基于驾驶员心率和速度差的高速公路纵坡度研究*

为减少高速公路纵坡路段的事故发生率,利用心生理检测仪采集驾驶员心率数据,使用V-Box采集道路高程和车辆实时速度数据,采用偏相关分析确定影响驾驶员心率增长率和速度差的显著性因素,分别构建驾驶员心率增长率和速度差与坡度之间的关系模型,通过心率增长率阈值和运行速度协调性,从驾驶舒适性角度确定安全坡度范围。研究结果表明:在纵坡路段行车时,驾驶员心率增长率随坡度增大而增加,速度差随坡度增大而增大,坡长与驾驶员心率增长率和速度差呈弱相关;设计车速为100 km/h的高速公路,上坡坡度应小于等于3.7%,下坡坡度应小于等于3.3%,因此建议纵坡坡度小于等于3.3%为宜。研究结果可为高速公路交通安全和人性化设计提供理论依据。     

高原公路纵坡路段驾驶员心率变化特性分析

为掌握高原公路纵坡路段驾驶员心率变化特征,使道路线形参数选择得更合理、更有利于安全行车,利用生物反馈仪在海拔3 000 m以上的高原公路进行驾驶员行车试验。通过定量分析,确定了高原公路纵坡路段影响驾驶员心率变化的主要因素,并分别建立驾驶员心率增长率与纵坡高程、坡度的关系模型,以及纵坡高程、坡度与心率增长率的二元回归模型。分析结果表明,驾驶员心率变化随海拔升高而增大,心率增长率约在海拔3 600 m后呈加速增加趋势;驾驶员心率变化随道路纵坡度增大而增大,上坡时(正)坡度、下坡时(负)坡度增加均会导致心率增长率增加;在海拔和坡度的共同作用下驾驶员心率变化更为明显,海拔越高、坡度越大,心率增长率越大。     

连续长坡路段组合线形与驾驶员瞳孔大小关系的试验分析

为了研究连续长坡路段道路线形与驾驶员瞳孔大小的关系,提高连续长坡路段行车的安全性,通过实车试验,利用眼动仪、GPS等设备采集驾驶员在某连续长坡路段上行车时的实时瞳孔直径和车速等数据,定量分析后建立了驾驶员瞳孔大小变化百分比(APCPS)与坡度、角度变化率(CCR)之间的关系模型。结果表明:在连续长坡路段上、下坡方向行车时,驾驶员的APCPS与坡度存在二次函数关系,上坡方向的APCPS随坡度增加而增加,下坡方向的APCPS随坡度增加先减小后增大;APCPS与CCR存在三次函数关系,上、下坡方向的APCPS随CCR增加均先减小然后增大后再减小;坡度与平面线形综合作用时,上、下坡方向的APCPS呈现相似的变化规律。     

村镇道路会车特性与驾驶员心生理变化关系研究

为提高村镇道路行车安全性,实地检测村镇道路会车过程中车速和驾驶员的心生理反应参数,融合交通工程学、心理学和人因工程学的基础理论,探究会车过程中车辆的运行特性与驾驶员心率变化间的关系。首先整体分析试验中所有会车过程的行车状态,然后分析直线段上单次会车过程中车速变化与心率增长率的关系,最后分析曲线段上车速、心率增长率与平曲线半径的关系。结果表明:在村镇道路上,驾驶员会车时存在明显的紧张行为;在会车时域内车速、驾驶员心率增长率呈U型变化,且两者变化趋势相反;会车时的车速随道路平曲线半径的增加而增大,心率增长率随平曲线半径的增加而减小。     

高原公路线形组合路段驾驶员心率变化特性试验分析

为了掌握驾驶员在高原环境下行车时的心理和生理反应状况,提高高原公路行车安全性,利用生物反馈仪等设备对314国道高原路段上行车的驾驶员进行实地行车检测。在理论分析的基础上,整理分析实测数据,建立驾驶员心率增长率和高原区公路线形组合、海拔之间的关系模型。分析结果表明,驾驶员的心率增长率会随着海拔的升高而增高;上行和下行时,线形组合值的增大均导致驾驶员心率增长率的增加,并且增加的趋势基本保持一致;海拔和线形2因素一起作用时,驾驶员心率变化更显著,海拔越高、线形组合值越大,驾驶员心率增长率越大。     

新通车高速公路驾驶疲劳行为研究

为了探究新通车高速公路行车时驾驶员的疲劳行为。实地采集驾驶员心生理特征及交通特征数据,并应用傅里叶变换的方法转化心率随机信号来研究驾驶员行车时心率变化规律。对比驾驶员与副驾驶员行车时的心生理特征,确定疲劳行为出现的心率增长率疲劳阈值。探究驾驶员心率增长率与交通量、速度、行车时间等参数的关系。构建疲劳预测模型,以便通过易测的交通数据判断驾驶员行车时的心生理特征。研究表明:用疲劳预测模型可通过易测的交通数据计算驾驶员行车时心率增长率,当心率增长率长时间低于11.8%时,容易出现困意。     

驾驶员脑电特性与高原公路线形关系的试验分析

为探讨高原公路线形对驾驶员心理和生理特性的影响,利用生物反馈系统对急进高原公路的驾驶员进行实地行车试验。通过定量分析,分别建立驾驶员β频段脑电(EEG)信号变化值与试验路段海拔、道路线形之间的关系模型。分析结果表明:高原公路驾驶员行车时的β频段脑电信号变化值随路段海拔的升高而增大,它与道路平曲线半径成负相关;纵坡度的变化对β频段脑电信号变化值的影响不显著,线形组合值的增加会导致脑电波频段功率值上升;海拔和线形组合值同时作用时,驾驶员的脑电波频段功率值变化更加显著。     

连续长坡路段驾驶员心率与平曲线半径关系研究

为研究公路连续长坡路段驾驶员心率与曲线半径的关系,提高行车安全,选取9名驾驶员进行实际道路试验.用多导生理记录仪采集驾驶员的心率数据,按上、下坡方向将试验路段的每个曲线划分为7个位置,分别对上、下坡方向每个位置驾驶员的心率增长率和曲线半径的关系进行回归分析,建立相应的模型,并对每个位置的模型进行分析,提出合理的曲线半径设置建议.综合上、下坡方向各位置的曲线半径研究结论提出合理的曲线半径取值建议,公路连续长坡路段曲线半径在r≥900 m和200 m≤r≤300 m内取值.     

隧道入口冰雪环境下驾驶员心生理特性研究*

为提高高速公路冰雪环境下隧道入口行车安全水平,探究隧道入口冰雪环境下驾驶员心生理反应特性,依据心生理理论,通过模拟驾驶试验采集驾驶员在冬季晴、雪天气下隧道入口行驶的心率增长率、速度等数据,分析照度变化率、路面摩擦系数、速度对驾驶员心生理的影响规律,明确不同影响因素下隧道入口驾驶员心率增长率变化特征,利用Matlab构建多因素耦合下隧道入口驾驶员心生理反应模型,并设计实车试验验证心生理反应模型有效性。研究结果表明:冰雪环境下隧道入口驾驶员心率增长率紧张阈值为28%,隧道入口冰雪环境下照度变化率安全阈值为51%,心生理反应模型误差小于10%,吻合程度较好。研究结果对提高山区高速公路隧道入口冰雪环境的行车安全性、降低隧道入口事故风险具有重要意义。     

夜间动态环境中空间距离驾驶员判识变化

为研究驾驶员在夜间地面动态环境中距离判识变化的规律,改进行车安全.选取32名驾驶员进行实际道路试验.被试在自车行进方向不同的深度距离、车速下,判识前方障碍物的绝对距离和相对距离.统计距离判识值,得出夜间距离判识值数据分布,取得距离判识特征值.回归分析判识距离与速度的关系,建立障碍物判识变化的数学模型.比较昼夜距离判识差异,分析其对夜间行车安伞的影响.结果表明:在车辆行驶深度方向,夜间距离判识值随速度增加而不断下降,两者之间呈负指数关系;在相同深度距离和速度下,夜间判识距离大于昼间;夜间行车时,需适当降低车速,确保有效的安伞距离.     

考虑驾驶负荷的高速公路作业区换道预测模型

为预防高速公路养护作业区车辆换道引起的交通事故,首先,开展不同车流密度的驾驶模拟对比试验,采集车辆换道位置距离过渡区末端长度、车辆换道距离和驾驶人心率数据;然后,基于试验数据,通过车辆运行轨迹和方向盘转角,定义车辆换道位置和换道距离,分析车流密度和驾驶员心率对车辆换道位置和换道距离的影响;最后,采用强迫进入变量法,构建基于车流密度和驾驶员心率的车辆换道预测模型。结果表明:车辆换道位置随车流密度的增大先增大后减小,随驾驶员心率的增大而增大;车辆换道距离随车流密度的增大先增大后减小,随驾驶员心率增大而减小。车辆换道预测模型能够预测驾驶人心率与高速公路养护作业区车辆换道的关系。     

高速公路小客车驾驶员变道行为研究

为提高高速公路小客车变换车道时的安全性,通过检测小客车的运行速度、驾驶员心理生理反应参数,采用随机序列函数法将驾驶员心率随机变量转变为相关函数,并应用离散的傅里叶变换方法分析驾驶员行车心率的功率谱;研究驾驶员变道行为与速度、交通量和驾驶员心理生理反应的关系,构建高速公路小客车驾驶员变道行为模型,描述驾驶员行车时的心理状态,判断其安全性。研究表明:小客车自由变道和超车变道时,驾驶员瞳孔尺寸小于5.0 mm,心率增长率小于27%,行车安全性较高;争抢变道和强行变道时,驾驶员表现为紧张甚至恐惧,容易发生误操作,安全性较差。     

海底隧道入口段驾驶员眼动特征分析*

为研究海底隧道入口段驾驶员眼动特征,以海底隧道收费站至入口为研究对象,运用Facelab5.0眼动仪和录像机等设备,采集真实状态下驾驶员眼动特征、行车速度和行车位置数据,并依据道路线形、车辆行车特征和路段标志标线设置,将收费站至入口划分为提速驶离段、换道减速段、缓和段和过渡段（入口段）,分析各区段驾驶员眼动特征及车速变化规律,并建立相应数学模型。研究结果表明:驾驶员驾车通过换道减速段和过渡段时,分别受交织车流与黑洞效应影响,行车速度减小、眼睑闭合度下降、眨眼频率增大;驾驶员行经入口段,车速呈上升-下降-上升-下降的趋势,眼睑闭合度呈增大-减小-增大-减小的趋势,眨眼频率呈减小-增大-减小-增大的趋势,且受交织车流与黑洞效应的影响显著。     

双向四车道公路大货车弯道运行速度及驾驶员注视与心率特性研究

通过对大货车驾驶员注视及心率增长率参数和大货车运行速度进行检测,融合交通工程学和人因工程学的基础理论,与小客车对比分析,研究了双向四车道公路直线路段、圆曲线路段的大货车驾驶员注视分布和心率增长率变化规律.结果 表明:道路直线段和圆曲线段大货车和小客车驾驶员注视点主要集中在视野中上偏右侧区域,直线段大货车驾驶员注视点分布相对于小客车偏右3.01°、偏下1.16°,圆曲线段大货车驾驶员注视点分布相对于小客车偏右4.78°、偏下0.21°,在圆曲线路段比在直线路段,大货车驾驶员相比小客车驾驶员更加关注视野中线右侧的道路环境;构建了道路圆曲线路段大货车和小客车运行速度模型及驾驶员心率增长率模型,通过与小客车的对比,分析了大货车运行速度、驾驶员心率增长率与道路圆曲线半径、纵坡坡度间的内在变化关系,并以大货车驾驶员心理紧张度作为约束条件,给出了道路圆曲线的一般最小半径.     

高原公路驾驶员生理特性动态试验分析

为了解和分析高原低氧环境对驾驶员生理特性的影响,利用biofeedback 2000 x-pert型生物反馈系统对高原区公路驾驶员进行实地行车试验。通过整理分析实测数据,得到驾驶员各项生理指标变异率与海拔的相关性水平并排序,对比平原与高原地区驾驶员各项生理指标变化的差异,并就驾驶员心率(PULS)和脑电图(EEG)与试验道路海拔之间的关系进行回归分析。结果表明,PULS、心率变异低频成分(LF)及脑电波3项指标的变异率,能够比较明显地反映行车驾驶员生理特性指标随海拔的变化情况。     

干线公路穿越城镇适应段长度确定方法研究

为了提高干线公路穿越城镇区段的行车安全性,探究公路上的车辆穿越城镇时的速度变化和驾驶员心生理特征,通过实地检测在公路穿越城镇适应段行驶的驾驶员心生理反应、车辆运行速度等参数,以人因工程学、心理学等为基础,对适应段车辆的速度变化特征和驾驶员的心生理反应进行了研究。根据实际道路情况首先定义了公路至城镇方向适应段L0和城镇至公路方向适应段L1,然后基于速度一致性原理分析车辆在通过适应段时与城镇段和公路段的速度差,同时以心率增长率为定量参数分析车辆通过适应段时驾驶员的心生理变化。结果表明,在公路穿越城镇路段有必要设置适应段,并且适应段的长度对驾驶员的行为和心生理状态有明显的影响,在确保车辆速度差和驾驶员心生理变化参数都在安全阈值范围内的基础上,适应段总长度在1. 000～2. 200 km为宜。     

前车突然切入时驾驶人应激生理特性研究

为研究前车突然切入对驾驶人生理负荷的影响,利用MP150生理监测系统对22名被试进行虚拟驾驶试验。采集记录前车突然切入时被试的生理参数。研究驾驶人心率增长率和心率变异性(HRV)指标与车速、应激距离之间的关系。结果表明:自车速度为100 km/h时,随着前车切入距离从55.6 m减小到27.8 m,被试的平均心率增长率从16.21%增大到23.27%,HRV参数低频(LF)值也呈现下降趋势。前车切入距离一定,随着自车车速从60 km/h增加到120 km/h,被试的平均心率增长率存在显著性差异,平均从13.05%上升到21.85%。差异性检验结果表明,前车切入距离和自车速度发生变化时驾驶人的生理负荷变化趋势一致,但自车速度因素对驾驶人生理负荷的影响程度高于切入距离因素。     

穿村镇公路交叉口车辆速度特性及行车安全评价

乡村振兴战略下的穿村镇公路事故治理是重大现实问题,而穿村镇公路交叉口速度特性分析与行车安全评价已经成为迫切的理论需求。选择云南省2个典型穿村镇公路交叉口为实例,采集无人机视频数据以分析穿村镇公路交叉口的车辆速度变化规律;构建危险性系数模型与Vague复合物元行车安全等级判定模型,评估穿村镇公路交叉口行车安全水平,并通过实例交叉口进行验证。结果表明：穿村镇公路交叉口车辆运行速度总体呈现“减速—加速”模式,速度最低点位于交叉口中心附近;路况复杂的多路交叉口速度分布于[40, 65] km/h,波动幅度相对较小;相较于无路侧干扰的行驶场景,避让场景下交叉口车速离散度更大,车速差最大值为49.78 km/h。评价案例交叉口的行车安全性,发现车辆驶入时距交叉口中心越近,危险性系数越大,驶出时则反之;两个案例交叉口的危险性系数最大值均位于交叉口中心,该位置加速度变化最快,行车安全性最低;十字交叉口行车安全性更差,易发生交通事故,多路交叉口的行车安全性良好。研究成果可为穿村镇公路事故治理提供理论依据。     

谨防高速行车综合症

有关专家认为 ,高速行车除了增加发生车祸的频率之外 ,还能对人的身心产生一些影响 ,医学家称之为“高速行车综合症”。车辆行驶的速度越快 ,驾驶员的精神就越紧张 ,大脑皮质兴奋性增高 ,肾上腺皮质醇浓度增加 ,促使心跳加快。如车速超过每小时 80公里 ,心率会增至 10 0至 110次 ;车辆行驶速度每小时 12 0公里以上 ,心率会超过 110次以上。长时间的高速行车 ,可使心肌疲劳而影响心血管功能 ,还容易诱发冠心病。长期高速行驶在普通的公路上 ,还会产生剧烈的簸和振动。这种振动如较久地作用于人体 ,会使脑血管产生痉挛 ,而引起头疼、眩目、恶…     

警惕行车中的错觉

由于年龄、心理、身体条件及行车环境上的差异,驾驶员在行车过程中往往会产生各种各样的错觉,导致错误操作而造成险情。所以,只要认识、了解这容易引起错觉的特点,避免错觉的产生,就能保证行车的安全。速度错觉在行车过程中,驾驶员往往是以参照物的相对移动速度来判断车速的快慢来操作车辆的,并不是完全依靠车辆自身车速表的指示针来操作车辆。这样,参照物的多少以及它和驾驶员之间的距离远近就会影响到驾驶员对车速的判断。在建筑物和人口密度相对较大的地区或狭窄道路上行车时,驾驶员往往容易高估车速,而在宽阔和较少参照物的道路上行驶时,则往往容易低估车速。