基于駕駛員交通特性的公路線形安全研究.pdf

1、隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，我國公路設(shè)計(jì)已經(jīng)步入“工效性”的設(shè)計(jì)階段，而現(xiàn)階段傳統(tǒng)的以“汽車動(dòng)力學(xué)”理論為基礎(chǔ)的公路線形設(shè)計(jì)方法已日益體現(xiàn)出其弊端，需要從新的角度分析公路交通系統(tǒng)中引起交通事故發(fā)生的主要因素并對(duì)現(xiàn)行《公路線形設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充和完善。在對(duì)國內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)研究的總結(jié)及對(duì)京滬高速公路(淮江段)交通事故的調(diào)查分析基礎(chǔ)上確定研究思路，即從駕駛員角度出發(fā)，結(jié)合駕駛員行為模型，綜合考慮駕駛員視覺搜索特性、視覺信息負(fù)荷，腦力工作負(fù)

2、荷和速度控制對(duì)行車安全影響，以行車試驗(yàn)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)分析和模型建立為手段，通過對(duì)駕駛員行車數(shù)據(jù)的生理參數(shù)、眼動(dòng)參數(shù)的回歸分析確定駕駛員心生理參數(shù)與公路線形的相關(guān)性，應(yīng)用極值定理和拉格朗日中值定理，確定駕駛員生理參數(shù)和眼動(dòng)參數(shù)發(fā)生突變的極值點(diǎn)和突變點(diǎn)及對(duì)應(yīng)的公路線形指標(biāo)。
　　 首先，選取9名具有不同駕駛經(jīng)驗(yàn)的被試人員，分別在設(shè)計(jì)車速為40km/h、80km/h和120km/h三段試驗(yàn)路段進(jìn)行行車試驗(yàn)，利用眼動(dòng)儀、生物反饋儀和2臺(tái)

3、攝像機(jī)分別記錄試驗(yàn)過程中眼動(dòng)參數(shù)、生理參數(shù)、行駛車速和路況及交通條件，選取顯著反映駕駛員心生理狀態(tài)的參數(shù)作為判斷指標(biāo)。分析發(fā)現(xiàn)駕駛員生理參數(shù)具有混沌特性，引入“近似熵”對(duì)駕駛員各種生理參數(shù)進(jìn)行近似熵計(jì)算，分析確定了生理參數(shù)近似熵作為判斷標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)越性和必要性。
　　 分析發(fā)現(xiàn)無論是駕駛員視覺搜索、視覺信息負(fù)荷還是駕駛員腦力工作負(fù)荷都與行駛車速緊密聯(lián)系，而且行駛車速的連續(xù)性和均衡性也影響到行車安全?？紤]《公路線形安全評(píng)價(jià)指南》(JT

4、G/TB05-2004)中提供的運(yùn)行速度模型應(yīng)用到本文中有其局限性，基于行車數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)建立駕駛員行駛車速模型，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。
　　 其次，考慮駕駛員在行車過程中的視覺搜索特性，考慮駕駛員視覺搜索為包含注視點(diǎn)坐標(biāo)(x，y，z)和注視持續(xù)時(shí)間t的四維參數(shù)，并基于加權(quán)視覺搜索面積(WAS)概念提出了“單位時(shí)間視覺興趣區(qū)”的概念。通過對(duì)單位時(shí)間視覺興趣區(qū)面積的宏觀探討和微觀分析，建立單位時(shí)間視覺興趣區(qū)面積與公路線形指標(biāo)的相關(guān)模型

5、。分析發(fā)現(xiàn)駕駛員在直線段能積極進(jìn)行視覺搜索的時(shí)間為60s，而當(dāng)駕駛員達(dá)到140s時(shí)，駕駛員不再進(jìn)行前方信息的判讀，駕駛員視覺有效判讀的最短直線段長度為行車6s距離；對(duì)于曲線段來說，發(fā)現(xiàn)當(dāng)平曲線半徑小于3500m時(shí)，單位時(shí)間視覺興趣區(qū)面積顯著增大。當(dāng)平曲線轉(zhuǎn)角小于10度時(shí)，單位時(shí)間視覺興趣區(qū)面積顯著下降，其值與直線段接近；此外，對(duì)圓曲線段和緩和曲線段單位時(shí)間視覺興趣區(qū)面積累計(jì)值的分析發(fā)現(xiàn)，駕駛員需要一定的時(shí)間來“完全讀懂”曲線段特征，進(jìn)而

6、建立緩和曲線和圓曲線段駕駛員進(jìn)行視覺搜索的最短長度模型。
　　 再次，考慮駕駛員視覺感知中的視覺信息負(fù)荷影響，結(jié)合“光流率”和“信息熵”的概念理論推導(dǎo)出不同線形條件和不同行駛車速條件下的線形視覺信息量。在此基礎(chǔ)上，以“瞳孔直徑近似熵”為判斷標(biāo)準(zhǔn)，建立瞳孔直徑近似熵和公路線形視覺信息量的關(guān)系模型，發(fā)現(xiàn)直線段駕駛員視覺信息負(fù)荷能接收的最大視覺信息量為7900N．m對(duì)應(yīng)的最大行駛車速為124km/h；曲線段能接受的最大視覺信息量為72

7、000N．m，能接受的最大信息變化率為14600N．m/s；縱斷面線形對(duì)駕駛員感知平面視覺信息量有折減影響，上坡路段駕駛員視覺信息感知會(huì)產(chǎn)生“高估”，下坡路段駕駛員視覺信息感知會(huì)“低估”。
　　 進(jìn)一步，考慮駕駛員腦力工作負(fù)荷影響，以“心電近似熵”為判斷標(biāo)準(zhǔn)，建立不同公路線形條件下心電近似熵與公路線形指標(biāo)的關(guān)系模型。通過對(duì)模型分析發(fā)現(xiàn)，長直線段駕駛員腦力工作負(fù)荷主要受行駛車速的影響，駕駛員腦力工作負(fù)荷能承受的最大行駛車位為130

8、km/h，略高于視覺信息負(fù)荷能承受的最大行駛速度；短直線段駕駛員腦力工作負(fù)荷主要受到前后平曲線半徑和短直線段行車時(shí)間影響，因此短直線段要盡量滿足最大前后平曲線半徑比值為1．997且最短行駛時(shí)間為行車9s；曲線段駕駛員心電近似熵值同時(shí)受平曲線半徑和行駛車速的影響，進(jìn)而可確定不同設(shè)計(jì)車速條件下駕駛員腦力工作負(fù)荷達(dá)到臨界值的最小平曲線半徑值；縱斷面線形只對(duì)駕駛員在曲線段心電近似熵產(chǎn)生影響，在下坡路段駕駛員腦力工作負(fù)荷加劇，在上坡路段駕駛員腦力