信息刺激条件下驾驶人警觉性改善规律

为研究持续行驶中的驾驶人在多种信息刺激条件下的警觉性改善情况,构建驾驶模拟试验环境进行试验,试验要求被试驾驶主车跟随前车,并在前车制动减速度超过一定阈值时报告。将时长2 h的试验分为6段,试验分组包括控制组（无刺激组）、设定音乐刺激组与信息刺激组,设定部分时段实施音乐或信息提示进行刺激。利用MP150记录驾驶人的心率与脑电α波、θ波数据,同时记录驾驶人判断绩效,并在试验前后填写SOFI疲劳测量表。试验结果表明：在无刺激条件下,驾驶人警觉性随时间延续呈逐渐下降趋势,信号击中率从84.7%下降到65.2%,心率降低,脑电α波、θ波功率谱密度升高;音乐刺激条件下,驾驶人的判断绩效、脑电α波、脑电θ波均保持在较为稳定的水平,可在一定程度上减缓警觉性下降的幅度;在信息刺激条件下,信号击中率有显著提高,脑电α波功率谱密度增加不明显,但脑电θ波功率谱密度升高;上述3个试验组的驾驶人心率均随时间呈缓慢减少趋势;适当的音乐刺激可使驾驶人警觉性保持在较为稳定的水平,还可以缓解疲劳感受,而信息刺激有助于驾驶人在特定时段提高警觉性并觉察风险。研究结果可应用于车载信息系统设计与安全管理。     

个体差异对转向指标疲劳辨识能力的影响分析

驾驶人个体差异是影响疲劳驾驶辨识准确性的重要因素。为了探究个体差异与基于转向行为的疲劳辨识效果之间的关系，量化个体差异对转向特征指标疲劳辨识能力的影响程度，通过自然驾驶试验，采集被试在清醒状态和疲劳状态下的真实驾驶行为数据，结合观察员问询打分和被试面部视频得到疲劳水平信息。设置双层滑动时间窗对每位驾驶人的自然驾驶行为数据进行处理，挖掘出9个疲劳驾驶转向特征指标。对每位驾驶人清醒和疲劳状态下的指标样本进行Wilcoxon检验，用Wilcoxon检验的|Z|值表示指标对驾驶疲劳的分类性能。以清醒和疲劳状态下指标有显著差异的被试数目最多为优化目标，得到指标最优的双层时间窗设定值。将|Z|值最大的被试逐个与其他被试两两组合，对清醒和疲劳状态下混合两被试指标样本数据进行Wilcoxon检验，得到被试组合指标的|Z|值。计算两被试的综合个体差异值，基于线性模型拟合两被试组合Wilcoxon检验的|Z|值和个体差异值，以拟合直线的斜率绝对值|k|量化个体差异对指标疲劳辨识能力的影响。研究得到基于自然驾驶行为数据的9个疲劳驾驶转向特征指标的最优时间窗，发现指标对疲劳驾驶的分类性能存在个体差异，并且指标的疲劳辨识能力会随个体差异增加而降低，进而影响基于转向行为指标疲劳辨识的准确性，其中方向盘转角下四分位标准差（X_q1std）的斜率绝对值最大（1.17），方向盘转角标准差（X_jstd）的斜率绝对值最小（0.44），疲劳辨识能力受个体差异影响最大和最小的指标分别是X_q1std和X_jstd。研究结果可为利用自然驾驶行为数据的疲劳驾驶特征提取及考虑个体差异的疲劳驾驶建模提供参考。     

倾斜坡顶黄土边坡垂直裂隙深度计算方法

垂直裂隙在黄土层中发育极为普遍，为研究黄土边坡坡顶垂直裂隙深度的问题，改进传统裂隙法中存在的缺陷，分别建立单裂隙与多裂隙滑动模型，并结合边坡滑动后垂直裂隙后壁形成的垂直张拉段土体自稳特点，采用极限平衡法对2种滑动模型进行受力分析，建立边坡极限状态方程；并进一步利用最优值法对方程进行求解，推导出黄土边坡倾斜坡顶垂直裂隙极限深度的计算公式。根据编写的计算程序，探究裂隙深度随不同影响因素的变化规律，并根据极限分析上限法及实际工程算例对公式进行验证分析。结果表明：单裂隙情况下垂直裂隙极限深度是传统裂隙法中深度的2倍，且该深度大小与坡顶倾角β取值无关；多裂隙情况下垂直裂隙极限深度的计算公式较为复杂，其大小与土体重度γ、黏聚力c、内摩擦角φ、坡顶倾角β以及地质调查参数L₂的取值有关；裂隙深度影响系数k_K随β增大而减小，随γL₂/c和φ增大而增大；滑动面倾角α随β和φ的增大而增大，随γL₂/c增大而减小，但β对k_K和α影响较小。采用极限分析上限法推导出的单裂隙和多裂隙模型中裂隙深度计算公式，与极限平衡法结果一致；其次对黄延高速公路沿线实际边坡垂直裂隙深度进行理论计算，计算结果与现场实测结果相对误差为3.76%，表明该计算公式的可靠性。     

砂性地层盾构隧道壁后注浆浆液扩散室内试验

为了探明盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理,基于对壁后注浆过程的分析,设计由试验模型箱、注浆系统、浆液配制系统、测试及数据处理系统组成的模型试验系统,试验前首先对水泥浆液的特性进行测试,然后通过该模型试验系统分别对3种不同级配的砂样地层（对应不同分维数）进行牛顿流体、宾汉姆流体、幂律流体的壁后注浆室内试验。根据试验结果分析注浆过程中浆液流速、土体密度及含水率的变化规律,并结合理论计算分析浆液的充填率λ,超挖系数和浆液压缩系数λ₁+λ₂,浆液损耗系数λ₃,浆液在土体中的渗透系数及压密系数m的变化规律。结果表明：盾构隧道壁后注浆过程中,水灰比大小对浆液的流速、渗透扩散时间影响较大,砂样分维数对地层可注入时间的影响较为明显;浆液的充填率λ与水灰比大小有关,浆液损耗系数λ₃ 与水灰比呈正相关关系,不同砂样的超挖系数和浆液压缩系数λ₁+λ₂ 的数值变化不大;浆液在砂样中的渗透系数及压密系数m与砂样的分维数呈负相关关系;3种不同的流体注浆结束后,管片周围土体的密度与土体所处的深度成反比,随着深度的增加,土体密度的变化率减小且纵向上的离散性降低;周围土体的含水率与土体所处的深度成正比,随着深度的变化,含水率的变化率亦减小且在纵向分布上趋于某一确定值。     

基于多源数据的单调道路环境与驾驶疲劳关系模型

为了研究单调道路环境对驾驶疲劳的影响,采用眼动仪、脑电仪等仪器设备在G109格尔木-西藏沿线开展实车驾驶试验,获取19名被试驾驶过程中的生理和驾驶行为等多源数据以及驾驶疲劳主观KSS量表,分析不同时间窗下各特征参数随疲劳程度的变化规律。采用不同海拔对应的植被等级作为单调道路环境的量化指标,将驾驶疲劳程度划分为清醒、轻度疲劳、重度疲劳3个等级,根据皮尔逊相关性和自变量共线性检验结果,选取脑电（α+θ）/β、平均眨眼持续时间、血氧含量和植被等级为自变量,驾驶人疲劳程度为因变量,建立基于有序多分类Logistic的单调道路环境与驾驶疲劳的关系模型,并分析单调环境下驾驶疲劳生成机理。研究结果表明：在高海拔单调道路环境下,短时驾驶疲劳主要与环境单调程度有关,驾驶时间并不是引起短时驾驶疲劳的主要因素;脑电α/β和心率与驾驶疲劳程度无显著相关性,脑电（α+θ）/β、平均眨眼时间与疲劳程度呈正相关,血氧含量与疲劳程度呈负相关。当植被覆盖率从较稀疏变为稀疏时,驾驶人警觉性较高,疲劳程度增加5.9%;随着植被覆盖率下降至非常稀疏状态,驾驶人会出现克服自身疲劳的情况,疲劳程度增加5.8%;当环境单调性进一步加剧,植被覆盖率降低至严重稀疏状态时,驾驶人疲劳程度明显增加,进入重度疲劳状态。研究成果可为单调道路环境下驾驶疲劳的预防奠定理论基础。     

基于自然驾驶数据的分心驾驶行为识别方法

大量证据表明，驾驶人分心是导致交通事故的主要原因之一。当前基于侵入式（如脑电波等）或半侵入式（如视频等）检测驾驶人分心的方法，不仅对驾驶任务造成一定干扰，且受多种环境因素的制约，误报率较高。基于此，只考虑非侵入式车辆运动特征，提出一种基于深度学习的驾驶人分心状态识别方法：首先，从自然驾驶数据集中获得大量的跟驰片段，采用态势感知方法，提取典型的分心驾驶片段，并建立仅包含车辆运动学特征的分心判别指标集；其次，利用梯度提升决策树-递归特征消除算法（GBDT-RFE）和随机森林-递归特征消除算法（RF-RFE）对特征进行重要度排序，得到重要度较高的分心监测指标；最后，采用长短时记忆神经网络（LSTM-NN）实现分心驾驶的分类识别，并与支持向量机和AdaBoost的模型结果进行对比。研究结果表明：LSTM-NN在判别分心或正常状态时F₁分别为89%、91%，高于SVM和AdaBoost对应二分类结果；进行多分类任务时，判别分心情景的平均F₁较SVM和AdaBoost分别提升了12%和7%，不同类别分心识别的误报率在15%以下，说明LSTM-NN能够有效学习分心序列的前后信息，有利于准确估计驾驶人的状态。研究结果可为车辆分心预警系统和驾驶风险倾向性评估提供方法基础。     

人-车-路交互下的驾驶人风险响应度建模

人机共驾中，共驾模式的选择和驾驶控制权的分配高度依赖于对驾驶人状态的正确识别。为了分析人机共驾中驾驶人的状态，对行车风险场模型进行重构，通过构建风险场力作用机制，建立包含驾驶人特性、自车特性和外部风险特性的人-车-路闭环系统中的驾驶人风险响应度模型，用于表征驾驶人对风险的认知能力和应对倾向。根据24位驾驶人在跟车和并道2个场景中的驾驶试验结果，对不同风险响应度下驾驶人的驾驶特性进行分析。研究结果表明：驾驶人风险响应度在驾驶过程中具有时变性，在驾驶人个体之间和不同驾驶场景间均存在差异性。在风险响应度分别为低、中、高的3类驾驶片段中，驾驶人在驾驶时的碰撞时间倒数T_TCi和加减速行为均具有显著差异（p<0.05）；风险响应度较高的保守型驾驶中，驾驶人行车时倾向于保持较小的T_TCi（均值为-0.48 s^-1，标准差为1.25 s^-1），单位时间内制动操作最多[均值为0.65次·（15 s）^-1]，总体驾驶风格倾向于规避风险；风险响应度较低的激进型驾驶中，驾驶人行车时倾向于保持最大的T_TCi（均值为0.28 s^-1，标准差为0.42 s^-1），相较于保守型驾驶，单位时间内加速操作较多[均值为0.48次·（15 s）^-1]，制动操作较少[均值为0.50次·（15 s）^-1]，总体驾驶风格倾向于追求行驶效率；风险响应度居中的平衡型驾驶中，驾驶人行车时所保持的T_TCi居中（均值为0.04 s^-1，标准差为0.36 s^-1），单位时间内加速操作[均值为0.23次·（15 s）^-1]和制动[均值为0.41次·（15 s）^-1]操作总数最少，对于行驶效率和行车安全的追求相对均衡。相较于以往将驾驶人作为孤立个体的驾驶人状态评估方法，所提出的驾驶人风险响应度模型可以依据驾驶人在人-车-路交互中的驾驶表现，更为全面地反映驾驶人的个性化驾驶状态。     

道路监控补光灯对青年驾驶员夜间行车安全影响研究

为了研究夜间环境道路监控补光灯对青年驾驶员驾驶行为的影响，考虑不同光照强度和是否存在行人横穿道路行为2个变量，通过UC-win/Road软件设计城市道路仿真场景，采用驾驶模拟器开展试验，并结合眼动仪、生理记录仪采集青年驾驶员的视觉、生理及驾驶操作3种特性指标。再利用重复测量方差分析方法，分析变量对青年驾驶员的3种特性的影响及其显著性水平。结果表明:①无论是否存在行人横穿道路行为，随着光照强度的增加，青年驾驶员的注视时间、瞳孔面积变化率及脑电(α+θ)/β均减小，心率增长率、制动踏板深度比例及制动反应距离均增加，表明光照强度越大对青年驾驶员的视觉、生理、驾驶操作特性越不利；②在存在行人横穿道路行为时，光照强度对青年驾驶员的视觉、生理及驾驶操作特性的影响更加明显；③当光照强度小于50 lx时，脑电(α+θ)/β和驾驶操作指标变化较缓，而光照强度大于50 lx时，脑电(α+θ)/β指标下降显著，变化率大于10%，其数值低于3.70，表明青年驾驶员产生情绪波动，警觉性显著增大，制动踏板深度比例显著增大，其数值大于0.55，制动反应距离超过13.40 m，制动操作力度较大，操作稳定性降低，且避让行人的成功率显著降低，不利于夜间行车。因此，建议道路监控补光灯的光照强度宜小于50 lx。      

驾驶风格对驾驶行为的影响

为了揭示驾驶风格对驾驶行为的影响规律,进而提取表征驾驶风格的特征参数,对不同风格驾驶人在感知层和操作层的驾驶行为数据进行了量化分析。首先,基于驾驶行为问卷对18名中国非职业驾驶人进行了驾驶风格问卷调查,并采用主成分分析、K-均值聚类等方法将被试驾驶人分为谨慎型、正常型和激进型3种类型。接着,被试驾驶人在搭载了SmartEye眼动仪的驾驶模拟器上开展了高速公路行车环境下的驾驶试验,同步采集了感知层的视觉特性参数和操作层的驾驶绩效参数,并采用判断抽样的方式将驾驶样本按照驾驶风格和驾驶模式（换道意图和车道保持）进行了划分,共选取了810组有效样本。最后,采用方差分析法分析了不同风格驾驶人在不同驾驶模式下的注视行为、扫视行为、横向控制特性、纵向控制特性方面相关参数的差异显著性,并提取了不同风格间存在显著差异的参数作为表征驾驶风格的特征参数。研究结果表明：驾驶风格越激进,驾驶人对周围环境关注越少,对车辆的横向控制稳定性越差,急加速和急减速行为发生的频次越高;不同风格驾驶人在意图时窗内对后视镜的注视次数（p=0.002）、方向盘转角熵值（p=0.04）、加速踏板开度（p=0.01）、制动踏板开度（p=0.02）这4个参数的差异均较为显著,因此可作为表征驾驶风格的特征参数。     

面向自动驾驶编队的沥青路面结构疲劳寿命预估模型

与传统有人驾驶货车相比，自动驾驶货车编队具有更为紧凑的队列形式与更快的行驶速度，极大提高了道路通行能力与运输效率，但同时也使得车辆荷载作用特点发生了显著变化，从而影响沥青路面的疲劳寿命。针对现行疲劳寿命预估模型在自动驾驶货车编队行驶场景下适用性不足的问题，以编队荷载作用下的沥青路面结构层底应变波形特征为切入点，建立了面向自动驾驶货车编队的柔性基层沥青路面疲劳寿命预估模型。通过分析375种不同编队荷载工况下的沥青层层底应变波形，发现层底最大拉应变随行驶速度、前后车间距、左右车间距的增大而减小，随单列车辆数的减少而减小；针对波形参数的主成分分析结果表明，编队荷载下的应变波形可以用D、β_D-、θ_1sμ、θ_2sμ、ε_n共5个相互独立的特征参数进行表达，且该波形特征参数与编队行驶特性参数之间存在不同程度的相关性；依据等效损伤理论计算标准温度(20℃)下柔性基层沥青路面达到疲劳破坏时的编队荷载作用次数，进而提出了基于应变波形特征的沥青路面结构疲劳寿命预估模型。对比仿真结果与模型计算结果发现自动驾驶货车编队场景下...     

基于路堤粗粒土填料力学特性的改进邓肯-张模型

为研究动力及含水率变化对路堤粗粒土填料力学特性的影响，制作了不同含水率w的路堤粗粒土填料试样，先对其施加一定荷载频率f的动应力，再进行静三轴压缩试验，分析不同试样静偏应力σ₀-应变ε₁曲线变化规律，之后结合Janbu公式探讨动偏应力σ_d、w及f与参数n、K的联系，建立初始变形模量E_i、极限偏应力(σ₀)_ult与各控制变量的拟合公式，提出考虑动力及含水率影响的路堤粗粒土填料改进邓肯-张模型，最后开展验证试验，对比分析该改进模型的有效性。研究结果表明：三轴试验中粗粒土试样在ε₁>0.5%时由弹性变形进入塑性变形阶段，不同控制因素下的σ₀-ε₁曲线在0.5%<ε₁<2.0%范围内出现明显差异，切线变形模量E_t在该范围内迅速降低，降低幅度达到58%～76%;当ε₁>2%时E_t变化逐渐减缓并...     

OSAHS 驾驶员模拟驾驶中脑电波α节律变化

患有阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症(OSAHS)的驾驶员表现为日间嗜睡,驾驶中易发生错误操作,因而导致交通事故。为降低事故发生率,应识别 OSAHS 驾驶员发生事故前的驾驶状态。从驾驶员的生理角度,通过脑电波识别驾驶状态,提出交通事故前的预警指标。招募20名已被确诊患有 OSAHS 的驾驶员在模拟驾驶舱中进行模拟驾驶试验。被试者的驾驶环境、驾驶要求(如驾驶中不能接打电话、不能超速等)相同;在驾驶中采集 OSAHS 驾驶员的脑电波(α和β节律)变化、发生交通事故的时间和类型。通过宏观(波形图)及微观(数据)2个方面分析脑电波在不同驾驶状态下的变化。研究得出,交通事故发生时脑电波α节律受到抑制或消失;正常驾驶状态下和发生事故前的β/(α+β)均值具有显著差异性。以上2项均可作为驾驶嗜睡预警的指标。此外,提出事故发生前30 s的β/(α+β)均值作为预警的临界阈值。      

干湿循环作用下红砂岩强度劣化特性试验

为探究库水位周期性涨落条件下,库岸边坡消落区岩体的强度劣化特性及损伤演化规律,以红砂岩为研究对象,通过干湿循环试验模拟库岸边坡岩体的实际赋存环境,以常规单轴、三轴试验为手段,开展干湿循环作用下红砂岩强度劣化特性试验研究,分析干湿循环作用下红砂岩波速等特性的演化规律,定量分析了干湿循环作用对红砂岩强度主要力学参数的影响,并提出了基于黏聚力的损伤变量。结果表明：随干湿循环作用次数的增多,红砂岩的波速逐渐减小,孔隙率逐渐增大,减小和增大的趋势呈现出明显的三阶段特征,红砂岩单轴强度也逐渐减小,对应的峰值应变逐渐增大,其破坏形式为脆性破坏;以波速计算的红砂岩损伤变量表明,损伤变量随干湿循环次数的增多呈非线性增大趋势,可采用幂函数拟合;干湿循环作用下红砂岩黏聚力显著减小,而摩擦角变化不明显,干湿循环作用主要通过弱化黏聚力造成红砂岩单轴强度的降低,单轴抗压强度降低百分比η_1N与黏聚力降低百分比η_2N呈显著非线性对应关系;提出了基于黏聚力衰减的新损伤变量,并通过与波速损伤变量的计算值和试验值的对比验证了该损伤变量指标的合理性。