基于互信息理论的换道过程中脑电与驾驶行为相关性研究

摘要

面向智能交通场景下换道意图预测与行车风险预警的工程应用需求，本研究构建了能够表征驾驶员状态与操控行为耦合机制的量化指标体系.基于互信息论刻画高速公路换道过程中驾驶行为特征与脑电活动特征的关系，识别与关键换道操作关联的脑区及频段特征，为脑机接口与人机交互的换道意图识别与风险预警模型提供特征依据.通过设计高速公路驾驶模拟实验，采集驾驶行为与脑电数据，构建相关性分析数据集，运用互信息理论分析驾驶行为与脑区、脑电波的依赖关系.结果显示：32%的驾驶员顶叶区与驾驶行为相关，枕叶区、颞叶区和额叶区的相关性分别为25%、22%和21%;47%的驾驶员在换道过程中β波与驾驶行为具有相关性.研究表明：五种驾驶行为参数与大脑四个主要脑区均存在相关性，与顶叶区相关性最密切，且速度、加速度、方向盘转角分别与额叶区、顶叶区、枕叶区密切相关；β波作为反映警觉性和认知功能的重要指标，对驾驶行为具有关键影响，代表信息整合的θ波、代表注意力调节的α波与驾驶行为存在一定的关联.本研究从神经科学的角度对驾驶行为进行分析，研究成果对于推动脑机接口技术在智能驾驶系统中的应用具有重要意义，可以为个性化驾驶辅助系统的开发提供理论支持.

关键词

脑电 / 驾驶模拟 / 驾驶行为 / 互信息 / 换道过程