基于心生理反应的山区高速公路线形安全分析

山区高速公路受地理环境限制呈现地形高差大、线性组合多等特点,其复杂的线形使驾驶人的心生理发生变化,行车风险增大。为提高山区高速公路的行车安全性,选取16名驾驶员在典型山区高速公路纵坡路段、平曲线路段和弯坡路段进行驾驶试验,结合驾驶模拟技术和计算机仿真技术采集心率、速度等参数,探究心率增长率与坡度、平曲线半径、线形组合指标、速度差和交通量之间的关系。结果显示：纵坡路段坡度＞3%时,在下坡速度差大于17.6 km·h-1、上坡速度差大于18.5 km·h-1条件下驾驶员心率增长率均超过舒适阈值,处于紧张状态;平曲线路段平曲线半径>0.65 km时,心率增长率处于舒适阈值范围内,平曲线半径<0.65 km时,心率增长率处于紧张阈值范围内;弯坡路段上坡方向线性组合指标大于6、速度差大于14.8 km·h-1,下坡方向线性组合指标大于4.7、速度差大于16 km·h-1时,驾驶员均处于紧张状态。建立道路线形安全评价模型,并通过实测数据对模型进行验证,为山区高速公路的交通安全建设与管理提供了理论依据。     

海底隧道出入口段驾驶人眼动特征分析与建模

为海底隧道交通安全运营管理提供依据,研究海底隧道出入口段驾驶人眼动特征变化规律.选取了26名驾驶员在交通状况相近的非高峰时段进行海底隧道实车试验.利用Facelab 5.0眼动仪和照度计采集真实交通状态下海底隧道照度及驾驶人眼动特征指标.基于实测数据,分析了海底隧道出入口段驾驶人眼动特征及车速的变化规律,探讨了眼睑闭合度、眨眼频率、注视时长、车速与照度和坡度之间的关系,并建立了相应回归数学模型.研究结果表明:驾驶人驾车通过海底隧道出入口段时,受照度和坡度变化影响,眼睑闭合度和眨眼频率明显降低;受照度变化影响,注视时长增加,视认难度增加,注意力集中;不同照度及纵坡下车速保持能力存在差异性,平均车速受照度及纵坡坡度影响较大,车速呈现下降-上升-趋于平缓-下降-上升的规律.     

基于自然驾驶试验的山区公路纵坡路段驾驶负荷分析

为得到驾驶人在纵坡路段上行车时的驾驶负荷及其影响因素,在山区复杂线形公路上开展了自然驾驶试验,采集了真实驾驶习惯条件下的汽车行驶速度、轨迹、加速度等运行参数和驾驶人心电信号,分析了公路纵面线形参数、汽车加(减)速度与驾驶人心率增长率H_(RI)之间的关系.结果表明,纵坡参数、加速度与H_(RI)三者之间相互影响.坡长与H_(RI)之间存在较弱的正相关性;坡度与H_(RI)之间存在较强的相关性,其中下坡路段的相关性强于上坡路段,并且坡长越长,坡度增加导致H_(RI)的增长越明显;H_(RI)与加(减)速度正相关,坡度越大,H_(RI)对加(减)速度的变化越敏感,且下坡路段减速度与H_(RI)的相关性较上坡路段加速度与H_(RI)的相关性更显著.     

基于驾驶员心率的高速公路纵坡路段驾驶舒适度评价

为了量化分析高速公路纵坡路段的驾驶舒适度,进行实车试验,采集驾驶员心生理数据、道路参数以及车辆运行速度数据。运用傅里叶变换转化驾驶员心率随机信号来研究心率变化的规律。采用偏相关分析,确定上、下坡路段影响驾驶员心率增长率的显著性因素。以交通工程学、人因工程学和心理学为基础,探究坡度和速度差对驾驶员心率增长率的影响,构建了基于心率增长率阈值的驾驶舒适度评价模型。研究结果表明：坡度、速度差与驾驶员心率增长率显著相关,而坡长与驾驶员心率增长呈弱相关;上坡路段行车时驾驶员心率增长率主要分布在15%～32%之间,坡度对驾驶舒适度影响较大;下坡路段行车时驾驶员心率增长率主要分布在15%～35%之间,速度差对驾驶舒适度影响较大。研究结果可为高速公路纵坡路段安全管理提供理论依据。     

隧道纵坡对烟气逆流层长度的影响研究

基于纵坡坡度对隧道火灾烟气逆流层长度影响的重要性,本文以某实际隧道工程为研究对象,借助FDS5.0软件对不同坡度时该隧道火灾烟气逆流层长度进行数值模拟研究。从其他文献中总结出烟气逆流层长度随坡度和通风风速变化的规律。根据数值模拟数据分析拟合出新的坡度隧道临界风速的坡度修正公式,该公式完全满足关于逆流层长度受纵坡影响的规律,并较已知经验公式更好地与试验数据相符合,能更好地指导设计人员对隧道纵坡的选取。     

不同坡度TBM隧道施工对开挖面稳定性的影响

近些年来TBM隧道施工被广泛应用于地铁隧道的建设中,由于线路规划需要和地形条件的限制,在一些特殊地段可采用纵坡隧道.TBM在迎坡掘进时,因为坡度的存在刀盘会与开挖面发生分离现象,导致开挖面前方岩土体在侧向土压力的作用下朝向刀盘移动,对开挖面稳定性造成不利影响.因此,以重庆轨道交通九号线刘家台站—鲤鱼池站迎坡段区间为依托,对大纵坡TBM隧道施工时引起的开挖面稳定性问题进行分析.采用数值模拟计算方法并结合现场实际工程项目,以隧道坡度作为变量设定多个模拟工况,分析了不同坡度值条件下开挖面处岩土体的应力变化规律及岩土体的横向、纵向、竖向变形规律,研究成果可为纵坡段TBM隧道施工时解决开挖面稳定性问题提供借鉴.     

城市道路类型对驾驶人工作负荷的影响

为研究城市道路不同路段类型对驾驶人工作负荷的影响,招募了16名被试驾驶人,在选定的城市道路试验路线上,开展了实车试验。以心率增长率(GRHR)、心率变异性(HRV)、心率变异性时域指标(RMSSD)和心率变异性频域指标(LF)值作为驾驶人工作负荷表征指标,分析在各种路段类型下被试驾驶人工作负荷的差异。研究结果表明:城市道路不同路段类型对驾驶人的工作负荷有显著的影响;驾驶人通过交叉口时的工作负荷明显高于在非交叉口路段的工作负荷;通过平面交叉口时,左转的工作负荷高于右转和直行;通过立交桥时,在匝道上的工作负荷高于上跨及下穿立交桥时的工作负荷;车速对驾驶人的工作负荷也有较大影响,工作负荷随车辆行驶速度的提高而增加。研究结果可以为道路线形设计提供理论依据。     

坡度对沉管隧道压浆法基础处理浆液扩散特性的影响

针对砂石垫层的不平整或沉管隧道本身走向设计引起的坡度变化,采用压浆法进行小比例模型试验,研究在不同坡度条件下单孔注浆、双孔同步注浆时的浆液扩散情况.结果表明,带纵坡注浆时,沿纵坡下坡方向的扩散速度明显大于沿上坡方向的扩散速度,即水下混合砂浆的流动受到重力加速度的影响显著,出现向低处先行扩散流动的趋势,而且当坡度较大时,沿上、下坡方向扩散速度的差异更加明显.在施工过程中,应首先在最低位置注浆孔注浆,然后,沿坡度向上依次注浆,以避免出现基础处理填充不密实的情况.
     

基于心率变异性的应激场景下驾驶人心理特性分析

为了研究应激情况下驾驶人的心理特性,分析了不同应激场景下驾驶人的心电数据.采取Ergo LAB人机环境同步平台对驾驶人心率变异性(HRV)的时域和频域数据进行了提取,并选取了合适的心电特性指标作为分析指标.运用统计分析方法研究了被试驾驶人的心电数据,得到了应激场景下的驾驶人心理特性.试验结果表明:在心率增加率方面,不同的应激场景会对驾驶人的心率增长率有着显著的差异性影响;在HRV时域特性方面,驾驶人对行人、自行车这2种目标物紧张程度持续性较长,而对天气、机动车的紧张程度则是间断性的;在HRV频域特性方面,驾驶人对行人和自行车一类的非机动车时心理负荷增加,而对机动车和外在天气条件心理负荷有所降低.     

基于驾驶行为需求的长大纵坡界定

考虑到山区高速公路的设计中长大纵坡路段的设计,且现行路线设计规范中没有针对长大纵坡路段给出界定标准的问题.本文从驾驶需求出发,将车辆运行速度作为驾驶行为的宏观表现,对长大纵坡路段驾驶行为特性进行分析.采集20名大货车驾驶员在长大纵坡路段实车试验数据,分析得到驾驶员在长大纵坡路段运行速度与平均纵坡坡度和坡长之间的互动关系,建立了大货车运行速度预测模型.分析得到设计速度为60 km/h的山区高速公路在不同平均纵坡条件下最大坡长.      

基于重载车辆性能的高速公路长大纵坡临界坡长确定

针对由山区高速公路纵坡坡度和坡长组合设置不合理,导致长大纵坡路段交通事故频发的问题,通过分析重型车辆上下坡运行速度特性及受力情况,以陕汽生产的F3000重载汽车为例,通过理论推导构建重型车辆公路纵坡爬坡及下坡车速与坡长理论模型,模拟不同比功率重型车辆上、下坡运行速度与坡长的变化关系,并确定高速公路合理的上下坡临界坡长。研究中假设工况为高速公路坡度1%～6%,上坡车辆最高初速度和最低末速分别为80、50 km/h,下坡最低初速度和最高末速度为0、80 km/h。使用MATLAB模拟计算其坡度与车速的变化规律。研究结果表明:上坡过程中,以80 km/h的初速度为例,稳定车速为45～61 km/h;当坡度一定时,比功率越大的车型速度降低的越快,稳定行驶速度越大,达到稳定行驶车速的平衡坡长越长。下坡过程中,当坡度一定时比功率越大的车型,车速增大越多,稳定行驶速度越大,达到稳定行驶车速的平衡坡长就越短。在坡度为1%～3%时,无须设置爬坡车道;当坡度大于3%时,比功率较低的车型,爬坡性能较差,车速下降较快,需要设置爬坡车道。重型车辆在4%、5%、6%的坡度行驶时,设置避险车道的坡长阈值分别为5.5、4、3 km。研究成果可为山区公路线形的合理设计、道路的安全防护以及爬坡车道与避险车道的设置提供理论依据,从而提高山区高速公路重型车辆的行车安全。     

基于驾驶人生理心理参数的午餐后驾驶疲劳分析

为找出午餐前后驾驶人疲劳特征变化规律,选取6名驾驶人开展了驾驶模拟试验。对驾驶人午餐前后的体温、心率变异性、深度知觉、速度知觉等生理、心理特征参数进行了测定,并通过问卷方式获取了驾驶人对自身疲劳状况的主观感受,分析了午餐前后驾驶疲劳特征的变化。生理参数分析结果表明:驾驶人心率变异性指标在午餐后1~1.5 h内呈升高趋势,随后下降至正常水平;体温指标在午餐后出现一个低谷,随后恢复正常;PERCLOS指标值午餐后均有所增大,其中67%受试者PERCLOS值增幅明显。心理特征参数变化表明:午餐后受试者认知能力出现了不同程度的降低,主要体现为深度知觉能力下降、反应时间延长和速度判断力下降。这些都将影响驾驶人对道路环境信息的获取,进而会增加驾驶不安全因素。     

行人突然侵入道路时驾驶人的生理负荷特性研究

针对行人突然侵入道路时的驾驶人生理负荷问题,通过在驾驶模拟器上进行虚拟场景的仿真驾驶试验,获取了22名被试驾驶人的心率表征参数。采用心率增长率和心率变异性LF值对驾驶人的心理负荷特性进行研究,结果表明:自车行驶速度一定时,行人侵入距离减小时驾驶人的心理负荷逐渐增加。相比于正常心率,35.8 m、27.5 m和19.2 m侵入距离情况下的被试平均心率增长率分别达到了18.83%、24.83%和29.6%。侵入距离一定时,车速增加时被试的负荷也呈现明显的增加趋势,30 km/h、40 km/h和60 km/h情况下平均LF值分别为776.38 ms2、744.47 ms2、704.57ms2。差异性检验结果表明,行人侵入距离对驾驶人生理负荷的影响程度要高于自车行驶速度。     

基于烟囱效应的高海拔超长公路隧道横通道设计参数研究

为研究烟囱效应作用下高海拔超长公路隧道的横通道间距及宽度等设计参数,以天山胜利隧道为例,运用火灾动力学模型FDS建立了不同坡度的高海拔公路隧道三维火灾燃烧模型,分析了高海拔隧道火灾温度及烟气的分布规律,给出了隧道内火灾模式下人员的可用安全疏散时间。考虑了高海拔及烟气对疏散速度折减、人体特征、车辆类型及载客量等因素,采用三维人员仿真模型Pathfinder建立了不同隧道横通道间距与宽度组合下的人员疏散模型,得到人员的必需安全疏散时间。基于安全疏散准则,给出了不同坡度下天山胜利隧道横通道的设计间距及宽度推荐值。结果表明：①隧道坡度越大,烟囱效应越明显,火源上坡方向温度上升及可视度下降速度越快,可用安全疏散时间越少;②隧道坡度为0.5%、1%、1.367%以及1.8%时,距离火源上游250m处的可用安全疏散时间分别为496s、456s、430s和415s。;③天山胜利隧道儿童、成年男性、成年女性及老人的疏散速度分别为0.72m/s、1.07m/s、0.91m/s和0.65m/s;④当隧道坡度为0.5%、1.0%、1.367%和1.8%时,建议横通道间距（宽度）分别设置为250m（2m）、250m（2.2m）、220m（2m）和220m（2.2m）。     

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。     

基于运行速度的特长公路隧道纵坡坡率对交通安全影响

关于运行速度的研究一直是交通安全学科研究的热点和焦点。然而,研究多以道路场景为研究对象,多关注于建立运行速度预测模型,少有以特长隧道为研究对象,并关注于纵坡坡率取值对交通安全的影响。论文通过实测6座特长隧道进、出洞口以及洞内各紧急停车带处共计46个断面处的车辆行驶车速,计算得到了小客车、中型车、大型车各纵坡坡率下的运行速度和平均速度。分析结果发现：1)大型车驾驶员对特长隧道纵坡坡率敏感界限约为±0.75%;2)特长隧道纵坡坡率下坡取值-1.45%~-1.95%、上坡取值0.5%能够减小中、大型车辆运行速度与平均速度之间的速度差,有利于特长隧道内的交通安全。该项研究可为特长隧道纵坡坡率的设计取值提供科学指导。     

基于运行速度的特长公路隧道纵坡坡率对交通安全的影响

关于运行速度的研究一直是交通安全学科研究的热点和焦点。论文通过实测6座特长隧道进、出洞口以及洞内各紧急停车带处共计46个断面处的车辆行驶车速,计算得到了小客车、中型车、大型车各纵坡坡率下的运行速度和平均速度。分析结果发现:①大型车驾驶员对特长隧道纵坡坡率敏感界限约为±0.75%;②特长隧道纵坡坡率下坡取值-1.45%～-1.95%、上坡取值0.5%能够减小中、大型车辆运行速度与平均速度之间的速度差,有利于特长隧道内的交通安全。该项研究可为特长隧道纵坡坡率的设计取值提供科学指导。     

特长隧道出口处交通标志与驾驶人感知关系试验

为分析隧道出口处内外横断面上交通标志的设置对驾驶人视认性的影响,通过现场实车试验和室内动态模拟试验研究了交通标志与驾驶人信息感知的关系。选择3名驾驶人运用德国生产的SMI眼动仪,对选取的G65包茂(包头—茂名)高速公路武隆段6条隧道分别进行了34次有效行车试验,并对比分析普通高速公路路段和隧道出口路段驾驶人的瞳孔直径变化比率。采用Premiere软件制作可调的动态交通标志,通过双投影系统将标志和实车录制的路段视频相融合,投射到同一个曲面幕布上,并切换不同隧道出口与标志的位置,以驾驶人视认标志的反应时间为表征参数进行隧道动态驾驶环境下的室内模拟试验。研究结果表明:瞳孔直径变化比率可以作为表征驾驶人明适应状态的表征参数,并在此基础上确定了车速为80 km/h时驾驶人正常瞳孔直径变化比率为±5%;驾驶人完成出口明适应时的瞳孔直径状态,特长隧道出口处驾驶人的明适应时间为2.129 s;特长隧道出口处内外交通标志的反应时间都呈现同一规律,交通标志与行车道位于同侧的反应时间比异侧时的短;交通标志位于隧道外的反应时间均值为2.22 s,比隧道内的反应时间平均短0.64 s。以时间为依据,当隧道出口与互通间距受地形限制,设计完成标志的有效视认时间小于4.5 s时,建议交通标志设置在隧道内部正中顶部位置;反之,设置在隧道外部道路右侧。     

互通式立交出口匝道分流鼻端平纵组合指标研究

为研究不同平纵线形指标条件下的互通式立交出口匝道分流鼻端行车安全性,采用小客车行车动力学仿真的方法,建立人、车、路仿真模型.通过改变分流鼻端的圆曲线半径、纵坡坡度,模拟不同条件下的行驶工况,分别对分流鼻端进行了平面线形和纵断面线形研究,得出不同工况条件下的车辆侧向加速度的响应输出,分析不同线形指标参数对分流鼻端行车安全的影响.研究结果表明:在匝道出口分流鼻端处,长缓和曲线+小半径圆曲线线形组合安全性优于短缓和曲线+大半径圆曲线线形组合.当主线设计速度为120 km/h(分流鼻处的设计速度为70 km/h),纵坡为-5%时,车辆的侧向加速度最大值为0. 58g,此时车辆侧滑危险性较大,建议设计中分流鼻端纵坡小于等于-4%.为保障分流鼻端行车安全,主线设计速度为120 km/h时,分流鼻端圆曲线半径为350 m,则纵坡应小于-3. 5%;当圆曲线半径为300 m,则纵坡应小于-3%.主线设计速度为100 km/h时,分流鼻端圆曲线半径为300 m,则纵坡应小于-4%;圆曲线半径为250 m,则纵坡应小于-3. 5%.     

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...