基于平视显示系统的高速列车操作辅助方法研究

摘要

高速列车司机对外部路况信息的关注程度直接影响到列车的运行安全，平视显示系统(HUD)将列车的仪表信息提升到驾驶员视线的正前方，可以降低由于低头获取仪表信息对路况关注的影响。然而，司机在进行操作的时候仍然需要低头搜寻操作器件的位置，这依旧会干扰司机对于外部路况信息的关注，因此有必要对高速列车司机的器件操作方式进行优化。基于此，本文提出并实现了一种基于HUD的高速列车操作辅助方法。论文完成的工作如下:
　　(1)采用现场实验方法，分析了鞍山西至沈阳北区间G8049次列车的司机眼注视行为，定量分析了不同驾驶阶段由于搜寻操作器件对高速列车司机路况瞭望的影响，确定了司机高速驾驶时的操作辅助需求。
　　(2)根据前述需求，提出一种基于驾驶任务的动态的高速列车操作辅助方法。该方法以HUD作为信息呈现的工具，能够在不同的任务下动态的显示符合此任务需求的操作辅助信息。司机则通过加装的摇杆结合HUD中的操作辅助信息进行选择激活以代替实体开关的操作。
　　(3)为验证所提出的操作辅助方法的有效性，以司机高速驾驶时的典型任务——过分相任务为研究对象，设计并组织实施了人因实验。首先在实验室现有驾驶仿真平台的基础之上，对实验平台进行改进设计，完成了基于任务的操纵辅助实验平台的搭建工作。之后利用该平台，结合任务操作时间、眼注视行为、主观便捷评价值等指标，完成了不同速度等级下操作辅助方法有效性的实验验证工作。
　　实验结果表明，所提出的操作辅助方法不仅能够显著提升高速列车司机对外部路况信息的关注程度，而且能够显著减少司机的驾驶任务操作时间和对突发状况的反应时间，同时提升司机的主观便捷感觉。实验结果验证了所提出的操作辅助方法的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 操作辅助系统

1．2．2 操作辅助系统的应用

1．2．3 操作辅助系统的实现技术

1．2．4 国内外研究现状分析

1．3 研究内容

1．4 论文结构

2 高速列车操作辅助系统分析与设计

2．1 高速列车操作辅助系统需求分析

2．1．1 司机驾驶过程的眼动数据分析

2．1．2 高速列车操作辅助系统需求

2．2 高速列车操作辅助系统方案设计

2．2．1 操作辅助信息的感知方式选择

2．2．2 操作辅助系统总体方案

2．2．3 操作辅助系统硬件方案设计

2．2．4 操作辅助系统软件方案设计

2．3 本章小结

3 实验平台的搭建与系统实现

3．1 实验平台总体架构

3．2 操作辅助系统实现

3．2．1 摇杆限位方案选择

3．2．2 摇杆数据采集方案选择

3．2．3 操作辅助系统实现流程

3．3 本章小结

4．1 实验被试

4．2 实验设备

4．3 实验场景

4．4 实验变量

4．4．1 自变量

4．4．2 因变量

4．5 实验任务

4．6 实验流程

4．7 数据分析方法

4．8 本章小结

5 实验结果

5．1 操作辅助系统和列车速度对任务操作时间的影响

5．2 操作辅助系统和列车速度对任务低头时间的影响

5．3 操作辅助系统和列车速度对刺激信号反应时间的影响

5．4 操作辅助系统和列车速度对路况关注比例的影响

5．5 操作辅助系统对主观便捷评价值的影响

5．6 本章小结

6 实验结果讨论

6．1 操作辅助系统的优点

6．2 列车速度等级的影响

6．3 本章小结

7．1．1 研究总结

7．1．2 论文创新点

7．2 研究展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士／博士学位期间取得的研究成果

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