高速公路隧道环境对驾驶人视觉特性的影响

为了定量分析高速公路隧道对车辆行车安全的影响,采用Smart Eye眼动仪、照度计、五轮仪和行驶记录仪搭建了道路试验平台,选取长春—珲春高速路段双向共24个隧道分别进行了2次实车道路试验,对比分析了不同等级隧道对驾驶人瞳孔直径、注视特性和眨眼特性变化的影响。通过试验分析可知:在隧道环境下,驾驶人的瞳孔直径均值随着隧道长度的增加而增大来适应隧道的低照度环境;驾驶人平均注视时间随着隧道长度的增加而减小,平均注视次数增加,驾驶人逐渐适应隧道内低照度环境,视认难度降低;驾驶人的平均眨眼次数随着隧道长度的增加而增多,驾驶人逐渐适应隧道内低照度环境,注意力降低。通过对高速公路隧道环境对驾驶人视觉特性的影响的分析,可以为不同等级隧道照明装置以及交通指示装置的设定提供理论基础。     

高速公路驾驶人超车过程视觉行为特性

基于驾驶模拟器构建高速公路超车行为模拟场景,利用眼动仪采集30位驾驶人的眼动视频数据,通过后处理软件逐帧分析,获得驾驶人超车过程中注视、扫视和眨眼等视觉行为参数。将驾驶人视觉区域划分为左后视镜、右后视镜、原始车道、目标车道和其余区域共5部分,经过统计分析,获得驾驶人视觉区域驻留概率。研究结果表明:驾驶人超车过程中目标车辆的速度对注视频率、扫视频率、眨眼频率和平均眨眼时间没有显著影响,与平均扫视时间正相关,与平均注视时间负相关;在同一速度水平下,超车目标为大型车时,驾驶人的平均注视时间、平均扫视时间较长,注视频率、扫视频率较低。超车过程中驾驶人在原始车道和目标车道的驻留时间概率超过70%,在左后视镜和右后视镜驻留时间概率相差不大,均为7%左右,在其他区域驻留时间概率为10%左右。驾驶人主要通过观察目标车道和原始车道获得交通信息,通过左后视镜和右后视镜获得交通信息的概率(约为14%)高于其余区域。     

隧道群路段环境光照度与驾驶人瞳孔面积分析

为提高高速公路隧道群路段驾驶人行车安全,采用眼动仪等设备对被试驾驶人的瞳孔变化进行了试验研究,分析了隧道群环境光照度、隧道纵深与驾驶人瞳孔面积的相关关系;提出隧道群路段"6小段"划分方式,构建驾驶人瞳孔面积最大差值与隧道连接段长度之间的曲线模型.结果表明:隧道群路段驾驶人瞳孔面积与环境光照度呈指数变化关系,上游隧道出口视觉明适应水平及连接段长度是影响下游隧道及整个隧道群路段视觉适应的主要因素.最后,提出改善隧道群路段环境光照度的推荐值,建议当隧道间距小于50 m时,设置隧道连接段遮光棚或上游隧道照度渐变式出口;当隧道间距在50~100 m之间时,设置下游隧道照度渐变式进口.     

基于Logistic模型的驾驶人换道意图识别方法

 为有效降低车道变换行为诱发事故的风险性,提出一种基于Logistic 模型的驾驶人换道意图识别方法。利用faceLAB 视觉追踪系统,通过真实环境下的实车测试,结合换道前驾驶人对后视镜的注视特性确定换道意图时窗,分析车道保持与换道意图阶段的注视特性差异,提取扫视次数、扫视幅度、水平方向视觉搜索广度、头部水平转动角度标准差等驾驶人换道意图特征指标,构建了Logistic 模型,并经效度检验后应用于对驾驶人换道意图的识别。结果显示,基于Logistic 模型的驾驶人换道意图识别方法的识别成功率达到90.24%,与基于转向灯信号的驾驶人换道意图识别方法相比,具有明显的时序及成功率方面的优势。     

城市道路环境中驾驶人视觉行为与工作负荷的相关性

为开展城市道路环境中驾驶人的工作负荷评价试验,研究了驾驶人视觉行为与工作负荷之间的相关性。在西安选取了1条典型城市道路路线,包括普通城市道路和城市快速路,招募了25名驾驶人开展实车试验,采用KF2生理检测仪和EyelinkⅡ型眼动仪,分别采集试验中每位驾驶人的心电指标(心率、心率变异性)和视觉行为数据,运用统计学方法分析驾驶人视觉行为参数与心率增长率和心率变异性(低频和相邻2个R-R间期差值的均方根)指标之间的相关性。研究结果表明:城市道路环境中,驾驶人扫视行为参数中的扫视幅度、扫视峰值速度、扫视平均速度和扫视持续时间与心率增长率和心率变异性之间分别存在正相关性(相关系数r≥0.5)和负相关性(r≤-0.5),扫视幅度、扫视峰值速度与工作负荷之间的相关性表现更强,而扫视平均速度、扫视持续时间与工作负荷之间的相关性表现较弱,说明城市道路环境中可以采用扫视行为参数来评价驾驶人的工作负荷。该研究丰富了驾驶人工作负荷的评价指标,为驾驶过程中驾驶人状态监测提供了理论借鉴,有助于提高城市道路环境中驾驶人的行车安全性。     

城市道路景观分布对驾驶员视觉刺激性的影响

视觉系统是驾驶员获取行车信息的主要方式,而城市道路景观分布是引起驾驶员视觉刺激性的关键因素之一,为此,需研究城市道路景观分布对驾驶员视觉刺激性的影响。实验路段选择某地省道,对选择路段的景观异质性进行评价。在研究实验样本的基础上,选择6位高校老师作为驾驶员参与实验。将眨眼时间、注视时间、瞳孔直径、扫视幅度作为衡量指标,研究路段1和路段2景观对驾驶员视觉刺激的影响。结果表明,驾驶员在景观相对复杂路段的瞳孔直径和扫视幅度较大,眨眼持续时间与注视持续时间较小;不同城市道路景观对驾驶员的眨眼持续时间、注视持续时间、扫视幅度影响不显著,对驾驶员的瞳孔直径影响显著。     

高亮度铺装层对隧道中间段行车安全的影响

为研究高亮度铺装层对隧道中间段行车安全的影响,以路面反光效果和驾驶人视觉特性为基础设计了对比试验;通过不同光学仪器,测量3种高亮度铺装层的光学参数,研究其高亮度性能;通过照明计算软件和三维建模软件,制作了3种高亮度铺装层隧道内仿真驾驶视频;通过驾驶模拟器系统,采用眼动试验进行不同铺装层隧道内的模拟驾驶,收集驾驶人在不同铺装层隧道内驾驶的眼动数据,以相对安全距离、驾驶人对障碍物注视持续时间和驾驶人瞳孔直径作为生理和心理指标,研究驾驶人在高亮度铺装层隧道中间段驾驶的眼动特性;通过驾乘体验问卷调查,收集驾驶人在不同铺装层隧道内驾驶的主观感受,综合评价了3种高亮度铺装层对隧道中间段行车安全的影响。结果表明：高亮度铺装层具有良好的反光效果,钛白粉的掺加对高亮度铺装层的高亮度性能有较好提升作用,钛白粉掺量(质量分数,下同)为70%的高亮度铺装层A反光效果最佳,隧道中段行车安全性与铺装层的反光效果呈正相关,使用反光效果较好的高亮度铺装层有助于驾驶人在驾驶过程中更早发现障碍物、更容易辨别障碍物,有利于提高隧道中间段的行车安全性;隧道中段行车视觉舒适性与铺装层的反光效果呈负相关,使用高亮度铺装层后隧道内...     

彩色路面环境下隧道视觉诱导性评价

为提高彩色路面环境下隧道行车安全性,构建视觉诱导仿真及眼动实验平台,获取注视和扫视行为的眼动参数,在此基础上,提出注视点分布的莫兰指数、扫视时间加权的扫视幅度和基于瞳孔面积变化率的不舒适时间比例等3个彩色路面环境下隧道视觉诱导性评价指标模型,进而给出基于K-means聚类的视觉诱导性评价方法. 最后利用黄、红、绿、蓝、灰、白和黑等7种路面颜色色系,进行实例隧道视觉诱导性评价,并用基于语义差别法的主观评价进行成果验证. 结果表明：在提升隧道视觉诱导性方面,黄、红色系路面较优,灰、黑色系路面较差,而绿、蓝、白色系路面根据色彩红绿蓝（RGB）数值呈现一定随机优劣性;该评价技术具有一定的有效性,有助于优选隧道路面颜色,提高驾驶舒适性.     

单调路侧景观色彩对驾驶员眼动指标的影响分析

驾驶员行车中主要通过视觉获取信息,而色彩是最易被感知的信息。不同区域的草原公路路侧景观色彩差异较大,对驾驶员行车过程中的视觉特性会产生一定影响。基于色彩心理学理论,结合双因素方差分析方法,比较4名驾驶员在两条路侧景观色彩不同的草原公路上眼动指标均值变化规律,得到以下结论:1景观色彩对驾驶员眨眼持续时间、注视持续时间、瞳孔直径和扫视幅度有显著影响;2土黄褐色暖色调色彩环境对驾驶员视觉影响较复杂,使得瞳孔直径和扫视幅度较大,眨眼时间和注视时间较小;青绿的冷色调则表现相反;3连续单调的景观色彩容易对驾驶员造成一定的视觉疲劳。     

一种山区急弯路段驾驶人熟练度甄别方法

为探究驾驶人眼动行为与驾驶熟练程度以及道路线型之间的响应特性,设计并组织山区公路实车驾驶行为试验。招募20名驾驶人,实时采集被试驾驶人在急弯路段的6个注视及扫视行为表征参数。试验表明:眼睛注视点在左转急弯路段的水平方向分布范围是-0.5~0.1 m,在右转急弯路段的水平方向分布范围是-0.2~0.5 m;眼睛水平注视角变化的主要范围是0°~30°;扫视速度的变化范围区间是0~1(°)·ms~(-1),扫视幅度的变化范围是5°~25°。基于采集的眼动行为参数,构建驾驶人视觉搜索模态矩阵。采用主成分分析法对影响因子进行降维,并建立驾驶人眼动特征综合评价模型。结果显示,眼动综合评分与驾驶里程呈正相关关系,表明该模型可用于量化甄别驾驶人驾驶熟练程度,并为驾驶能力评估提供有效的理论依据。     

基于驾驶仿真的海底隧道出入口段视觉减速标线有效性

为提高海底隧道出入口段行车安全性,研究海底隧道出入口段不同视觉减速标线方案下驾驶员视觉特征变化规律。本文共设置了6种视觉减速标线方案,对26名驾驶员进行了室内驾驶仿真实验,采集了车速、注视点占比、瞳孔直径和察觉距离等数据,通过分析和处理数据判断视觉减速标线的有效性,分别建立了海底隧道出入口段车速与驾驶员瞳孔直径的回归模型,在海底隧道入口段二者呈非线性关系;出口段二者呈线性关系。采用驾驶员问卷调查法对视觉减速标线有效性进行了验证。结果表明：在海底隧道出入口段共设置的6种视觉减速标线方案均对驾驶员视觉特征有显著影响;与其他标线方案相比,白色鱼刺形减速标线设置下驾驶员瞳孔直径、A区域注视点占比、察觉距离和错觉影响最大,有助于驾驶员主动降低车速、提前采取减速措施,保障行车安全。     

隧道与互通式立交出口最小间距需求分析

为确定高速公路隧道出口与互通式立交出口的最小需求间距,分析了隧道与互通式立交出口间距过近路段的交通事故特征,分别从隧道出口驾驶人的"明适应"、驾驶人对立交出口位置的识别、完整认读标志并操作的需要等方面,对需求距离进行了研究,提出了高速公路隧道与互通式立交出口保障安全需要的最小间距值。分析结果表明,在高速公路二级服务水平下,隧道出口与互通式立交出口的极限最小间距不宜小于600 m,一般值宜大于800 m。     

具有视觉诱导功能的隧道进出口道路标线设计

隧道作为一种特殊的管状构造物,因内外光环境的差异导致隧道进出口处的事故率明显高于普通路段。为提高隧道进出口处的安全性,提出一种具有视觉诱导功能的交通标线设计,并采用眼动特征指标检验标线的警示作用。基于透视原理与闪现率原理确定交通标线宽度与间距的取值范围,依据山区隧道的特点确定交通标线的具体设计值,通过视觉诱导理论设计的渐变交通标线与常规等间距设计的交通标线作对比;选取85名年龄在18到50周岁的受试者参与本项试验,通过虚拟驾驶技术获得不同的交通标线对驾驶员眼动特征的影响规律,以眼动特征表征受试人员在模拟行驶时的心理和生理的变化。对比两种交通标线对受试人员的瞳孔面积和注视区域的影响,绘制路面热力图及眼动轨迹图。研究表明：受试人员在试验中,接近隧道入口处时,行驶在具有视觉诱导功能的交通标线上瞳孔面积变化率较小,注视区域集中,注视点离散程度低,待完全进入隧道后眼动特征变化基本一致。说明具有视觉诱导功能的交通标线能较好的吸引驾驶人员的注意力,减少事故发生,与常规的交通标线相比眼动特征明显且具有良好的区分度。     

公路隧道进出口行车安全的视觉适应指标

公路隧道进出口亮度的急剧变化会造成驾驶员视觉适应困难,严重时甚至导致交通事故.文中利用EMR-8B眼动仪系统,对公路隧道进出口驾驶员的瞳孔变化进行了试验研究,试验结果表明,在隧道内距进出口50m范围,驾驶员视网膜照度的对数与路面亮度的对数线性正相关.在大量试验的基础上,文中建立了基于驾驶员瞳孔面积及面积变化速度的行车安全评价指标——当瞳孔面积变化速度超过瞳孔面积临界速度范围,且持续时间大于0.2 s时,行车不安全,否则安全;并得出了基于视觉适应的隧道进出口合理照度过渡斜率.     

基于驾驶行为的隧道交通标志影响特征及作用机理

合理设置隧道交通标志能够在一定程度上缓解隧道特殊环境引发的“时空隧道效应”。文中研究了高速公路隧道内部交通标志（限速标志、出口预告标志）对驾驶行为的影响特性,首先选取特长隧道作为实验路段,通过驾驶模拟实验测试获取驾驶人细粒度微观行为数据,然后再考虑随机效应影响的条件下构建线性混合效应模型,揭示了隧道内部交通标志对驾驶行为的影响特征及作用机理。结果表明：不同影响区段内交通标志对驾驶行为的作用存在差异;在隧道内部设置限速标志能够一定程度上降低事故风险的发生概率,限速标志的重复设置一定程度上能提高驾驶人的操控能力;在隧道内部设置限速标志及出口距离预告标志有助于改善驾驶人空间控制能力、提高驾驶舒适度,其中,在距离隧道出口约小于1 km的影响区段内设置隧道出口距离预告标志有助于提高驾驶人的行车舒适性,在距离隧道出口2 km和1.5 km的影响区段内设置预告标志能在提高车辆控制能力的同时使驾驶人具有更高的行驶车速;此外,隧道交通标志作用下的驾驶行为受驾驶人性别、年龄、驾驶经验等特征属性影响,男性驾驶人的驾驶风险更低。     

隧道出入口平面线形一致性

针对现行公路隧道设计规范对隧道进出口处平面线形一致性缺乏明确判别标准,提出了方向盘冻结3s导致的行车轨迹同原有路线的偏移值作为线形一致性的控制性指标,控制阈值取0.2m.对3种不同设计条件下的隧道线形一致性进行分析,发现缓和曲线参数是影响平面线形一致性的重要指标.通过理论推导给出不同设计条件下隧道进出口平面线形一致性的判别标准,使设计者能在保证线形安全的前提下对隧道进出口平面线形进行灵活设计和评价.应用该研究成果对龙庆高速公路某隧道洞口的线形一致性进行了分析,提出了相应的改进建议.     

夜间长途客车进出高速公路隧道群驾驶行为实验研究

研究夜间长途客车进出高速公路隧道群的车速和油门踏板行程变化特征. 基于即时采集实验系统,通过实验数据分析,得出进出隧道群的车速和油门踏板行程分布特征. 隧道进口和出口期望最高限速分别为91.4~94.1 km·h-1和96.2~99.2 km·h-1;隧道进出口的速度差≥20 km·h-1存在行车安全隐患的比例达16.9%,加速行为引起速度差过大的比例占14.0%. 结果表明上坡隧道比下坡隧道运行速度协调性好的比例高;隧道内部油门踏板行程变化率幅度要小于隧道外部.      

高速列车行驶速度对隧道壁面气动压力影响的数值模拟

壁面气动压力长期循环作用是高速铁路隧道衬砌掉块的重要诱因，为研究高速列车行驶速度对壁面气动压力基本特征的影响规律，采用三维数值仿真模拟对隧道典型位置(入口段、洞身段以及出口段)壁面气动压力进行研究。结果表明:列车车头经过使得监测横断面气动压力差异性增强，表现出显著的三维特征。隧道入口段气动压力三维特征主要受压缩空气所占体积大小以及与隧道入口之间距离的影响，气动压力三维特征随着进入隧道入口距离的增加而减弱，并逐渐向一维特征转变。列车车头驶入隧道入口后，车尾驶出隧道出口前，洞身段不同测点位置的气动压力正峰值主要受车头进入隧道入口诱发压缩波的影响，纵轴中断面测点气动压力负峰值与峰峰值大于洞口段。车尾驶出隧道出口后，出口段测点气动压力负峰值大于入口段，正峰值小于入口段。隧道出口段气动压力三维特征与入口段相似，但列车行驶速度以及测点与隧道出口之间距离对气动压力三维特征的影响机制更为复杂。     

立交桥图形指路标志视认特性研究

根据立交桥设计理论和实际应用,按照基础型、特殊型、扩展型选取了37种立交桥示意图形,采用主观问卷和静态实验方法,记录图形视认时间,运用单因素方差分析方法分析视认特性.分析结果表明37个图形平均视认时间存在明显差异,表示复杂立交的特殊型、扩展型图形的平均视认时间比表示标准单体立交的基本型图形高1.18倍,更难于视认.基本型图形中,环形匝道示意图形较定向与半定向型匝道示意图形更难视认,平均视认时间高1.31倍;右转匝道出口在前、左转匝道出口在后的立交桥更接近驾驶人的思维习惯,其图形平均视认时间更短.     

轨道道床影响高速铁路隧道出口微压波数值探讨

基于一维可压缩非定常空气流动理论,利用数值方法计算了高速列车进入隧道引起入口压缩渡在不同轨道道床（板式道床与碎石道床）隧道内的传播情况,以及在隧道出口附近形成的微压波特征．通过对轨道道床不同参数的计算,定性与定量分析了轨道道床对隧道出口处微压渡强度的影响,结果表明在较长隧道中铺设碎石道床是一个有效的微压渡减缓措施．