基于生理与行为指标的高速公路特长隧道环境驾驶人风险特性研究

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1、分类号：U45810710-2013022002博士学位论文基于生理与行为指标的高速公路特长隧道环境驾驶人风险特性研究吴玲导师姓名职称刘浩学教授申请学位类别工学博士学科专业名称载运工具运用工程论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月10日学位授予单位长安大学StudyonDriverRiskCharacteristicsinExtra-longHighwayTunnelsBasedonPhysiologicalandBehavioralIndicatorsADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：Wu

2、LingSupervisor：Prof.LiuHaoxueChang‟anUniversity,Xi‟an,China摘要由于公路隧道的特殊几何构造和行车环境，驾驶人操控车辆通过隧道出入口段的明、暗适应过程，均会使生理心理行为发生变化。基于“感知-认知-反应”过程，其变化进而影响车辆操作，最终表现为动态行车风险增加，发生事故的几率增大。人为风险因素可成为造成交通事故主要和直接的原因，而来自于驾驶人的风险因素由其个体风险特质和风险驾驶状态构成。因此，如何通过测量驾驶人操控车辆通过特殊路段的生理指标与行为指标参数，实时、连续、全面地揭示驾驶过程中的风险状态，对于驾驶行为干预、驾驶辅助

3、系统开发、特殊路段线形设计与安全设施布置等具有重要的应用价值。在不考虑疲劳、酗酒驾驶等特殊情况下，驾驶人风险状态包括其生理心理负荷状态和行为风险状态。本文旨在研究基于生理与行为指标的高速公路特长隧道环境驾驶人风险特性，具体包括驾驶人实时风险状态的分析和风险属性辨别方法，并考虑了驾驶经验变量（对道路环境的熟悉程度）对指标特性和模型结果影响的差异性。选取30名驾驶人样本（15名熟练驾驶人和15名非熟练驾驶人），进行典型隧道环境实车试验。提取两类驾驶人操控车辆通过特长隧道路段和山区高速公路路段的生理与车速控制行为指标变化情况，采用统计方法对比驾驶经验与不同路段指标影响的差异性；以心率和

4、心率变异性时域指标为表征参数，使用主成分分析与探索性因子分析方法，构建驾驶人心理负荷量化模型，并以心率变异性指标频域分析结果验证模型准确性；在车速分析基础上，结合主观预期车速和车路客观环境的安全车速，提出基于安全车速差的驾驶人车速控制行为风险评价方法；通过主成分分析，构建驾驶人综合风险量化模型，并选用K均值聚类分析，对驾驶人风险属性进行辨识，分析对比不同风险属性驾驶人综合风险变化特性，运用C4.5决策树分类算法，构建两种风险属性驾驶人单一变化指标判别模型；分别以心理负荷数据和对应车速值作为输入和输出变量，采用自主神经网络学习方法，建立基于风险动机的驾驶人车速时间序列预测模型；最后

5、，通过分析眼动指标（包括注视指标、扫视指标和眨眼指标）变化特性，完善视觉负荷内容，并进一步对比心理负荷模型结果，通过注视点坐标动态聚类，划分驾驶人视觉兴趣区域为7类，统计不同区域内驾驶人注视点分布比例，运用马尔可夫链，计算驾驶人不同注视区域的一步转移概率和平稳分布概率，研究驾驶人在隧道环境注意力空间分配及注视转移特性。结果表明，熟练驾驶人与非熟练驾驶人均在距离隧道入口较远处心理负荷较大，而在距离隧道出口较近时心理负荷也较大。驾驶人若熟悉道路条件，可在一定程度上减小I心理负荷，并可加快驾驶人在特长隧道出入口段生理心理反应的顺适过程。相对于暗适应，明适应过程对驾驶人心理负荷和车速的影

6、响范围更小。在隧道路段，平均心理负荷大小依次为入口段、出口段、行车段。相对于熟练驾驶人，非熟练驾驶人在特长隧道和山区高速公路路段的过渡段（短暂连接段），其生理心理和车速控制行为顺适过渡反应并不理想，表现为视觉负荷较大，且车速控制行为风险值较大。在隧道环境驾驶，相对于非熟练驾驶人，熟练驾驶人更习惯于观察较远处的交通状况，具有较好的注意前瞻性。无论是在隧道路段还是山区高速公路路段，驾驶人需要重复注视某些视觉兴趣区域才能提取足够的信息，且当行车环境复杂度增加或驾驶经验不足时，对目标区域的重复注视概率会增加。关键词：交通安全，隧道出入口段，驾驶人，风险特性，心理负荷本文研究受国家自然科学

7、基金《高速公路隧道出入口段驾驶员视觉明暗变化规律研究（51178054）》和陕西省交通运输厅《高速公路长大隧道安全运营“多维一体模式”研究与工程示范（15-12K）》支持。IIAbstractDuetotheparticularityofgeometryanddrivingenvironmentinhighwaytunnels,thelightanddarkadaptationprocessattheexitandentrancesectionwillcausethephysio