三维空间路线连续性衰退对公路安全性影响分析

为深入分析公路三维空间线形连续性衰退对事故频数的影响,采集广东省内3条高等级公路243 km道路设计资料,共1 768条有效事故数据,利用Tobit回归模型分析三维空间路线连续性衰退对公路安全性的影响。应用微分几何空间的基本理论,提出公路线形连续性衰退表征参数,利用Tobit回归模型对数据样本中单元内总曲率差（TCD）、总挠率差（TTD）、平均曲率（AC）、平均挠率（AT）,相邻单元间平均曲率差（ACD）、平均挠率差（ATD）共6个连续性衰退变量与单元路段年均事故频数进行分析,该模型能有效分析正值上大致连续分布但包含一部分以正概率取值为0的结果变量。研究分析结果表明：单元内总曲率差、相邻单元间平均曲率差对公路安全性存在显著影响,从根本上反映了公路线形连续性衰退与行车安全的密切相关性,可作为三维空间路线连续性衰退有效的表征参数;通过ANOVA分析得出单元内平均曲率在单元内总曲率差、相邻单元间平均曲率差对公路安全性无影响的路段与安全性存在显著的相关性,其主要原因为平纵曲线半径影响公路行车安全。在此基础上,有针对性地提出线形连续性衰退表征参数评价标准作为参考。研究结论可为后续三维空间条件下公路线形安全性评价、线形设计优化与改善提供参考。     

基于实车数据的高速公路行驶轨迹偏移和车道侧向余宽

为明确高速公路行驶环境下车辆在车道保持阶段的行驶轨迹特征，给车道宽度值确定提供参考，在重庆市主城区2段高速公路上开展了38名驾驶人的实车驾驶试验。使用车载设备采集自然驾驶状态下的车辆行驶速度、行驶轨迹和“车辆中心点-车道线”横向距离。基于以上数据，计算轨迹横向偏移值和“车身轮廓-车道线”侧向余宽等参数，分析高速公路直线/曲线路段的车辆轨迹横向偏移和侧向余宽变化特征及其影响因素。结果表明：曲线路段和直线路段的期望轨迹横向偏移存在差异，曲线路段行驶轨迹的本质特征是轨迹往曲线内侧偏移，而直线路段的车辆轨迹是倾向于往车道左侧偏移，但曲线路段紧贴车道线行驶的车辆占比要低于直线路段。直线路段车道左侧余宽最小值、期望值分别集中于[0.2 m, 0.6 m]和[0.3 m, 0.9 m],曲线路段车道左侧余宽的最小值和期望值主要分布在[0.2 m, 0.7 m]和[0.5 m, 0.9 m]范围内；车道位置对期望轨迹横向偏移和车道侧向余宽均有影响，左转弯路段的左侧余宽要低于直线路段和右转弯路段；在左转弯路段内侧车道行驶时车辆与中分带的距离更近，因此左转弯的事故风险更高；行驶速度增加时，内侧车道的车辆有...     

双车道公路小半径曲线段行车速度与行车轨迹关系研究

为研究双车道公路小半径曲线段中行车速度变化趋势及车速对行车轨迹的影响,建立了某村镇路段双车道公路3处曲线段的三维仿真场景,针对双车道公路运行车速离差大的特点,以小客车不同行车速度进行了驾驶模拟实验.为了保证数据精度,每段曲线提取31个断面.实验表明:车辆在车速较低时能以"减速—稳定—加速"的状态行驶,在车速较高时难以保持此状态;因驾驶员个体差异,曲线段行车轨迹主要分为"漂移"和"校正"两类;行车轨迹向弯道外侧最大偏移位于圆缓点处,向弯道内侧最大偏移位于曲中点处.同时行车轨迹侧向偏移量与行车速度呈正相关关系.     

山区高速公路驾驶人加减速行为建模

山区地形地质条件复杂，各类复杂的组合线形设计更为常见，例如直线与平曲线间组合或不同平曲线间组合。驾驶人在相邻组合路段行驶时会感知到线形的变化，引起驾驶行为的改变，最终车辆的纵向加速度也会随之改变。频繁的加减速行为会引起驾驶人不适，甚至形成安全隐患。目前针对相邻组合路段驾驶行为的研究中，关于加速度的研究主要基于路段特殊点进行计算。随着驾驶模拟技术的发展，高仿真驾驶模拟器为高速公路的设计评估提供了更好的数据及试验条件支撑。在高仿真驾驶模拟器中，基于湖南省永吉高速公路道路设计参数及周边地形环境参数，构建山区高速公路的三维虚拟模型，以山区高速公路中的相邻组合路段为研究对象，获取山区高速公路组合线形路段的车辆纵向加速度数据，提取加减速事件后，基于驾驶人的加减速行为，采用混合Logit模型，分别判定道路线形层和驾驶人层的影响，研究组合线形对驾驶人纵向加减速选择的具体影响变量以及变量的影响范围。研究结果表明：下游路段最大曲率、上游路段圆曲线段比例、下游路段变坡点数量、下游路段曲线数量、上游路段平均曲率和当前位置曲率等对驾驶人加减速行为有显著影响；通过对比混合Logit模型和多元Logit模型，指出驾驶人层面对模型结果的影响显著。研究结果提供了一种山区高速公路连续纵向加减速行为的建模方案，并可为研究驾驶人在复杂线形条件下的纵向加速度选择行为提供基础。     

山区高速公路组合线形路段车道偏移行为

为在道路设计阶段确定平纵组合与相邻路段线形对车道偏离的影响,并为减少因道路线形因素引发的侧碰、追尾甚至车辆驶出路外事故提供改善依据,基于真实的山区高速公路道路设计参数及周边地形,搭建驾驶模拟场景,利用驾驶模拟试验获取小客车车道偏离数据,并对应获取车辆当前所在路段及上、下游路段的线形参数。以车辆车道内行驶为参照,沿道路行进方向,将车道偏离行为分为左偏驶离车道与右偏驶离车道。因车道偏离受驾驶人影响,采用双层Logit模型,分别判定道路线形及驾驶人层的影响。研究结果表明：相比直线路段,曲线更易引发车道偏离行为,驾驶人易偏向于曲线内侧行驶;上游300 m路段曲率差越大、平均车速越大,则车道偏离的概率增大;相对于缓坡（-2%≤坡度S≤2%）,行驶于上坡（S>2%）或下坡（S<2%）路段时,车辆车道偏离概率减小;车辆行驶于外侧车道的左偏驶离车道概率大于行驶于内侧车道;驾驶人因素对左偏驶离车道的影响比例为8.8%,对右偏驶离车道的影响比例为25.6%。研究结论可从组合线形角度帮助工程师设计更安全的山区高速公路。     

城市地下道路分合流区变速车道长度研究

为了研究城市地下道路分合流区的变速车道长度,利用先进的8自由度驾驶模拟平台构建三维驾驶模拟仿真环境并开展了驾驶模拟试验,采集了4种主线设计速度条件下、驾驶人在地下道路分合流区内的驾驶模拟试验数据。基于速度、加速度、方向盘转角和行车轨迹构建了一种驾驶行为分析方法,通过该方法分析了驾驶人在地下道路分合流区内的速度调整行为和车道变换行为,并总结其在速度调整区间和车道变换区间的分布规律,基于该分布规律得出地下道路变速车道长度的推荐值。结果表明:在分流区内,驾驶人调整速度和变换车道通常交叉进行,减速区间和换道区间往往部分重合甚至相互包含;而在合流区内,驾驶人通常在结束加速操作前开始变换车道。与熟练驾驶人相比,新手驾驶人在分流区内采取了更为激烈的减速措施,而在合流区内新手驾驶人通常需要更长的加速距离以寻找合适的汇入间隙。与公路及城市道路出入口变速车道规范长度相比,减速车道推荐长度满足公路相关标准规范的规定值,略高于城市地下道路的标准规定值,加速车道推荐长度高于公路及城市道路出入口标准规范的规定值,研究结果可为地下道路规划和设计工作提供参考。     

基于安全车速差的高速公路特长隧道环境驾驶人行为风险特性研究

为研究高速公路特长隧道环境下驾驶人行为风险特性，选取2座典型特长隧道进行实车试验，通过采集熟练驾驶人和非熟练驾驶人的速度数据，将此作为主观预期车速，结合道路行车环境的客观安全车速，构建基于安全车速差的驾驶人行为风险量化方法。在划分隧道路段为入口段、行车段和出口段的基础上，通过切分行车区间，对比分析出入口段2类驾驶人行为风险变化特性及整个隧道路段和普通高速路段的行为风险变化曲线。结果表明： 1)在隧道内部，相对于非熟练驾驶人，熟练驾驶人表现出更高的行为风险值；在隧道外部，则非熟练驾驶人的行为风险值更高一些。2)所有类型驾驶人在普通高速路段行为风险值最高，在隧道入口段的行为风险值最低。上述结果说明： 在隧道路段，熟悉试验道路的驾驶人车速行为并不安全，行为风险值相对较高。     

基于三维线形的双车道公路运行车速预测模型

为预测双车道公路平曲线段运行车速,评价其线形设计的安全性,以曲率、曲率变化率、转角、纵坡度、车道数、车道宽度、路肩宽度等线形技术指标为参数建立公路三维线形综合指标;采用断面法现场观测平曲线几何特征点小客车的车速.经试验数据统计分析,得到各观测断面处小客车的运行车速.最后,采用回归分析法建立基于三维线形的双车道公路运行车速预测模型.     

低等级公路隧道轮廓带设置间距优化研究

低等级公路隧道行车环境具有半封闭、低照度、参照物少、养护清洗频率低等特征,导致普通视线诱导设施难以辨识,驾驶人距离感缺失,行车时易对前车及横向车距判断错误,极易造成追尾、碰撞等交通事故。基于车辆跟驰和驾驶人侧向有效视距对隧道车辆安全行驶的影响,进行轮廓带设置间距对车距、车道保持作用的研究,确定可有效提高驾驶人的距离感知能力和车道保持能力的轮廓带合理设置间距。     

双车道公路平曲线段行车轨迹偏移实验研究

双车道公路弯道处行车轨迹是车辆自由行驶时的重要特征,通过对行车轨迹及运行速度综合效应的分析,得出双车道公路自由行驶的车辆在弯道上行驶时行车轨迹偏移规律,并建立了自由行驶状态下道路线形与行车轨迹和速度之间的相关模型.据此可对弯道处行驶时的驾驶行为及行车安全进行分析,并对道路弯道处线形和断面进行改善.     

Vehicle dynamics and road curvature estimation for lane departure warning system using robust fuzzy observers: experimental validation

This paper describes a new approach to estimate vehicle dynamics and the road curvature in order to detect vehicle lane departures. This method has been evaluated through an experimental set-up using a real test vehicle equipped with the RT2500 inertial measurement unit. Based on a robust unknown input fuzzy observer, the road curvature is estimated and compared to the vehicle trajectory curvature. The difference between the two curvatures is used by the proposed lane departure detection algorithm as the first driving risk indicator. To reduce false alarms and take into account driver corrections, a second driving risk indicator based on the steering dynamics is considered. The vehicle nonlinear model is deduced from the vehicle lateral dynamics and road geometry and then represented by an uncertain Takagi–Sugeno fuzzy model. Taking into account the unmeasured variables, an unknown input fuzzy observer is proposed. Synthesis conditions of the proposed fuzzy observer are formulated in terms of linear matrix inequalities using the Lyapunov method.     

山区公路爬坡车道的交通特性及驾驶安全性模拟评价

以山区公路上设置的某一爬坡车道为试验对象,利用驾驶模拟试验对其交通特性及驾驶安全性进行仿真。根据设计图和现场环境构建了三维虚拟试验场景,通过VISSIM生成试验路段交通流;32名受试者在4种交通条件下进行了驾驶模拟试验;模拟过程中记录车辆的速度、轨迹、加速度、制动力等数据;通过VISSIM仿真试验确定了该爬坡车道的交通量阈值。分析结果表明,在常规交通流情况下,该爬坡车道可提高主路上的车速及其平稳性,同时可减少来自对向车道的冲突;但随着交通流量趋于饱和,其有效性逐渐减弱甚至产生负面影响。     

高速公路线形三维空间综合指标与运行车速的关系模型

为准确预测高速公路运行车速,以平、纵线形综合指标为主,横断面线形指标作为修正的方式,考虑桥梁、隧道等结构物的影响,建立包括曲率、曲率变化率、曲线转角、纵坡度、车道宽度等指标的公路线形三维空间综合指标描述函数;注重运行车速的连续性变化及驾驶员视觉需求,确定车辆行驶中前方100 m至250 m有效注视范围为前方线形对车速的...     

考虑道路平曲线设计的驾驶疲劳对车道保持能力影响研究

不同的道路平面线形几何设计对于驾驶人车道保持能力的需求是有差异的,驾驶人受疲劳程度影响也会呈现车道保持能力下降的趋势,当前的研究未综合考虑以上2个因素:线形和疲劳程度对驾驶横向表现的交互影响.邀请41位被试者分别开展550 km的实车实验,获取车辆位置信息GPS以匹配道路线形类型,基于问卷调查方法获取驾驶过程疲劳等级.分析不同疲劳程度、不同平面线形类型以及弯道半径条件下的车道偏离标准差参数,构建了多元线性回归模型.数据分析结果表明,相同疲劳程度下驾驶人在圆曲线段驾驶的偏离值要超过直线段以及缓和曲线段;当弯道半径超过5 500 m时,曲线段弯道半径越大,车道偏离差值越高.同时,考虑了线形影响的多元线性回归模型对疲劳程度的预测精度要高于未考虑线形因素的模型,进一步说明在针对驾驶疲劳行为表现开展研究时,有必要对道路设计参数加以考虑以提高疲劳辨识精度.      

识别驾驶人意图的车道偏离防避有界控制

为了防止车辆偏离车道导致交通事故的发生和避免车道偏离防避系统（Lane Departure Avoidance Systems,LDAS）对驾驶人行为不必要的干预,提出基于中心区操纵特性阈值法和基于D-S（Dempster-Shafer）证据理论的车辆偏离车道驾驶人意图识别准则,并运用CarSim/Simulink联合仿真对比2种识别准则的有效性。建立转向盘角速度为输入的车路模型,设计LDAS滑模转向控制器,基于预瞄点的侧向偏移量和横摆角速度设计LDAS的期望横摆角速度观测器,并与基于道路曲率和预瞄点侧向偏移量的期望横摆角速度的LDAS进行性能对比。运用相平面法确定保证LDAS车辆稳定性的前轮转向角最大值,并基于CarSim/LabVIEW RT硬件在环试验平台验证基于BP神经网络训练获得D-S证据理论的初始概率赋值的驾驶人意图决策算法的有效性。结果表明：所提出的识别准则能够及时识别车辆偏离车道时的驾驶人意图,为LDAS控制器介入赢得了宝贵的时间,所设计的期望横摆角速度观测器具有很好的稳定性,所提出的方法能够有效避免车辆偏离车道。     

基于道路特征信息变化率的公路线形质量评价

公路线形质量对行车的舒适性和安全性有着非常重要的影响，如何合理有效地对其进行评价是一个有待解决的问题。从驾驶员行车时接受道路信息的角度出发，提出了道路特征信息变化率的概念，并作为评价公路线形质量的定量指标运用到平面线形、纵断面线形和平纵组合的评价研究中。研究表明：平曲线半径越小，驾驶员接受的道路特性信息变化率越大，驾驶员负担也越重；此外，平曲线长度、竖曲线半径及平纵组合都对道路特性信息变化率有较大的影响。研究成果可为改善公路线形，提高行车安全提供依据。     

基于道路模型的弯道检测研究与应用

基于机器视觉的弯道图像能提供车辆行驶道路环境的丰富信息,从建立弯道模型、提取车道线像素点以及拟合车道模型等步骤分析了传统基于道路模型的弯道检测方法,针对传统方法很难适用于多种不同形状弯道的特点,提出一种基于特征点提取的弯道检测新方法;介绍了弯道检测在车道偏离预警、弯道限速以及弯道防碰撞预警等领域的应用情况;最后提出弯道检测应该建立三维车道线模型、注重发展多传感器融合技术,提高其适用性和鲁棒性.     

Road curvature estimation for vehicle lane departure detection using a robust Takagi–Sugeno fuzzy observer

In this paper, a lane departure detection method is studied and evaluated via a professional vehicle dynamics software. Based on a robust fuzzy observer designed with unmeasurable premise variables with unknown inputs, the road curvature is estimated and compared with the vehicle trajectory curvature. The difference between the two curvatures is used by the proposed algorithm as the first driving risk indicator. To reduce false alarms and take into account the driver corrections, a second driving risk indicator is considered, which is based on the steering dynamics, and it gives the time to the lane keeping. The used nonlinear model deduced from the vehicle lateral dynamics and a vision system is represented by an uncertain Takagi–Sugeno fuzzy model. Taking into account the unmeasured variables, an unknown input fuzzy observer is then proposed. Synthesis conditions of the proposed fuzzy observer are formulated in terms of linear matrix inequalities using Lyapunov method. The proposed approach is evaluated under different driving scenarios using a software simulator. Simulation results show good efficiency of the proposed method.