基于心率变异性的联合收割机驾驶员疲劳分析与评价.pdf

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1、第32卷2016年第1期1月农业工程学报711ransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．1Jan．201677基于心率变异性的联合收割机驾驶员疲劳分析与评价祝荣欣1，一，王金武睬，唐汉t，周文琪·，潘振伟·，王奇·，多天宇·(1．东北农业大学工程学院，哈尔滨150030；2．黑龙江科技大学机械丁程学院，哈尔滨150022)摘要：为探究联合收割机驾驶员的疲劳变化规律，应用RM6240C多通道生理信号采集系统，在约翰迪尔S660型联合收割机上进行了驾驶疲劳监测试验，采集了1

2、0名驾驶员120min收获驾驶的心电数据。选取非线性动力学指标样本熵作为疲劳监测的特征参数，分析样本熵随驾驶时间的变化规律，确定驾驶疲劳发生时间段，对比不同作业环节的疲劳程度。结果表明：样本熵值随驾驶时间的增加呈下降趋势；样本熵值与主观驾驶疲劳程度的皮尔逊相关系数为一o．824，两者显著负相关；根据样本熵值判定，驾驶疲劳于50mjn后开始出现，100min后疲劳程度加深；转向行驶阶段比直线行驶阶段的驾驶疲劳程度高。基于样本熵的驾驶疲劳判定方法可客观的反映联合收割机驾驶员的体力和精神疲劳状况。关键词：农业机械；联合收割机；监测；驾驶疲劳；心率变异性；样本熵

3、doj：10．11975／j．jssn．1002—6819．2016．01．010中图分类号：TBl8文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一01—0077—07祝荣欣，王金武，唐汉，周文琪，潘振伟，王奇，多天宇．基于心率变异性的联合收割机驾驶员疲劳分析与评价fJ】．农业工程学报，2016，32(01)：77—83．doi：10．11975／i．issn．1002—6819．2016．01，010http：，^¨w．tcsae．o昭ZhuRongxin，WangJinwu，TangHan，zhouWenqi，Panzhenwei，Wang

4、Qi，DuoTianyu．Analysisandevaluationofcombineharvesterd—verfadguebasedonheartrafevariability[J】．7I’ransactionsoftheChineseSocjetyofAgdculturalEnginee^ng仃ransactionsoftheCSAE)，2016，32(01)：77—83．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．11975／j．issn．1002—6819．2016．01．010hItp：／／www．tcsae．o

5、rgO引言联合收割机是农业生产中一种重要的收获机械。与交通运输车辆相比，联合收割机作业环境较差，颠簸严重，且驾驶员连续工作时间长，劳动强度大，使驾驶员容易产生生理和心理上疲劳，驾驶机能下降，影响工作效率。目前，中国在农业机械驾驶员疲劳方面的研究尚处于起步阶段，多数生产企业注重于产品性能和质量的提高，较少考虑驾驶舒适性；科研机构在农机驾驶员疲劳领域的研究成果也较少。赵永超根据表面肌电信号(su血ceelectr0111vographv，sEMG)的变化规律描述拖拉机倒车作业驾驶员颈部疲劳状态，发现积分肌电值、平均功率频率、小波分解系数等特征量在疲劳前后存在

6、显著性差异，头部转动角度对积分肌电值和平均功率频率有明显影响㈣。孔德刚以心率(heartrate，HR)和作业时间综合评价方法对比了机械化播种作业中驾驶进口大功率和国产拖拉机的劳动强度和最长作业时间⋯。田晓峰等基于HR和sEMG研究了振动对拖拉机驾驶员全身及腰部疲劳的影响，分析HR和腰部sEMG特征值随驾驶时间、振动频率收稿日期：2015—08一16修订日期：2015一ll—12基金项目：国家科技支撑计划资助项目(2014BAD06804)；国家自然科学基金资助项目(51205056)作者简介：祝荣欣，女，讲师，博士生，主要从事车辆人机工程方面的研究。哈

7、尔滨东北农业大学工程学院，】50030。Email：zhu—mn铲in@126．com※通信作者：王金武，男，教授，博士生导师，从事田间机械与机械可靠性方面的研究。哈尔滨东北农业大学_丁程学院，150030。Email：jinwuw@163．com和振动加速度增加的变化规律㈣。目前国内学者多对拖拉机驾驶员的疲劳进行分析和评价，对于联合收割机等其他农机的驾驶疲劳研究较少，且上述研究多在模拟驾驶平台上采集驾驶员的生理信号，虽然可排除一些干扰因素，但与实际驾驶获得的结果有所差别。评价驾驶疲劳的手段主要有HR和sEMG，这2种生理信号监测法具有对驾驶影响较小，对

8、测量者无伤害的优点，在疲劳评价领域有所应用【7_州。研究表明，精神负荷的增加对H