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第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.1 驾驶特性的涵义和核心 1

1.1.2 交通安全研究的全球趋势 3

1.1.3 我国交通事故的特点 3

1.1.4 我国公路设计和建设的发展阶段 5

1.2 研究意义 6

1.2.1 考虑驾驶员的行驶安全性，完善公路线形设计理论与方法 6

1.2.2 基于公路系统展开研究，加强学科之间的联合性 6

1.2.3 综合考虑驾驶员交通特性，丰富评价指标 6

1.2.4 对现行《路线规范》进行必要的补充 7

1.2.5 减少交通事故率，减低人身财产损失 7

1.3 国内外研究现状及分析 7

1.3.1 国外研究现状 7

1.3.2 国内研究现状 11

1.3.3 现状分析 16

1.4 主要研究内容和技术路线 17

1.4.1 研究内容 17

1.4.2 技术路线 17

第2章 基于心理、生理学基础的驾驶特性试验分析 19

2.1 视觉感知的重要性及心理、生理学基础 19

2.1.1 视觉感知的重要性 19

2.1.2 视知觉的生理意义及驾驶员视觉模式特性 20

2.1.3 视觉研究的锲入点 23

2.2 脑力工作负荷的定义及生理学基础 26

2.2.1 驾驶员脑力工作负荷研究的重要性 26

2.2.2 脑力工作负荷的定义 27

2.2.3 表征脑力工作负荷的生理学参数 27

2.2.4 基于驾驶绩效的理论模型的脑力工作负荷锲入点 29

2.3 试验实施的总体介绍 30

2.3.1 试验仪器介绍 31

2.3.2 被试人员 34

2.3.3 试验路段 35

2.4 基于初步试验驾驶眼动参数和生理参数选取 36

2.4.1 初步试验目的 36

2.4.2 显著反映驾驶员心理、生理变化的参数选取 36

2.5 正规试验数据的采集 40

2.5.1 驾驶员生理参数和眼动参数的采集 40

2.5.2 动态行车速度数据采集 41

2.5.3 前方交通信息数据采集 41

2.5.4 数据测试保障 41

2.6 基于驾驶员生理参数的近似熵的数据处理和分析 41

2.6.1 近似熵的引入 42

2.6.2 驾驶员心理、生理指标近似熵分析的必要性和可行性分析［120］ 43

2.6.3 基于Matlab的驾驶员心理、生理指标近似熵计算及优点分析 44

2.6.4 试验数据有效性的验证 45

2.6.5 驾驶员瞳孔直径近似熵和心电近似熵的相同相异性 48

2.6.6 驾驶员心理、生理参数近似熵值安全阈值的确定方法 49

本章小结 50

第3章 驾驶员速度控制模型分析及建立 51

3.1 驾驶员行驶速度模型建立重要性和必要性 51

3.1.1 行驶速度是影响驾驶员安全行驶的核心指标 51

3.1.2 《公路项目安全评价指南》中运行速度预测模型必要补充 52

3.2 驾驶员行驶车速模型建立方法和假设条件 53

3.2.1 直线段驾驶员速度变化的微观分析 53

3.2.2 曲线段驾驶员速度变化的微观分析 55

3.2.3 驾驶员车速变化模型和关键节点确定 55

3.2.4 驾驶员行驶速度模型样本数据的选取 56

3.3 曲线段行驶车速的影响参数分析及模型 57

3.3.1 平曲线半径小于4000m的曲线段行驶速度 57

3.3.2 半径大于4000m的圆曲线段行驶速度 58

3.3.3 曲线段驶入直线段行驶速度模型 59

3.3.4 由直线段驶入曲线段行驶速度模型 62

3.3.5 由曲线段Ⅰ驶入曲线段Ⅱ的行驶车速模型 63

3.4 直线段最大行驶速度模型 66

3.4.1 达到最大行驶速度的行驶时间 66

3.4.2 直线段最大行驶速度模型 67

3.4.3 直线段最大行驶速度维持时间 69

3.5 一般路段驾驶员行驶车速模型建立及考虑纵断面线形的修正 74

3.5.1 一般路段驾驶员行驶车速模型建立 74

3.5.2 直线段纵坡对行驶车速的影响及模型的修正 74

3.5.3 曲线段纵坡对行驶车速的影响及模型的修正 77

3.6 模型有效性和可靠性验证 80

3.6.1 模型有效性验证方法确定 80

3.6.2 实测速度典型路段行驶速度测试特征点选取 80

3.6.3 模型的可靠性验证和分析 81

本章小结 82

第4章 驾驶员视觉搜索与公路线形安全性分析 83

4.1 驾驶员视觉搜索测量方法分析和总结 84

4.1.1 眼动参数单因素测量法 84

4.1.2 注视点坐标的聚类方法 85

4.1.3 加权搜索区域的测量方法 86

4.2 驾驶员视觉兴趣区域指标的建立 87

4.2.1 驾驶员视觉兴趣区域建立的假设条件 87

4.2.2 单位时间视觉兴趣区域面积确定 88

4.2.3 视觉兴趣区域重心确定 90

4.2.4 基于Matlab的单位时间视觉兴趣区面积和重心模型的实现 92

4.3 单位时间驾驶员视觉兴趣区域指标的宏观影响分析 92

4.3.1 不同公路平面线形条件下的单位时间视觉兴趣区的差异性分析 94

4.3.2 车辆行驶速度对驾驶员视觉兴趣区域面积的影响 95

4.3.3 交通流对驾驶员视觉兴趣区域指标的影响 96

4.4 单位时间视觉兴趣区域指标与公路线形指标的相关分析 99

4.4.1 直线段单位时间视觉兴趣区指标的影响因素确定及合理取值 99

4.4.2 曲线段单位时间视觉兴趣区指标的影响因素确定及安全分析 102

4.4.3 直线段与曲线段过渡段之间的视觉兴趣区面积微观变化分析 107

4.4.4 纵断面线形对单位时间视觉兴趣区面积的折减 111

本章小结 114

第5章 驾驶员视觉信息负荷水平与公路线形安全性分析 115

5.1 驾驶员视觉信息负荷评价方法 115

5.1.1 现有相关研究的视觉信息量测度方法 116

5.1.2 本研究视觉信息量模型的建立方法 120

5.1.3 光流对视觉信息模型建立的假设条件 122

5.2 公路视觉信息的模型建立 126

5.2.1 直线段视觉信息模型建立 126

5.2.2 曲线段视觉信息模型建立 128

5.2.3 纵断面线形对平面线形视觉信息的修正 131

5.2.4 竖曲线对公路视觉信息量的修正 133

5.2.5 计算实例及分析 134

5.3 驾驶员在行驶过程中的瞳孔直径近似熵变化宏观分析 134

5.3.1 交通流对瞳孔直径近似熵的影响分析 135

5.3.2 不同平面线形条件下瞳孔直径近似熵宏观分析 135

5.4 瞳孔直径近似熵与公路线形视觉信息量的相关性及安全分析 136

5.4.1 自由流条件下直线段瞳孔直径近似熵与视觉信息量的相关性分析 136

5.4.2 自由流条件下曲线段驾驶员视觉信息负荷的安全性分析 140

5.4.3 自由流条件下缓和曲线段驾驶员视觉信息负荷的安全分析 141

5.4.4 纵断面线形对驾驶员视觉信息感知的折减 143

本章小结 148

第6章 驾驶员脑力工作负荷与公路线形的安全性分析 149

6.1 驾驶员脑力负荷评价的必要性 149

6.2 交通流对驾驶员脑力工作负荷的影响分析 150

6.3 直线段驾驶员心电近似熵影响因素分析及模型建立 151

6.3.1 长直线段行驶速度与驾驶员心电近似熵的统计分析 152

6.3.2 平曲线间短直线心电近似熵的统计分析 154

6.4 直线段到曲线段过渡驾驶员近似熵的微观变化分析 161

6.5 曲线段驾驶员心电近似熵影响因素分析及模型建立 163

6.5.1 平曲线半径小于4000m驾驶员心电近似熵的统计分析 164

6.5.2 平曲线半径大于4000m驾驶员心电近似熵的统计分析 166

6.5.3 心电近似熵在曲线段的微观变化分析 168

6.6 纵断面线形对驾驶员心电近似熵的折减分析 170

6.6.1 纵坡度与驾驶员心电近似熵的统计分析 170

6.6.2 纵断面线形对曲线段驾驶员心电近似熵模型的影响分析 170

本章小结 175

第7章 基于驾驶特性的公路线形指标安全分析及验证 176

7.1 评价内容和评价指标 176

7.2 直线段安全性分析和部分指标建议 178

7.2.1 短直线段长度建议值 178

7.2.2 长直线段建议值 178

7.2.3 直线段最大行驶车速及高速行驶状态视觉速度适应性路段确定 179

7.3 曲线段线形指标的安全行驶分析与部分指标建议 180

7.3.1 圆曲线半径建议 180

7.3.2 平曲线段长度建议 182

7.3.3 小偏角平曲线长度建议 184

7.4 纵断面对驾驶员交通特性要求的公路线形指标折减 185

7.4.1 纵坡度对驾驶员视觉安全影响的折减 185

7.4.2 纵断面对驾驶员心电近似熵突变点的折减 187

7.5 平面衔接的安全性分析和部分指标建议 188

7.5.1 曲线段接直线段接曲线段衔接方式 188

7.5.2 曲线段衔接的安全指标 190

本章小结 190

第8章 结论与展望 191

8.1 研究主要完成的工作和主要结论 191

8.1.1 明确驾驶特性的研究核心 191

8.1.2 系统展开驾驶员心理、生理参数测试行车试验 191

8.1.3 建立驾驶员行驶速度模型 192

8.1.4 驾驶员视觉搜索与公路线形的关系研究 193

8.1.5 研究驾驶员视觉信息负荷与公路线形的相关性 194

8.1.6 驾驶员脑力工作负荷与公路线形的关系研究 195

8.1.7 提出驾驶员交通特性的公路线形指标建议值 195

8.2 研究展望 195

附录 197

附录1 不同直线段长度测试值和模型值比较 197

附录2 不同平曲线半径特征点行驶车速测试值和模型值比较 198

附录3 试验路段不同曲线半径区间的速度均值差异性检验 200

附录4 1号被试人员在被试路段上的视觉信息量 201

附录5 沪宁高速公路南京连接线事故多发段按里程统计 201

参考文献 202

后记 220