基于瞳孔变动的隧道群区段视觉明暗适应特性研究

为了从驾驶人视觉明暗适应角度改善高速公路隧道群区段环境光照度,提高行车安全性,在分析隧道群光环境特征、交通事故特征和驾驶人视觉适应特征的基础上,通过指定试验条件下的实车道路试验采集环境光照度、驾驶人瞳孔面积和视觉适应时间等数据,建立数理模型,以G65包茂(包头—茂名)高速公路西柞(西安—柞水)段为例,研究隧道群典型区段以瞳孔面积为特征参数的驾驶人视觉明暗适应规律。结果表明,驾驶人瞳孔面积与隧道环境光照度之间呈幂函数关系;隧道连接段长度直接影响进入下游隧道之前的明暗适应水平,是整个隧道群区段驾驶人视觉适应的主要影响因素;针对不同连接段长度的环境光照度改善措施是提高隧道群区段行车安全性的有益尝试。     

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。     

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。     

隧道进出口驾驶人明暗适应特性研究

隧道洞口光环境的剧烈变化是影响隧道行车安全的重要因素。为进一步明确驾驶人进出隧道的明暗适应时间,提高行车安全性,文中通过实车试验采集福银(福州—银川)高速公路陕西境内某路段驾驶人进出隧道时的瞳孔直径、照度及车速等数据,按照度分布规律确定瞳孔数据分布范围,并采用数理统计方法得到瞳孔换算震荡时间和空间分布特性。结果表明,隧道进出口明暗适应时间为1.6～2.6 s。     

基于因子模型的高速公路特长隧道驾驶人心理负荷特性研究

为研究驾驶人行驶通过特长隧道环境中的心理负荷变化特性,选取2座典型特长隧道进行实车试验,采集驾驶人实时心电信号,以心率和心率变异性指标分析为基础,通过数据挖掘构建了基于因子分析的心理负荷计算模型,采用心率变异性频域分析结果对模型进行验证。研究结果表明：心率变异性指标在计算心理负荷时比心率指标具有更高的效度和信度,驾驶人在距离隧道入口较远处和距离隧道出口较近时负荷较大;在隧道路段和普通高速路段,熟悉试验道路的驾驶人平均心理负荷小于不熟悉试验道路的驾驶人;被试在隧道路段的平均心理负荷大小依次为入口段、出口段、行车段,熟练驾驶人心理负荷在特长隧道入口前300 m至前180 m范围受到的影响最为明显;非熟练驾驶人心理负荷在入口前300 m至入口后240 m范围受到的影响最为明显。上述结果说明：在隧道出、入口段,尤其是入口段驾驶人负荷过高,也是造成事故数量多的主要原因之一;熟悉道路条件可在一定程度上降低驾驶人心理负荷;普通高速路段虽然行车环境较好,但运行车速过高也会造成驾驶人负荷增加。熟练驾驶人心理负荷在隧道入口前升高,而非熟练驾驶人心理负荷在进入隧道后仍保持较高水平。     

水麻高速公路隧道进出口部分路面特殊设计

隧道洞口是明暗交接的地方,视觉上的突变导致汽车驶入或驶出隧道时发生交通事故几率较高。针对隧道洞口的特点,选择CRM薄层环氧抗滑层作为铺装材料。性能检测表明,该CRM薄层环氧抗滑层耐久性好,阻燃和耐化学腐蚀性能强,选用的红色石料能对驾驶员提出警示,特别适用于隧道洞口铺装。介绍云南水麻高速公路隧道洞口CRM薄层环氧抗滑层的铺装距离设计。     

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。     

基于视觉负荷的隧道提速方案限速值研究

为了确定高速公路隧道内提速方案具体的限速值,通过选取多条有提速需求的典型高速公路隧道进行试验,通过瞳孔面积变化率表征驾驶人在隧道内的视觉负荷程度;根据瞳孔面积变化率与机动车临界速度之间的关系,得到满足明、暗适应的视觉负荷程度对应的机动车临界速度值;取机动车临界速度分析车辆进出高速公路隧道时由于明、暗适应引起的速度变化规律;提出了以机动车临界速度值和全线提速方案对应的隧道限速值,取两者最小值作为隧道最终提速方案的限速值,然后对隧道限速原则进行修正。研究结果表明:对于满足提速要求的隧道路段,原限速60km/h时,提速后的限速值取80km/h较合适;原隧道路段限速80km/h时,提速后的限速值取90km/h较合适。本研究具有安全性、可靠性,为日后隧道限速提供了相应参考。     

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。      

城市隧道长度对驾驶人视觉特性影响分析

为了探究城市隧道长度对驾驶人视觉特性的影响,开展了城市快速路隧道行车实验.采用Tobii Pro Glasses 2可穿戴式眼动仪采集驾驶人行车过程中的瞳孔直径、扫视时间以及注视点分布数据,运用数据拟合的方法分析城市隧道长度对驾驶人瞳孔直径及扫视时间的影响规律,从安全注视区域的角度分析驾驶人注视点分布对行车安全的影响.结果表明,城市隧道长度小于1 km的短隧道对视觉特性影响较小,驾驶人瞳孔直径最大值较小,扫视百分比相对较低;长度介于1~2 km的城市隧道对视觉特性影响显著,在此区间随着隧道长度的增加,瞳孔直径最大值显著增大,扫视百分比迅速增加;隧道长度超过2 km以后,瞳孔直径最大值不再继续增加;城市隧道长度越大,驾驶人注视点分布越离散,行车风险越大.研究成果可以为城市隧道交通安全设施设计及交通组织提供科学依据.      

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。     

隧道出口至主线收费站最小净距研究

针对我国隧道出口至主线收费站净距研究成果较少的现状,在分析驾驶人驶出隧道洞口后的驾驶行为的基础上,分析了隧道出口至主线收费站最小净距的影响因素,包括隧道出口驾驶人的明适应、变道准备、车道变换等主要影响因素,并建立这些影响因素的距离计算模型。其中为研究车道变换所需的距离,建立了满足车辆行驶特征的等速偏移余弦曲线换道模型。最后对各影响因素的距离进行了定性的分析,提出了隧道出口至主线收费站最小净距的建议值。     

基于安全与节能的公路隧道夜间照明研究

从行车安全与降低能耗两个角度出发,研究公路隧道夜间照明条件。采用实车实验分析道路亮度与障碍物识别距离、主观安全感知之间的关系,提出保证行车安全的最低路面亮度值,结果表明路面亮度大于0.5cd/m2能够满足驾驶人行车视觉需求,主观安全感知水平较高;针对现行规范及隧道照明设计中的不足,综合考虑夜间驾驶人在隧道洞口路段明(暗)适应的视觉需求及节能效果,提出隧道夜间照明优化方案,基于照明仿真软件比较分析优化方案与规范方案的照明效果及能耗情况,验证优化方案的安全性及经济性。     

城市隧道驾驶员生理特征差异性研究

隧道出入口处驾驶人生理特征变化与交通安全关系紧密,为掌握该路段驾驶人生理特征变化规律,提高隧道口行车的安全性,通过实车实验采集进、出隧道前后的照度、实时车速以及驾驶人心率、瞳孔大小等参数,运用数理统计对比分析了驾驶人在隧道入口和出口段行驶时的心率、瞳孔大小2个方面生理特征的变化规律及差异性.对心率与照度、车速进行了偏相关分析,并建立了入口段心率与照度、车速间的多元线性回归模型以探索外部因素的对心率的影响程度.结果表明,驾驶人心率在进隧道前后存在显著差异,出隧道前后不存在显著差异;瞳孔大小在进、出隧道前后2个阶段均存在显著差异,进行显著性检验的值均接近于0;隧道入口段心率与照度、车速的偏相关系数分别为-0.65和-0.74;入口段仅考虑车速与照度2个因素时所建立的回归模型拟合度为0.66.      

隧道进出口线形协调性研究

分析平曲线、竖曲线、平纵曲线组合及横断面对隧道安全的影响,对隧道进出口线形协调性进行研究,并提出：隧道进出口应尽量设在直线段上或圆曲线段上,避免设在缓和曲线上;对于洞口处的纵坡,除应采用较大的竖曲线半径外,隧道洞口的变坡点应距洞门有一定的距离;隧道洞口段的平纵面线形组合须避免在进、出洞口的洞外段、洞内段设置较长、较大的下坡,且在洞口处均需设置小半径的平曲线进、出洞;隧道洞内外的路面宽度应逐渐过渡,且长大隧道内应设置紧急停车带。     

基于车辆偏移阈值的隧道洞口缓和曲线参数研究

为了确定隧道洞口缓和曲线参数的合理取值,建立了隧道洞口附近缓和曲线的计算模型,分析了隧道洞口明暗适应时间、反应时间、缓和曲线起点至隧道洞口距离,确定了有效的适应距离长度,并结合车辆偏移阈值,根据几何关系确定了隧道洞口最小缓和曲线参数随缓和曲线起点至隧道洞口距离的计算图。该计算结果对今后隧道洞口附近线形的设计具有指导意义,避免了JTG D20-2006《公路路线设计规范》中关于隧道洞口内外侧不小于3s设计速度行程长度范围内的线形一致性中定性描述的模糊性。     

高速公路隧道行车视觉特性分析

从交通安全的角度,为获取高速公路隧道行车视觉特性,利用Tobii Glass2眼动仪在夏季11:00—14:00开展了实车测试实验,采集了驾驶人的眼动数据.选取驾驶人的注视持续时间、平均注视时间、瞳孔直径、注视时间比例、扫视时间比例等指标,利用ErgoLAB平台和Origin数据分析软件对相关指标统计分析.以老山隧道为例,分析了隧道照明分段、半开敞棚洞段和隧道内部视线不良路段的驾驶人视觉特性.实验结果表明,驾驶人在隧道照明出入口段驾驶过程中注视时间比例较高;驾驶人在隧道照明基础段行驶过程中注视时间比例降低,扫视时间比例升高;隧道出口段采用半开敞棚洞结构能够降低驾驶人行驶过程中的注视时间比例及扫视时间比例,减弱驾驶人获取驾驶信息的难度和驾驶过程中的紧张感;驾驶人在长大隧道内部视距不良路段行驶时,注视时间比例集中在70%左右,注视热点区域主要集中在视线正前方.      

低等级公路光学长隧道驾驶员视觉负荷研究

为进一步分析低等级公路光学长隧道内不同车型、不同隧道区域驾驶员的视觉负荷特性，招募了22名驾驶员（12名小汽车驾驶员、10名货车驾驶员），选取云南省境内的昔宜隧道开展低等级公路光学长隧道驾驶员实车试验。利用眼动仪采集驾驶员瞳孔面积的相关数据，应用双因素方差分析对数据进行小汽车与货车、入口段与出口段的差异性显著检验，并分析驾驶员瞳孔面积变化速率的整体变化规律；同时，借助变异系数来反映驾驶员的适应能力。结果表明： 1）隧道入口段和出口段之间以及小汽车与货车驾驶员之间的瞳孔面积变化速率均值存在显著性差异，车型（小汽车和货车）与隧道区域（入口段和出口段）2类因素之间对瞳孔面积变化速率无交互影响； 2）货车驾驶员在进出隧道时视觉负荷更严重，货车驾驶员在隧道内的瞳孔面积增大与减小变化率峰值均大于小汽车驾驶员； 3）货车车型和出口区域的驾驶员对视觉环境更为敏感，不同车型、不同隧道区域驾驶员的瞳孔面积变化速率变异系数有显著差异。     

基于驾驶人瞳孔直径的追尾冲突辨识方法研究

以提高交通冲突辨识与驾驶人认知一致性为目的,以驾驶人心理负荷对瞳孔直径变化的影响为理论基础,以追尾冲突下瞳孔直径在时序上的变化为研究对象,使用傅里叶变换在频谱层面对数据进行逐点扫描并完成模板瞳孔直径数据曲线和全程瞳孔直径数据曲线的匹配,最终提取出与模板数据对应时间车辆运行状态相似度较高的时段,辨识结果相对人工同步录像辨识结果的准确率为71.4％.证明了基于驾驶人瞳孔直径的追尾冲突辨识方法的可行性和有效性,为提高交通冲突辨识与驾驶人认知的一致性提供了崭新而有效的方法.