基于生理与行为指标的高速公路特长隧道环境驾驶人风险特性研究

发布时间：2020-11-17 21:04

　　 由于公路隧道的特殊几何构造和行车环境,驾驶人操控车辆通过隧道出入口段的明、暗适应过程,均会使生理心理行为发生变化。基于“感知-认知-反应”过程,其变化进而影响车辆操作,最终表现为动态行车风险增加,发生事故的几率增大。人为风险因素可成为造成交通事故主要和直接的原因,而来自于驾驶人的风险因素由其个体风险特质和风险驾驶状态构成。因此,如何通过测量驾驶人操控车辆通过特殊路段的生理指标与行为指标参数,实时、连续、全面地揭示驾驶过程中的风险状态,对于驾驶行为干预、驾驶辅助系统开发、特殊路段线形设计与安全设施布置等具有重要的应用价值。在不考虑疲劳、酗酒驾驶等特殊情况下,驾驶人风险状态包括其生理心理负荷状态和行为风险状态。本文旨在研究基于生理与行为指标的高速公路特长隧道环境驾驶人风险特性,具体包括驾驶人实时风险状态的分析和风险属性辨别方法,并考虑了驾驶经验变量(对道路环境的熟悉程度)对指标特性和模型结果影响的差异性。选取30名驾驶人样本(15名熟练驾驶人和15名非熟练驾驶人),进行典型隧道环境实车试验。提取两类驾驶人操控车辆通过特长隧道路段和山区高速公路路段的生理与车速控制行为指标变化情况,采用统计方法对比驾驶经验与不同路段指标影响的差异性;以心率和心率变异性时域指标为表征参数,使用主成分分析与探索性因子分析方法,构建驾驶人心理负荷量化模型,并以心率变异性指标频域分析结果验证模型准确性;在车速分析基础上,结合主观预期车速和车路客观环境的安全车速,提出基于安全车速差的驾驶人车速控制行为风险评价方法;通过主成分分析,构建驾驶人综合风险量化模型,并选用K均值聚类分析,对驾驶人风险属性进行辨识,分析对比不同风险属性驾驶人综合风险变化特性,运用C4.5决策树分类算法,构建两种风险属性驾驶人单一变化指标判别模型;分别以心理负荷数据和对应车速值作为输入和输出变量,采用自主神经网络学习方法,建立基于风险动机的驾驶人车速时间序列预测模型;最后,通过分析眼动指标(包括注视指标、扫视指标和眨眼指标)变化特性,完善视觉负荷内容,并进一步对比心理负荷模型结果,通过注视点坐标动态聚类,划分驾驶人视觉兴趣区域为7类,统计不同区域内驾驶人注视点分布比例,运用马尔可夫链,计算驾驶人不同注视区域的一步转移概率和平稳分布概率,研究驾驶人在隧道环境注意力空间分配及注视转移特性。结果表明,熟练驾驶人与非熟练驾驶人均在距离隧道入口较远处心理负荷较大,而在距离隧道出口较近时心理负荷也较大。驾驶人若熟悉道路条件,可在一定程度上减小心理负荷,并可加快驾驶人在特长隧道出入口段生理心理反应的顺适过程。相对于暗适应,明适应过程对驾驶人心理负荷和车速的影响范围更小。在隧道路段,平均心理负荷大小依次为入口段、出口段、行车段。相对于熟练驾驶人,非熟练驾驶人在特长隧道和山区高速公路路段的过渡段(短暂连接段),其生理心理和车速控制行为顺适过渡反应并不理想,表现为视觉负荷较大,且车速控制行为风险值较大。在隧道环境驾驶,相对于非熟练驾驶人,熟练驾驶人更习惯于观察较远处的交通状况,具有较好的注意前瞻性。无论是在隧道路段还是山区高速公路路段,驾驶人需要重复注视某些视觉兴趣区域才能提取足够的信息,且当行车环境复杂度增加或驾驶经验不足时,对目标区域的重复注视概率会增加。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U491.254
【部分图文】：

公路隧道建设数量与里程快速增加，出入口段交通事故多发，对题的深入研究与推动显得尤为迫切。社会经济快速发展，人民交通需求逐年增加，全国高速公路建设里进一步得到完善。根据交通运输部公开数据，在 2006 年至 201速公路建设里程已由 4.53 万公里增加至 13.1 万公里，增量近两倍道具有缩短行车里程、提高线形标准、保护生态环境等优点，已可替代的结构物，建设数量与里程的增加速度正在逐年攀升。据交通运输行业发展统计公报》显示，截至 2016 年底，全国公路建 7 倍，里程增加超 7 倍；特长隧道数量增加超过 15 倍，建设里程建设总数增加 3 倍，建设里程增加超 6 倍，具体增长情况如图 1.里程的增加，尤其是特长隧道的快速发展，标志着我国高速公路建

图 1.2 2006-2016 年全国公路隧道建设数量与里程公路隧道的快速发展，为我国经济建设作出了重要贡献，也使得交通安全问题变得愈加显著。尤其是在典型的山区公路隧道环境中，所造成的交通事故不仅数量众多，同时，由于隧道环境的限制，救援的难度进一步加剧了事故的后果。隧道不同区段事故数量分布与事故形态分布如图 1.3 所示。从隧道不同区段事故分布来看，通过对 433 起隧道交通事故按照所处地理位置的统计结果[1]表明，隧道进、出口段交通事故分布最多，分别占事故总数的 28%和 34%；从事故形态来看，隧道区段的追尾相撞事故突出，占事故总数的 55%。从事故发生机理的角度来看，驾驶人行为成为交通事故发生的主要和直接的原因[2]。而驾驶人行为，则源于更深层次的生理和心理机制。由于公路隧道的特殊几何构造和行驶环境，车辆在多种条件限制的环境下运行，驾驶人操控车辆通过隧道进、出口段时的明暗适应过程，均会使驾驶人生理心理行为发生变化，基于“感知-认知-反应”过程，其变化进而影响车辆操作，甚至出现车辆失控现象。

图 1.2 2006-2016 年全国公路隧道建设数量与里程公路隧道的快速发展，为我国经济建设作出了重要贡献，也使得交通安全问题变得愈加显著。尤其是在典型的山区公路隧道环境中，所造成的交通事故不仅数量众多，同时，由于隧道环境的限制，救援的难度进一步加剧了事故的后果。隧道不同区段事故数量分布与事故形态分布如图 1.3 所示。从隧道不同区段事故分布来看，通过对 433 起隧道交通事故按照所处地理位置的统计结果[1]表明，隧道进、出口段交通事故分布最多，分别占事故总数的 28%和 34%；从事故形态来看，隧道区段的追尾相撞事故突出，占事故总数的 55%。从事故发生机理的角度来看，驾驶人行为成为交通事故发生的主要和直接的原因[2]。而驾驶人行为，则源于更深层次的生理和心理机制。由于公路隧道的特殊几何构造和行驶环境，车辆在多种条件限制的环境下运行，驾驶人操控车辆通过隧道进、出口段时的明暗适应过程，均会使驾驶人生理心理行为发生变化，基于“感知-认知-反应”过程，其变化进而影响车辆操作，甚至出现车辆失控现象。
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本文编号：2887914