基于驾驶员视觉特性的草原公路平曲线半径研究

驾驶员在行车过程中主要依靠视觉获取相关的道路交通信息。基于草原公路特殊的线形特点,通过在草原公路进行实驾试验,利用眼动仪采集驾驶员眼动指标。分别提取各驾驶员在不同半径平曲线路段行车时的试验数据,探讨驾驶员在草原公路平曲线段行车过程中的眼动规律,分析驾驶员的眼动特性与道路平曲线半径之间的关系。得到平曲线半径对驾驶员的注视持续时间和扫视幅度的影响非常显著,对眨眼持续时间的影响较为显著。驾驶员在小半径曲线行车时,注意力高度集中,紧张感较强;在大半径平曲线行车时,行车感较为舒适,心理较为放松的特点。建议可以适当合理增加不同半径的平曲线来调节驾驶员的驾驶状态,缓解驾驶疲劳。     

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。     

基于操纵信号的小客车专用高速平曲线驾驶特性

利用驾驶模拟软件设计并实施了小客车专用高速平曲线路段仿真实验,并对平曲线驾驶特性进行了分析。结果表明,不同半径平曲线路段均满足速度变化绝对值和速度梯度绝对值的协调性要求;小半径曲线路段起弯、回正点滞后严重,分别比直缓点和缓直点晚了100 m和30 m,操作负荷主要受曲率变化的影响;不同转向和半径的平曲线均会造成内侧和外侧偏移,随着半径的减小,车道偏移增加并向内侧集中,同时横向位置更稳定。     

基于表面肌电信号的高原公路驾驶员颈部疲劳试验分析

为了解高原公路驾驶员颈部疲劳状况,寻求减轻驾驶员疲劳途径。选取新疆帕米尔高原典型路段进行实驾试验,通过生物反馈仪获取受测驾驶员颈部肌电数据,利用时域与频域分析方法选取积分肌电值(IEMG)与中值频率(MF)作为评价指标,研究高原公路驾驶员颈部肌肉IEMG与MF在连续驾驶时间、海拔作用下的疲劳特性。研究表明:连续驾驶时间、海拔是影响驾驶员IEMG、MF的主要因素。随着驾驶时间增长与海拔逐渐升高,驾驶员IEMG有上升趋势,而MF有下降趋势,表明高原公路驾驶员从低海拔到高海拔路段长时间连续驾驶车辆导致颈部疲劳感增加。通过对比不同行车经历驾驶员,发现经常出入高原公路驾驶员的颈部疲劳度与自我缓解能力要优于首次进入高原公路行驶车辆的驾驶员。     

北方林区冰雪路面平面线形驾驶员心电特性研究

我国北方林区由于地形复杂和森工企业自建道路等级较低等因素导致北方林区道路直线段长度短、平曲线半径小等特点,再加之冬季冰雪路面附着力小,制动与转向控制困难等因素的作用,从而使驾驶员行车时承受了很大的心理压力。进行了北方林区公路冰雪道路上6位驾驶员的心电实驾试验,分析了驾驶员在直线路段和曲线路段行驶时其心率的变化情况,得出了驾驶员在冰雪路面上行车时的心率增长率随直线段长度和平曲线半径大小的变化规律,并建立了直线段长度和平曲线半径与驾驶员心率增量的数学回归模型,为下一步研究驾驶员的心电指标变化规律提供理论参考。     

动视觉原理在公路线形设计中的应用

在运动和静止状态下,驾驶员的视觉心理有很大差异。根据驾驶员的动视力、动视野与行驶速度的关系,分析了驾驶过程中驾驶员的动视觉特点。基于驾驶员动视觉的直线长度、平曲线、平面线形组合、平纵组合等公路线形参数,提出了满足动视觉特点的直线长度的合适范围、满足视觉条件的平曲线半径计算公式以及平纵设计中应该注意的问题。     

山区公路曲线路段汽车轨迹模式与切弯行为

为了明确山区公路曲线路段上的汽车轨迹形态和驾驶风格,使用小客车在山区复杂线形公路上开展了实车驾驶实验.记录了自然驾驶状态下男性驾驶人的行驶轨迹,分析了行驶轨迹相对于行车道中线的横向偏移特性,运用聚类方法识别了曲线路段的轨迹行为模式.结果发现:根据轨迹横向偏移率的聚类结果,山区公路曲线路段有6种轨迹模式,具有明显的多样性特征;切弯是曲线路段占主导的过弯方式,按照切弯点位置以及前后的轨迹形态,切弯又可进一步细分为多种类型;行驶轨迹的横向偏移导致了车道偏离,其中非预期偏离由于存在较高的事故风险,应进行防范和控制;平曲线半径越小,切弯效应越大,事故风险可控,驾驶人越倾向于采用切弯方式来通过弯道,曲线路段是否发生切弯行为的临界半径值为200 m.     

高速公路驾驶员昼夜感知速度变化规律

为制定合理的高速公路昼夜车速限制标准,采用数理统计与回归分析方法对采集的驾驶员昼夜感知速度数据进行了对比分析,量化研究了实际行驶速度、平曲线半径、纵坡对驾驶员感知速度的影响,建立了驾驶员昼夜感知速度与实际行驶速度、平曲线半径的关系模型.研究发现:驾驶员夜间感知速度的准确度与白天相比下降,且感知速度与纵坡值无关;白天驾驶员感知速度与实际行驶速度呈正指数相关,与平曲线半径呈负对数相关;夜间驾驶员感知速度与实际行驶速度呈正线性相关,与平曲线半径呈负对数相关.基于驾驶员的感知速度变化规律,针对不同的平面线形条件对昼夜分别实施不同的车速限制标准,有助于降低驾驶员的速度感知偏差.     

双车道公路弯道回旋线长度对行车特性的影响

基于驾驶模拟实验,采集了15名驾驶员在半径为100～500 m的72个弯道路段的车速、侧向偏移等数据,研究双车道公路弯道路段回旋线长度对车速及行车轨迹的影响.结果表明:在半径一定的条件下,随着回旋线长度增加,前后路段车速差呈上升趋势,而速度梯度随之下降;行车轨迹波动幅度随回旋线长度增加而增大,而波动频率随之降低;半径为...     

基于驾驶负荷模型的高原弯坡组合路段安全性分析与评价

为了解驾驶员安全舒适度评价指标(驾驶负荷)在高原公路弯坡路段的变化特征,利用生物反馈仪等相关设备,在海拔大于3 000~5 000 m的高原公路选取符合标准的弯坡路段62段进行行车试验。定量分析了驾驶负荷与海拔、高原公路弯坡路段线形组合值之间的变化关系;并且建立了相关模型。结果表明,驾驶员在高原公路弯坡路段行车过程中,驾驶负荷受到海拔与弯坡路段线形组合值的双重影响;驾驶负荷随着海拔的升高而增大;上下行过程中,驾驶负荷随着弯坡路段线形组合值的增大而增大;在海拔与弯坡路段线形组合值的共同作用下,驾驶负荷变化更加明显,海拔越高、弯坡线形组合值越大,驾驶负荷越大。     

公路平面线形与驾驶员视觉搜索模式相关性分析

为定量描述驾驶员视觉搜索模式与公路平面线形的相关性,基于眼动试验展开对驾驶员视觉搜索模式的研究.首先通过室内试验获得驾驶员在不同公路平面线形条件下的眼动指标;其次,从宏观层面到微观层面分析驾驶员视觉搜索模式与平面线形的相关性;最后,通过室外试验分析验证室内试验的有效性和结论的可靠性.结果表明:在不同平面线形条件下,驾驶员注视持续时间具有显著差异性.此外,平曲线半径、缓和曲线A值与驾驶员注视持续时间有明显的相关性.应用拉格朗日中值定理发现,当平曲线半径R>1.5 km或直线段结束前100 m时驾驶员注视持续时间变化显著,即为驾驶员视觉搜索变化的关键点.     

直圆连接路段K型线与回旋线对比分析

为了从多个维度对比直圆连接路段回旋线与K型线的差异,分析对比K型线与回旋线在横向运动、侧倾运动和横摆运动3个自由度下的动力学差异,验证K型线作为缓和曲线的可行性的同时,研究分析车辆在基于K型线的直圆连接路段上的行车稳定性。利用K型线航向角特点,从微分和解析几何角度分析验证K型线和回旋线的曲率及曲率变化率状态。利用动力学软件CarSim对5种基于不同设计速度建立的道路模型进行仿真模拟,选取车辆横向加速度、车辆侧倾角、车辆横摆角及车辆方向盘转角4个指标作为评价依据,分析车辆在由2种不同缓和曲线连接的直圆连接路段上行驶时,其行车稳定性、驾驶人舒适性的状态差异。采用熵值法对各指标进行赋权,综合比较由K型线和回旋线连接的直圆路段的优劣。研究结果表明：K型线具有曲率及曲率变化率连续的优点;在设计指标相同条件下,K型线上车辆的各维度稳定参数均满足现有《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)要求,且优于回旋线;随着设计速度的减小,K型线与回旋线之间的差异愈加明显,K型线在行车稳定性和舒适性方面的优势愈显著;在设计速度相同的前提下,K型线在驾驶稳定性、驾驶人行车舒适性方面整体优于回旋线;在设计速...     

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。     

平曲线路段突起路标设置

为了充分发挥突起路标在圆曲线路段上的线形诱导作用,分析了驾驶人白天视野范围及夜间车灯照射范围内的可视范围,确定驾驶人白天注视弧长和夜间可视弧长随圆曲线半径的变化量,并基于曲率感知和时间韦伯定律,对圆曲线和缓和曲线上突起路标设置间隔进行计算及修正。研究结果表明:突起路标设置间隔的临界圆曲线半径为700m,大于临界半径的圆曲线对应设置间隔为15m,小于临界半径的圆曲线对应设置间隔根据所在半径范围确定;基于速度感知确定车道两侧突起路标应在同一径线上,选取15m设置间隔时,设置在车道分割线的空档中点位置;缓和曲线上的设置间隔与圆曲线上的设置间隔相同。     

基于驾驶员生理负荷的高原公路转角值安全风险评价

为了解在高原公路上行车时平曲线转角值对驾驶员生理负荷的影响,选取国道314线海拔3000m～4030m区间段作为试验路段,选取心率增长率、脉搏血容(BVP)作为驾驶员生理变化的评价指标,并且通过MATLAB编程给心率增长率和脉搏血容分配系数,得到K值作为驾驶员生理负荷的评价指标,通过实测数据的对比分析,定量分析心率增长率、BVP与K值随平曲线转角值得变化规律,并建立回归模型。结果表明：心率增长率、BVP值和K值都与平曲线转角值存在较强的相关性,并且K值随平曲线转角值的增加而减小,尤其在转角值0-10°范围内变化显著;在海拔与转角值的双重影响下,随着转角值越小,海拔越高,K值越大,驾驶员生理负荷越高,交通安全风险越高。     

草原公路长时程行车时驾驶人的脑电特征分析

草原公路具有景观单调,行车视距大,平、纵曲线设置不合理,交通流量小等特征,易引起驾驶疲劳,诱发交通事故。选取草原公路进行模拟驾驶,应用MP150多通道生理信号采集仪,采集12名司机4 h模拟驾驶过程中的脑电(EEG)数据,探寻模拟驾驶条件下驾驶过程中EEG相关指标的特征。结果表明:β波及(α+θ)/β这两项指标能较好地反应司机脑电的变化过程;当行驶到20 min时,驾驶疲劳第一次出现;当行驶到60 min时疲劳第二次出现;当行驶到90 min时疲劳第三次出现,当行驶到120 min时疲劳第四次出现;男司机行驶到170 min时和女司机行驶到160 min时驾驶疲劳增加明显,此时,司机应停止驾驶任务,进行调整休息;男、女司机的驾驶疲劳具有累计效应,且驾驶疲劳的累计变化量与驾驶时间具有较强的相关性。     

基于驾驶模拟实验的高原山区公路安全性评价

以四川西部高原山区公路为研究对象,利用UC-win/Road软件进行建模,开展了螺旋展线与桥隧相接路段的驾驶模拟实验,选取驾驶员瞳孔直径变化率和眼动扫视特征作为安全性评价指标,以客观反映研究路段安全运营状况。结果表明：驾驶员在隧道出入口明暗适应路段瞳孔直径呈现高频率波动,瞳孔直径变化率0.3为桥隧相连实验路段瞳孔直径变化率的风险阈值;短时扫视频率每秒3次为异常点判别的临界值,桥梁路段异常点与实验路段直坡路段相比,小半径弯坡路段的线形指标与行车环境更容易对驾驶员的扫视行为造成影响。在此基础上,提出了特大桥梁和隧道路段的交通安全设施改进建议,研究结果可供类似地区公路工程建设参考。     

驾驶员心率变化与改扩建道路弯坡比和行车速度差关系

驾驶员的心理紧张程度会直接影响到行车安全,为了研究改扩建道路线形和行车速度差对驾驶员心率变化的影响,采用定量分析的方法,建立相关性模型.结果表明,在改扩建道路中,驾驶员心率增长率与行车速度差成正相关性,当行车速度差达到28 km·h~(-1)时,驾驶员处于紧张状态;驾驶员心率增长率与道路弯坡比成负相关性,弯坡比小于50 m·%~(-1)时,驾驶员处于紧张状态.在施工路段中增加限速标志和减速设施,适当增大路段的曲线半径,可有效提高行车安全.     

基于典型汽车爬坡的高海拔地区公路最大纵坡

以典型车型实地行车试验数据为基础,建立了载重汽车在不同海拔、坡度下的运行速度-距离曲线.结果表明:在3 000~5 000 m海拔范围内,海拔越高,汽车在相同坡度路段的爬坡速度下降越快,达到的稳定速度也越低;高海拔地区设计速度为100、80和60 km·h~(-1)公路的最大纵坡与现行标准中规定的相同设计速度下一般地区的公路最大纵坡相比降低了1%~2%.     

高原公路纵断面线形与驾驶员体力负荷的试验分析

为了解在高原公路行车过程中驾驶员体力负荷与高原公路纵断面线形的关系,选取帕米尔高原国道G314路段进行高原公路实地行车试验。采用积分肌电值IEMG与中位频率MF的比值K作为评价驾驶员体力负荷的指标,通过对比经过170个变坡点附近被测驾驶员的体力负荷K的变化特征。定量分析K值随高程H、竖曲线半径R以及绝对坡差|ω|的变化规律,并建立关系模型。研究表明：高程、竖曲线半径和绝对坡差对驾驶员体力负荷均有明显影响;且在竖曲线半径和高程的共同作用下,高原公路驾驶员肌电负荷的变化更加明显。