公路隧道出入口驾驶员视觉负荷评价与建模

公路隧道出入口段行车时驾驶员的视觉负荷变化较大，为进一步量化该路段视觉负荷的变化规律，选取10名驾驶员在秦岭终南山公路隧道柞水—西安段进行实驾试验，采集驾驶员在昼间晴朗天气下通过隧道出入口路段的照度、车速、瞳孔面积等数据。通过分析驾驶员在隧道出入口段的瞳孔面积变化特征，参照峰均比(PAR)、频段比(LF/HF)等物理学、医学参数，提出“瞳孔面积相对变化强度”(RCPA)的概念，将其作为视觉负荷的评价指标，划分出该指标取值与视觉舒适度的关系，并建立RCPA与速度、照度的数学模型。结果表明： 1）RCPA可以较好地体现出隧道出入口段视觉负荷渐变累积和急剧震荡的规律； 2）在即将驶入洞口和刚刚驶离洞口时的瞬时视觉负荷最大，超过了生理极限； 3）RCPA与速度、照度的定量关系可为隧道出入口制定安全速度阈值、改善照明环境提供参考依据。     

山区小半径光学长隧道注视点分布及转移研究

为研究不同车型和转向条件下山区公路小半径光学长隧道驾驶人的注视转移特性,选取小汽车和大货车在云南山区隧道开展实车实验研究.将公路隧道按光学长隧道特点分成接近段、入口段和出口段3段,使用眼动仪分别采集了实车实验中10名驾驶人的眼动数据.将驾驶人注视位置划分为5个区域并统计各区域注视点频率,然后运用马尔可夫链分析不同车型和转向条件下驾驶人的注视转移特性,并用双因素方差分析了车型、隧道路段、转向对注视分布的影响.结果表明,小汽车和大货车驾驶人对正前方的注视比例均在45% 以上.在不同转向和不同的隧道路段,2种车型的驾驶人注视点分布、一步转移概率分布均存在一定的差异,且左转时在不同公路隧道路段的注视策略变化较大,右转时则较为平稳.总体而言,不同车型、不同公路隧道位置、不同的转向均显著影响到驾驶人注视点的分布,以上3个因素两两之间存在一定的交互作用.      

公路隧道进出口视觉负荷评价方法及应用

驾驶员的瞳孔面积变化能很好地反映行车过程中的视觉负荷,与行车安全密切相关.文中利用EMR-8B眼动仪系统,对公路隧道进出口驾驶员的瞳孔变化进行了试验研究.在大量实验基础上,参照瞬时振动人体负荷评价指标.建立了以瞳孔面积最大瞬态速度值(MTPA)为视觉负荷评价指标,能用于表述有无视觉障碍两类瞳孔变化情况,最后得出隧道进出口照度过渡加强范围及改善措施.     

城市水下特长隧道出入口视觉及舒适性研究

为探求驾驶人在城市水下特长隧道出入口的视觉负荷变化特性和视觉舒适性，在上午9：00~10：00的平峰时段，天气良好且交通流影响较小的条件下，选取10名驾驶人于东湖隧道（全长10.6 km，限速60 km·h^-1）以50~60 km·h^-1的自由流车速开展实车试验。利用眼动仪、照度计等试验设备，采集驾驶人进出城市水下特长隧道过程中的瞳孔面积、照度值等试验数据。基于实车试验数据，研究进出隧道过程中驾驶人的瞳孔变动特性，并比较多种评价指标的差异性，选取瞳孔面积最大瞬态速度值为评价指标，对东湖隧道出入口的视觉舒适度进行评价。基于瞳孔面积的变化特点构建了瞳孔面积最大瞬态速度值与瞳孔面积的函数模型，具体分析了出入隧道过程中不同位置的视觉负荷。结合出入口处连续时间序列下光环境的变化特点，分析了出入口的视觉舒适性。研究结果表明：进入隧道过程中驾驶人瞳孔面积的平均增长率较城市普通路段增大至246.561%并趋于稳定，对黑洞效应的适应时间为8.636 s；驶离隧道过程中较隧道内部路段平均增长率减小至62.631%并趋于稳定，对白洞效应的的适应时间为4.273 s；瞳孔面积最大瞬态速度值与瞳孔面积呈正相关性，出入口位置的视觉负荷排序为入口洞内最大、出口洞内次之、入口洞外与出口洞外最小，各区段的视觉舒适性与之相反；研究发现出入口处的格栅式遮光棚可缓解光环境的急剧变化，有助于驾驶人适应黑白洞效应、提升行车安全性。     

基于瞳孔面积变动的公路隧道明暗适应时间

公路隧道进出口照度剧烈变化,容易造成驾驶员明暗视觉适应困难,也是导致交通事故的重要原因,因此驾驶员明暗适应时间的确定是解析隧道视觉安全的基础问题.以26条典型公路隧道为例,利用IViewX HED Laptop眼动仪系统,对公路隧道路段驾驶员的视觉适应性进行了试验研究.根据大量试验数据建立了隧道进出口瞳孔面积及面积变化临界速度定量关系.在此基础上利用瞳孔面积速度/瞳孔面积临界速度比率κ来评价隧道路段视觉负荷,并建立了基于λ值的视觉明暗适应时间指标,最终得到隧道长度与视觉明暗适应时间的定量关系.对于中长隧道,暗适应时间一般不超过23 s,明适应时间不超过13s.     

高速公路隧道群内隧道纵向间距对驾驶人生理负荷的影响规律研究

为研究隧道群内隧道间纵向间距对行车安全的影响，采用驾驶人实车试验方案，借助眼动仪和MP150生理仪采集了10名驾驶人的瞳孔面积以及心电信号数据，并采用模糊综合评价法表征不同隧道间纵向间距下隧道群中各相邻区段的生理负荷。结果表明：驾驶人的瞳孔面积变化率、窦性心搏间标准差(SDNN)在隧道群中各区段均具有显著性差异。驾驶人在第二隧道入口段瞳孔面积变化率最大，第一隧道中间段SDNN最大；在隧道群的第二隧道入口段和第一隧道出口段的生理负荷最大，其次是纵向间距段；第一隧道中间段的综合负荷较低。隧道群纵向间距在0～110 m驾驶人的综合生理负荷增加并达到最大，隧道群纵向间距在110～200 m,驾驶人的综合生理负荷降低，在150 m后变化趋近平缓。建议对于纵向间距小于150 m的隧道群，在隧道之间设置遮光棚，以减小驾驶人明暗适应带来的综合生理负荷。     

高速公路隧道入口段照明动态阈值区间研究

为满足隧道智能调光技术的发展要求,提高隧道入口段驾驶员安全舒适性,利用眼动仪进行实车试验,研究公路隧道入口段驾驶员视觉特性.采用瞳孔面积变化率和反应时间表征驾驶员行车舒适性及安全性,建立与亮度折减系数、车速2项指标的回归模型,并以此基于确定高速公路隧道入口段照明动态阈值区间.以张承高速(张家口—承德)小三岔口隧道为例计算隧道入口段照明动态阈值,求解得到满足小三岔口隧道行车安全舒适性的亮度折减系数区间为[0.033,0.050],对调光方案进行节能计算,方案实施后预计隧道半幅在24 h内约节能20%.该模型可保证各时段隧道入口段照明环境满足驾驶员视觉需求.      

低等级公路隧道入口光环境优化新思路

隧道光环境不良是低等级公路隧道路段事故多发的重要原因,为了解决这一问题,从低等级公路隧道光环境的特点出发,分析了隧道接近段与入口段的光环境特征,并结合低等级公路隧道的交通组成以及入口段的车速特性,基于出行者光环境视觉需求,提出了安全型视觉参照系下低等级公路隧道入口光环境优化新思路及优化方法。通过驾驶模拟试验对驾驶员在隧道入口区域光环境优化改善前后的视距与视区进行评价,结果显示无论白天与夜间,驾驶员的视距距离与视区范围提升显著;通过经济节能评价显示采用改善方案是传统2种方案在未来10年资金投入的1/7和1/5。此改善方法提升了驾驶员在路段行驶时对隧道内外视觉信息的认知水平,满足了驾驶员的视觉需求,解决了低等级公路隧道照明不足。     

高速公路隧道出口至互通立交最短距离的探讨

针对连续长下坡隧道出口与互通段的交通安全问题,从驾驶员的视认特性的角度出发,通过分析驾驶员在隧道出口与互通段获取标志信息并实施操作的过程,明确了交通标志在隧道内外时出口与互通的最小间距设置参数和计算方法；通过现场试验,研究出特长隧道出口处驾驶员瞳孔直径变化规律以及瞳孔直径变化比率波动幅度,计算出驾驶员在隧道出口的明适应时间均值为1.782s,建议交通标志位于隧道内外时隧道出口与互通段的最小间距分别为400m和500m。     

彩色灯光视觉调节对长隧道驾驶催眠缓解作用的试验

驾驶人在长隧道中间段驾驶中容易出现“隧道催眠”现象，为了缓解这一特殊视觉心理问题，在分析隧道催眠现象产生原因和长隧道中间段照明环境改善措施的基础上，提出了以特殊颜色灯光带作为视觉滤波带的隧道中间段照明设置形式。根据不同颜色光源下的视觉功能试验，选定不影响视觉功能但具有较强视觉刺激作用的红色光源作为视觉滤波带光源颜色。利用DIALux仿真软件建立设置了红光特殊照明以及普通照明2种场景下的隧道模型，并对有关照明指标进行计算。结果表明红光特殊照明对隧道照明参数无不利影响。通过红光特殊照明及普通照明隧道路段驾驶模拟试验，采集驾驶人动态视觉特征，包括眨眼频率及瞳孔直径，结果表明通过红色特殊灯光区域时，驾驶人的眨眼频率明显高于其他路段，瞳孔面积也存在较明显的先增大再减小的过程，说明红光段对驾驶人具有明显的视觉刺激作用。为评估红色特殊灯光区域对视觉安全性的影响，引入“瞳孔面积最大瞬态速度值”作为红光段视觉负荷评价指标，结果表明红色特殊灯光带引起的视觉负荷在驾驶视觉舒适范围内，其视觉刺激作用能够满足驾驶视觉安全要求。综上可以说明，红色特殊色彩灯光带能够在保证视觉舒适性的同时给驾驶人提供视觉刺激，起到视觉警示作用，缓解隧道催眠现象。     

基于驾驶工作负荷的高海拔地区隧道照明亮度分析

为研究高海拔地区与平原区驾驶员驾驶工作负荷差异特性以得到适用于高海拔地区的隧道照明亮度需求，以及客观量化高海拔地区公路隧道照明设计与管理标准提供理论、方法与技术依据，基于驾驶员驾驶工作负荷理论，从驾驶视认安全、稳定和舒适性的角度，分别在道路运行条件相似的江西宜安Ⅱ级公路和青藏公路高原青藏段（公路－Ⅱ级）设计实车试验进行定量研究。1）运用CART分类方法分析实地驾驶试验数据，发现海拔高度与驾驶员正常行驶的驾驶工作负荷之间呈正相关关系： 平原区驾驶员驾驶需求最低、驾驶工作负荷度最小，海拔高度3 200～3 300 m驾驶工作负荷度居中，海拔高度4 300～4 400 m驾驶工作负荷度最大。2）通过分析得到高海拔地区驾驶员驾驶工作负荷可根据海拔高度进行修正，得到修正系数和驾驶工作负荷度阈限。3）提出高海拔地区隧道照明视认需求相对于平原区的修正系数，海拔高度3 200～3 300 m时为1.2，海拔高度4 300～4 400 m时为1.8。4）得到不同海拔高度公路隧道各个特征段照明亮度设计标准。     

基于轨迹数据的高速公路隧道风险特性分析

由于隧道内部照度不同，隧道不同区域的驾驶行为具有很大差异。基于TJRD自然驾驶轨迹数据，提出基于车辆速度和加速度的个体风险指标和基于交通冲突的交互风险指标，分析了隧道内不同路段的风险分布特性。研究结果发现：(1)在隧道入口段、过渡段、出口段驾驶行为存在较大差异，行车风险较大；(2)入口段及过渡段车辆低速比例较高，且处于危险及较危险等级的比例高达15%、20%,车辆减速度处于不安全等级的比例分别为6.2%、7.8%;(3)入口段车辆交互风险最大，交互指标TTC、DRAC处于不安全等级的比例分别为23.8%、14.2%。研究结论揭示了隧道风险演化特征，对于改善隧道风险隐患和靶向主动安全治理具有重要意义。     

日本高速公路隧道入口设计的进展情况

隧道入口会对驾驶员造成一种心理压力，其结果不仅降低了驾驶舒适度，有时也会成为高速公路通车的瓶颈，为此必需改进隧道入口设计。本研究分析了千余座高速公路隧道的入口设计，取得了改进入口设计所需的基本数据。在对日本国有公路公司（ＪＨＰＣ）经营的全部３７条高速公路进行调查的基础上编制了隧道入口数据库，该数据库存有１１１９个隧道入口数据。本文依据该数据库对上述入口，按形状和装饰设计进行了详细分类，并分析了１９     

基于驾驶员视觉特性的公路隧道洞内环境艺术设计探索

在分析驾驶员在公路行驶过程中的视觉特征及变化规律的基础上,以降低驾驶员进入隧道后的事故风险为出发点,提出在隧道洞内进行艺术创造与视觉设计的方法,并以鹤大高速公路靖宇通化段高丽沟隧道为例,阐述了结合地域文化特色的隧道洞内环境艺术设计实践,营造出安全、畅通、舒适、美丽的公路隧道环境.试图传递给隧道工程设计者对相关问题的思考...     

基于线性诱导的公路隧道入口区域交通安全优化研究

为达到驾驶人早发现隧道洞门、早适应环境变化、早决策驾驶行为的目的，通过分析隧道入口区域行车环境下的视距视区与交通安全问题，借鉴常见的线条形视线诱导设施（如反光环、反光条、弹性交通柱等），构建隧道线性诱导系统，并提出基于线性诱导的隧道入口区域改善方法。另外，通过室内模拟试验，采集白天与夜间环境下注视点的位置数据； 将注视区域分为5类，并分析注视点在各区域的视觉转移特性，评价隧道入口区域改善前后的效果。结果表明： 1）隧道线性诱导系统具备形式多样、较大尺寸、可以勾勒轮廓、发光分散等特点，同时可以以低成本提升隧道光环境的安全性。2）隧道入口区域改善前，驾驶人的注视点以较大概率出现在前方近处。3）改善后，驾驶人的注视点以较大的概率出现在前方远处，表明改善方案使得驾驶人的视距充足； 改善后注视点在主要分布区域的注视概率变动比改善前更为缓和，表明驾驶人的视区变化得到缓解。     

基于反应时间的公路隧道接近段停车视距研究

反应时间是停车视距的1个重要影响因素，现有的停车视距模型较少考虑公路隧道洞外环境对驾驶员反应时间的影响。为研究公路隧道接近段的反应时间分布特性，选取25名驾驶人开展在公路隧道洞外不同距洞口距离、测试时刻和植被面积占比等条件下的室内仿真试验。利用公路隧道反应时间测量试验平台采集驾驶人的反应时间，应用重复测量方差分析对数据进行差异性显著检验，构建测试时刻、距洞口距离和反应时间关系度量模型，并在此基础上修正现有停车视距模型并进行验证。结果表明:①不同测点（距洞口距离）对应的反应时间存在总体显著性差异，反应时间随距洞口距离的减小呈先减小后增大的趋势，其中距离洞口40~60 m时反应时间达到最小；②不同植被面积占比对应的反应时间没有总体显著差异；③不同测试时刻对应的反应时间存在总体显著性差异，且测试时刻与测点间没有交互作用，反应时间随测试时刻增加呈先减小后增加的趋势，在16:00反应时间达到最小；④基于反应时间建立的新停车视距模型的校正系数为0.62，其计算值小于规范计算值，二者差值随设计速度的增加而增大；⑤经过新隧道实测值的验证，模型的预测值和实测值无显著差异，说明模型具有较好的预测能力。      

高速公路隧道进出口视觉震荡与行车安全研究

利用EMR-8B眼动仪,以高速公路隧道进出口驾驶员的瞳孔变化为研究对象,在大量行车试验基础上,针对明暗适应中的视觉震荡现象,选取换算视觉震荡持续时间作为驾驶员视觉舒适度评价指标,用于评价隧道进出口驾驶员视觉负荷程度及行车安全性。结果表明:当隧道进出口行车速度控制在85 km.h-1以下时,能保证驾驶员良好的视觉舒适度,并得出高速公路隧道进出口停车视距应比现行规范增加20~30 m。     

特长隧道灯光带对驾驶员视觉信息获取的影响

为研究高速公路特长隧道中,驾驶员在特殊灯光带区域视觉信息的感知模式,分析灯光带对视觉特征的影响,选用9名驾驶员进行隧道环境实车研究试验.采用眼动仪记录行车过程中驾驶员视觉特征参数,通过专用软件及统计方法分析试验数据,获得数据特征.结果表明,所有试验路段驾驶员注视时间、注视次数变化平缓,完整隧道段驾驶员扫视幅度值及其变化...     

公路隧道入口接近段视线诱导系统优化研究

公路隧道入口断面与相邻道路断面不一致,使隧道入口接近段视距、视区过渡剧烈,导致车辆撞击隧道入口洞门、端墙等交通事故频发。为提高公路隧道入口接近段交通安全,通过对隧道入口视觉环境进行分析,提出了一种增设警示型线形诱导标的改善思路,并对隧道洞门环形块立面标记与不同间距的警示型线形诱导标进行组合设计,得出不同优化方案。然后采用3ds Max软件构建公路隧道仿真模型进行试验;利用D-Lab数据分析软件对视区进行兴趣区域划分,以被试者的平均注视时间和兴趣区域浏览率作为试验指标;最后使用SSPS软件统计分析试验数据。试验结果表明:对于限速80km/h的公路隧道,隧道入口洞门环形块立面标记+40m间距警示型线形诱导标的方案的远处行车道区域兴趣浏览率最大,在夜间和白天分别为47.8%和60.6%,有利于缓和视区的过渡,该方案适用于限速为80km/h的高速公路隧道入口接近段。     

公路隧道照明调光过程中的危险因素分析及安全性指标

公路隧道入口照明的连续性调光,是确保在安全前提下实现按需照明的关键。针对公路隧道加强照明调光方式中频繁出现亮度跳变和亮度过低的问题,利用杭州彩虹快速路特长隧道LED智能化精细调光照明系统记录下的洞外亮度变化曲线,换算出理论调光曲线,并与实际调光曲线进行图形化对比研究,揭示导致亮度频繁跳变和亮度低于标准要求的形成原因,提出通过增加调光亮度等级和减小调光间隔时间进行改善。得出如下结论： 1）调光的亮度等级越高,调光的间隔时间越短,从而使隧道入口段出现亮度跳变的幅度越小,行车越安全; 2） 照明调光系统的精细化程度和调光操作的间隔时间,是体现系统安全性的重要指标。