许多变量不显著的缺点,得到了最优的驾驶综合指标方程,确定了与各项指标相关的驾驶疲劳评价综合指标,并通过3名被试模拟驾驶试验验证了综合指标作为评价驾驶疲劳的有效性。     

基于EEG的有限空间检修工脑疲劳特性研究

为了探究有限空间内检修工在高温高湿状态下的脑疲劳特征,采用对照与模拟有限空间作业环境相结合的方法,对作业人员脑电波变化进行监测,利用傅里叶变换对原波信号进行时频转换,提取相对频率、重心频率等特征参数。研究结果表明:在高温高湿的有限空间环境中,人体脑波功率变化幅度明显变大;在进入疲劳状态时有限空间环境的脑波功率低于对照组;高频的β波在高温高湿环境中减少的比例较大,平均下降7.1%;脑波重心频率由8 Hz降为6 Hz,平均下降11.3%,由α波变为θ波,大脑活动进入疲劳状态。说明有限空间的高温高湿环境对人体脑疲劳具有明显影响,可用于脑电智能穿戴监测设备监测工人脑疲劳状况。     

长时间单调模拟驾驶对疲劳的影响研究

通过模拟驾驶实验,综合评估长时间驾驶以及单调环境对驾驶员疲劳程度的影响是笔者研究的主要课题内容。借助于在模拟驾驶座舱上,4个健康样本分别参加高速公路(单调环境)和一般公路(非单调环境)的两组驾驶仿真实验,每组测试均持续两小时,一共进行10次实验。实验过程中,样本的操控数据(车速和方向盘转角)、反应时间、心电信号、主观疲劳状况等都同步记录并保存。实验结果表明长时间驾驶对操控能力、反应时间、心率、主观疲劳都有显著性影响(p<0.050),单调环境(高速公路)和非单调环境(一般公路)相比,车速方差区别显著,而尽管被试在高速公路的单调环境下驾驶后主观感觉更疲劳一些,但反应时间、心率等因素并没有显著性差异。     

公交车停靠站形式对驾驶人生理特性的影响研究

设计并实施实车试验,运用生理测试仪采集驾驶人生理数据,对比分析公交车在通过直线式及港湾式车站时,驾驶人的生理数据基础信号(Basis Signal Analysis,BSA)和心率变异性(Heart Rate Variability,HRV)。结果表明,通过不同形式停靠站时驾驶人的生理特性有明显差异。通过直线式车站时,驾驶人的心电(Electro Cardio Graph,ECG)和阻抗Z0的极大值均高于通过港湾式车站时的极大值,皮电(Galvanic Skin Current,GSC)的极大值约是通过港湾式车站时极大值的1.9倍,心动周期时间序列变化及呼吸时间序列变化的极大值均比通过港湾式车站时的极大值高。要提高停靠站设置的合理性,适当增加港湾式站台,以达到改善驾驶人生理状态、降低驾驶疲劳、提高驾驶安全性的目的。     

基于生理指标的建筑工人攀登作业疲劳实验研究

为研究攀登作业建筑工人生理疲劳状态的评测指标,提出1种基于生理指标的建筑工人攀登作业疲劳测度实验方法。首先,设计实验测量建筑工人的心率、皮肤温度、舒张压、收缩压4项生理指标,结合Brog’s RPE主观疲劳程度量表研究建筑工人生理疲劳的变化;其次,提取上述4项指标的平均值和标准差作为生理指标特征值,利用静息状态下生理指标特征值和疲劳状态下生理指标特征值进行方差分析、球形检验、T检验筛选出与疲劳相关的特征值;最后,利用支持向量机构建疲劳检测模型。研究结果表明：上述8项生理指标特征值与攀登作业工人疲劳具有显著相关性,疲劳检测模型的准确率为96.875%,研究结果可对攀登作业人员疲劳评估和疲劳预警具有实践性意义。     

重复性同侧搬举负荷对竖脊肌疲劳的影响

为预防重复性同侧搬举对竖脊肌的伤害,利用表面肌电(s EMG)技术,开展搬举试验,研究竖脊肌疲劳的影响因素。试验要求设置不同工件重量、搬举频率和搬举角度等3个负荷,并设置8个任务组;要求12名被试完成8个任务组中的右侧重复性搬举,记录相关s EMG信号,并用多元逐步回归分析竖脊肌疲劳的负荷因素。结果表明:搬举过程中随着工件重量、搬举频率和搬举角度负荷增加,s EMG频域指标平均功率频率(MPF)下降,时域指标平均肌电值(AEMG)增大,最大随意收缩肌电百分比(MVE%)增大,最大负荷左右竖脊肌最大值分别为(64.85%±11.89%)MVE和(41.24%±9.77%)MVE;各任务组搬举中,左右竖脊肌均明显疲劳,而疲劳程度不一致;重复性同侧搬举负荷对竖脊肌疲劳的影响因素从大到小依次为重量、角度和频率。     

脑力疲劳对视觉选择性注意影响的研究

为探究人的脑力疲劳对其视觉选择性注意的影响,开展监控作业系统人机工效设计试验。以32名男性为被试,采用140 min记忆刷新试验任务(2-back任务)模拟监控作业诱发脑力疲劳,然后采用2×3因素设计的中心线索提示范式模拟自动告警测量选择性注意能力,通过分析行为学及脑电(EEG)数据,研究脑力疲劳对视觉选择性注意的影响。结果表明:140 min 2-back任务诱发了脑力疲劳,脑力疲劳状态下,中心线索提示范式中的无效线索和目标刺激的疲劳效应最强,有效线索和干扰刺激的疲劳效应最弱,被试的选择性注意任务绩效下降、P300潜伏期显著延长、幅值显著减小,脑力疲劳对视觉选择性注意能力有负性影响。     

疲劳对矿工心智游移影响的事件相关电位研究

为了深入探讨疲劳程度对矿工心智游移的影响,选取10名男矿工作为被试,采用事件相关电位(ERP)方法,用E-prime软件编写刺激程序,用64导脑电仪采集脑电信号,并用BESA软件预处理和分析脑电数据,测量被试疲劳前后行为指标和脑电指标。结果表明:疲劳对心智游移频率、平均反应时和错误率以及引发P300的波幅和潜伏期有显著影响;疲劳后,心智游移频率显著增高,平均反应时延长,错误率上升,心智游移时引发P300的波幅显著减小、潜伏期延长;通过降低矿工的疲劳程度,可以有效减少心智游移。     

草原公路驾驶人腰部疲劳恢复的表面肌电分析

为研究草原公路驾驶人腰部肌肉疲劳恢复特性,在草原公路模拟驾驶环境开展腰部疲劳恢复试验。利用MP150多通道生理测试仪采集驾驶人试验前、驾驶结束时和疲劳恢复阶段的腰部肌电信号,并应用配对样本t检验和独立样本t检验进行统计分析,探讨草原公路驾驶人腰部肌肉疲劳恢复特征。结果表明:在驾驶疲劳恢复期,时域指标平均振幅值(AEMG)、积分肌电值(IEMG)和均方根值(RMS)随恢复时间而增大,频域指标中位频率值(MF)和平均功率频率值(MPF)则随之减小;各指标在疲劳恢复初期恢复较快,当驾驶人疲劳恢复程度达到80%左右时,其在之后同等时间段内肌电各指标的恢复能力趋于平缓;2 h组腰部竖脊肌的表面肌电(sEMG)指标在恢复期第18 min与静测无显著差异,4 h组在恢复期第27 min与静测无显著差异。     

山区高速公路空间郁闭度对驾驶员视觉及生理指标的影响

为了解高速公路空间郁闭度对驾驶员视觉行为和心理状态的影响规律,在山区高速公路开展室外实车试验,采用Dikablis眼镜式眼动仪和Varioport生理记录仪记录了驾驶员的眼动和生理数据,包括注视时间百分比、平均注视时间、扫视幅度、眨眼率、心电、心率、皮电等。结果表明,随空间郁闭度增加,驾驶员皮电和扫视幅度增大,眨眼率和平均注视持续时间减小,视点越来越集中。随着驾驶员的逐渐适应,空间环境对驾驶员的心理影响逐渐减弱。驾驶员主要关注中间靠左区域,目标物为中央分隔带和前方道路。开敞空间下驾驶员对右侧区域有少量关注。半郁闭空间下驾驶员皮电呈现规律性的波动,对于左侧区域的关注明显增多,对右侧区域的注视持续时间较长,视点集中点更远。