基于駕駛員交通特性的公路線形安全研究.pdf

1、隨著我國公路建設的快速發(fā)展，我國公路設計已經(jīng)步入“工效性”的設計階段，而現(xiàn)階段傳統(tǒng)的以“汽車動力學”理論為基礎的公路線形設計方法已日益體現(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)生的主要因素并對現(xiàn)行《公路線形設計規(guī)范》進行適當?shù)难a充和完善。在對國內(nèi)外現(xiàn)有相關研究的總結及對京滬高速公路(淮江段)交通事故的調(diào)查分析基礎上確定研究思路，即從駕駛員角度出發(fā)，結合駕駛員行為模型，綜合考慮駕駛員視覺搜索特性、視覺信息負荷，腦力工作負

2、荷和速度控制對行車安全影響，以行車試驗為基礎，以數(shù)據(jù)分析和模型建立為手段，通過對駕駛員行車數(shù)據(jù)的生理參數(shù)、眼動參數(shù)的回歸分析確定駕駛員心生理參數(shù)與公路線形的相關性，應用極值定理和拉格朗日中值定理，確定駕駛員生理參數(shù)和眼動參數(shù)發(fā)生突變的極值點和突變點及對應的公路線形指標。
　　 首先，選取9名具有不同駕駛經(jīng)驗的被試人員，分別在設計車速為40km/h、80km/h和120km/h三段試驗路段進行行車試驗，利用眼動儀、生物反饋儀和2臺

3、攝像機分別記錄試驗過程中眼動參數(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。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”對駕駛員各種生理參數(shù)進行近似熵計算，分析確定了生理參數(shù)近似熵作為判斷標準的優(yōu)越性和必要性。
　　 分析發(fā)現(xiàn)無論是駕駛員視覺搜索、視覺信息負荷還是駕駛員腦力工作負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。考慮《公路線形安全評價指南》(JT

4、G/TB05-2004)中提供的運行速度模型應用到本文中有其局限性，基于行車數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計建立駕駛員行駛車速模型，為后續(xù)研究奠定基礎。
　　 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坐標(x，y，z)和注視持續(xù)時間t的四維參數(shù)，并基于加權視覺搜索面積(WAS)概念提出了“單位時間視覺興趣區(qū)”的概念。通過對單位時間視覺興趣區(qū)面積的宏觀探討和微觀分析，建立單位時間視覺興趣區(qū)面積與公路線形指標的相關模型

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

6、建立緩和曲線和圓曲線段駕駛員進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荷影響，結合“光流率”和“信息熵”的概念理論推導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。在此基礎上，以“瞳孔直徑近似熵”為判斷標準，建立瞳孔直徑近似熵和公路線形視覺信息量的關系模型，發(fā)現(xiàn)直線段駕駛員視覺信息負荷能接收的最大視覺信息量為7900N．m對應的最大行駛車速為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產(chǎn)生“高估”，下坡路段駕駛員視覺信息感知會“低估”。
　　 進一步，考慮駕駛員腦力工作負荷影響，以“心電近似熵”為判斷標準，建立不同公路線形條件下心電近似熵與公路線形指標的關系模型。通過對模型分析發(fā)現(xiàn)，長直線段駕駛員腦力工作負荷主要受行駛車速的影響，駕駛員腦力工作負荷能承受的最大行駛車位為130

8、km/h，略高于視覺信息負荷能承受的最大行駛速度；短直線段駕駛員腦力工作負荷主要受到前后平曲線半徑和短直線段行車時間影響，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且最短行駛時間為行車9s；曲線段駕駛員心電近似熵值同時受平曲線半徑和行駛車速的影響，進而可確定不同設計車速條件下駕駛員腦力工作負荷達到臨界值的最小平曲線半徑值；縱斷面線形只對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荷加劇，在上坡路段駕駛員腦力