基于駕駛舒適性的雙車道公路交通安全評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及安全評(píng)價(jià)方法，具體涉及基于駕駛舒適性的雙車道公路交通安全評(píng)價(jià) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，應(yīng)用檢測(cè)人體各種生理電流變化來(lái)研究道路交通問題的報(bào)導(dǎo)不多；用醫(yī)學(xué)、 心生理學(xué)方面的相關(guān)儀器和方法來(lái)研究道路線形和交通安全的事例就更少。雖然韓國(guó)學(xué)者 Chung和Chang等人應(yīng)用腦電儀對(duì)道路的直線長(zhǎng)度和交叉口的進(jìn)口道進(jìn)行很好了的研究， 也獲得了滿意的研究成果，但這些研究畢竟是局部的，罕見對(duì)公路線形設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)用性研 究的報(bào)導(dǎo)。
[0003] 發(fā)明人喬建剛在《基于駕駛員因素的山區(qū)雙車道公路關(guān)鍵參數(shù)研究》一文中詳細(xì) 分析了平曲線、縱坡、彎坡等線形對(duì)駕駛員心率的影響，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，接著從 人-車-路-環(huán)境方面，建立駕駛員舒適性的協(xié)同振蕩模型，通過心率變化來(lái)判斷所測(cè)路段 的安全性，其不足之處在于沒有定量計(jì)算出環(huán)境因素對(duì)駕駛員心率變化率的影響，因此， 該模型的準(zhǔn)確性相對(duì)較低，不能準(zhǔn)確地確定駕駛員心率的變化率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是：提供一種基于駕駛舒適性的 雙車道公路交通安全評(píng)價(jià)方法。該方法以現(xiàn)有技術(shù)中的駕駛員舒適性的協(xié)同振蕩模型為基 礎(chǔ)，根據(jù)人、車、路、環(huán)境四個(gè)因素對(duì)駕駛員心率變化率的綜合影響，進(jìn)一步優(yōu)化，得到雙車 道協(xié)同振蕩模型。該模型以駕駛員心率變化率為基準(zhǔn)，利用駕駛模擬艙分析了不同駕駛員 行駛在不同的環(huán)境條件下的心率變化率，充分考慮環(huán)境因素對(duì)駕駛員心率變化率的影響， 進(jìn)而得出環(huán)境因素與駕駛員心率變化率的定量關(guān)系，準(zhǔn)確性更高。
[0005] 本發(fā)明解決所述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：提供一種基于駕駛舒適性的雙車 道公路交通安全評(píng)價(jià)方法，該方法的具體步驟是：
[0006] (1)收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集所評(píng)估路段的道路線形數(shù)據(jù)，包括反向平曲線之間直線 長(zhǎng)度、平曲線半徑、坡度、坡長(zhǎng)，所評(píng)估路段的設(shè)計(jì)速度為40km/h，年平均日交通量不高于 6000p CU/d;所評(píng)估路段為多種線形元素組合路段，所評(píng)估路段包括平曲線路段、反向平曲 線路段、縱坡路段和彎坡路段；目測(cè)試驗(yàn)時(shí)的能見度；利用擺式儀測(cè)定路面摩擦因數(shù)；使用 GPS實(shí)時(shí)記錄試驗(yàn)車的行車速度及速度變化情況；
[0007] (2)建立環(huán)境因素與駕駛員心率的關(guān)系采用MultiGen-Creator軟件建模，并導(dǎo)入 到駕駛模擬艙的操作系統(tǒng)，分別設(shè)定了不同的能見度和路面摩擦因數(shù)，通過駕駛模擬艙的 仿真實(shí)驗(yàn)得到了駕駛員心率變化數(shù)據(jù)，應(yīng)用SPSS軟件分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到環(huán)境因素與駕駛 員心率的定量關(guān)系式：
[0008] Σ N4 ( μ，D，k) = k (-10. 313 μ -0· 032D+22. 678)，且 0· 1 彡 μ 彡 0· 8, D 彡 250，
[0009] 式中，μ -路面摩擦因數(shù)，正常干燥瀝青路面的摩擦系數(shù)為0. 8,雨天路面摩擦系 數(shù)降為0. 4,雪天路面的摩擦系數(shù)為0. 28,結(jié)冰路面的摩擦系數(shù)為0.1 ;D-能見度（m) ;k-橫 向干擾系數(shù)3. 58-4. 15,根據(jù)橫向干擾密度，取值由小到大；
[0010] (3)建立雙車道協(xié)同振蕩模型將步驟（2)得到的環(huán)境因素與駕駛員心率的定量關(guān) 系式并入現(xiàn)有技術(shù)中的協(xié)同振蕩模型中，進(jìn)一步得到優(yōu)化的雙車道協(xié)同振蕩模型，該模型 中選取駕駛員心理承受指標(biāo)為定值，取值為30%，即
[0011] F(N) = ^-[^(Δ ν)+Κ3Σ N3(L1,L2,r, I, v )+K4E N 4( μ , D, k) I
[0012] 其中，N2= 11. 005 I Δ ν I -4· 690 I ; Σ N 3 (L1山，r, I，ν ) = Ν31+Ν32+Ν33+Ν34+Ν35;
[0013] 當(dāng)路段為平曲線時(shí)，N33= N34= N35= 0 ;當(dāng)路段為縱坡時(shí)，N31= N32= N35= 0 ;當(dāng) 路段為彎坡時(shí)，N31 = N 32= N 33= N 34= 0 ;
[0014] 其中，所評(píng)估路段為平曲線路段時(shí)，且平曲線半徑為20-700m，坡度I =-2. 5% -+2. 5%，心率變化率與平曲線半徑和行車速度的關(guān)系式是：
[0015] N31= -11. 5651n (r)-0. 03565 v +96. 523 ；
[0016] 所評(píng)估路段為反向平曲線路段時(shí)，且反向平曲線之間的直線長(zhǎng)度為10-350m，坡度 I = -2. 5% -+2. 5%，心率變化率與反向平曲線之間的直線長(zhǎng)度和行車速度的關(guān)系式為：
[0017] N32= -10. 9291n (L ^-0. 27 ν +90. 093 ；
[0018] 所評(píng)估路段為縱坡路段時(shí)，坡度I > 2. 5%時(shí)，上坡時(shí)駕駛員心率變化率與坡度的 關(guān)系為：
[0019] N33= I. 1391+0. 581 ν +2. 730 ；
[0020] 下坡時(shí)駕駛員心率變化率與坡度的關(guān)系為：
[0021] N34= -0· 6651+0. 336 ν +〇· OllL 2+9· 427 ;
[0022] 所評(píng)估路段為彎坡路段時(shí)，且平曲線半徑為60-600m，坡度I = 2. 5% -6. 5%的下 坡路，彎坡路段引起的心率變化率為：
[0023] N35= 15. 7961n (I) -2. 4481η (r) +0. 408 ν +4. 156 ；
[0024] 式中：K1N1為駕駛員心理承受指標(biāo)；
[0025] [Κ2Ν2(Δ ν)+Κ3Σ ML1山，r，I，ν)+Κ4Σ N4(y，D，k)]為交通因子刺激函數(shù)， K2-速度影響系數(shù)，取值范圍為0. 110-0. 143 ;K3-道路綜合系數(shù)，取值范圍為0. 823-1. 070 ; K4-環(huán)境影響系數(shù)，取值范圍為0. 067-0. 087 ;Ν2-速度變化引起的心率變化率（％) ;Ν3-道 路線形變化引起的心率變化率（％) ;Ν4-環(huán)境變化引起的心率變化率（％) ;r-平曲線半徑 (m) ;Δ ν-行車速度與設(shè)計(jì)速度的差值（km/h) ;L「反向平曲線之間直線的長(zhǎng)度（m) ;L2-坡 長(zhǎng)（m) ;1_ 坡度（％ );
[0026] (4)將步驟（1)中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)帶入步驟（3)中的模型，得到評(píng)價(jià)結(jié)果，即
[0027] F(N)X)時(shí)是安全的；
[0028] F(N) =O時(shí)是臨界點(diǎn)；
[0029] F (N)〈0時(shí)不安全的。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的協(xié)同振蕩模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分考慮了環(huán)境 因素對(duì)駕駛員心率變化率影響，選定駕駛員心理承受指標(biāo)K 1N1為駕駛員舒適性閾值，取定 值為30 %，對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化，使得到的雙車道協(xié)同振蕩模型，通過將所采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接 帶入，就能直接得到道路是否安全的評(píng)價(jià)結(jié)果，且試驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用本模型計(jì)算的結(jié)果與 實(shí)際事故數(shù)一致，說明本模型能對(duì)現(xiàn)有雙車道能夠準(zhǔn)確做出安全性評(píng)價(jià)，且評(píng)價(jià)結(jié)果可信 度高，減少了雙車道公路上的交通事故的數(shù)量，并增強(qiáng)了雙車道公路的行車舒適性，同時(shí)為 道路設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明基于駕駛舒適性的雙車道公路交通安全評(píng)價(jià)方法與現(xiàn)有技術(shù)交通 因子刺激函數(shù)、交通事故數(shù)的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 本發(fā)明基于駕駛舒適性的雙車道公路交通安全評(píng)價(jià)方法（簡(jiǎn)稱方法）的具體步驟 是：
[0033] (1)收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集所評(píng)估路段的道路線形數(shù)據(jù)，包括反向平曲線之間直線長(zhǎng) 度、平曲線半徑、坡度、坡長(zhǎng)，所評(píng)估路段應(yīng)符合《公路設(shè)計(jì)規(guī)范》，設(shè)計(jì)速度為40km/h，年平 均日交通量不高于6000pcu/d ;所評(píng)估路段為多種線形元素組合路段，所評(píng)估路段包括平 曲線路段、反向平曲線路段、縱坡路段和彎坡路段；所述多種線形元素包括順直、平曲線、縱 坡、彎坡和反向平曲線；目測(cè)試驗(yàn)時(shí)的能見度；利用擺式儀測(cè)定路面摩擦因數(shù)；使用GPS實(shí) 時(shí)記錄試驗(yàn)車的行車速度及速度變化情況；
[0034] (2)建立環(huán)境因素與駕駛員心率的關(guān)系設(shè)計(jì)速度為40km/h，交通條件為自由流 狀態(tài)，采用MultiGen-Creator軟件建模，并導(dǎo)入到駕駛模擬艙的操作系統(tǒng)，分別設(shè)定了不 同的能見度和路面摩擦因數(shù)，通過駕駛模擬艙的仿真實(shí)驗(yàn)得到了駕駛員心率變化數(shù)據(jù)，應(yīng) 用SPSS軟件分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到環(huán)境因素與駕駛員心率的定量關(guān)系式：
[0035] Σ N4 ( μ，D，k) = k (-10. 313 μ -0· 032D+22. 678)，且 0· 1 彡 μ 彡 0· 8, D 彡 250，
[0036] 式中，μ -路面摩擦因數(shù)，正常干燥瀝青路面的摩擦系數(shù)為0. 8,雨天路面摩擦系 數(shù)降為0. 4,雪天路面的摩擦系數(shù)為0. 28,結(jié)冰路面的摩擦系數(shù)為0.1 ;D-能見度（m) ;k-橫 向干擾系數(shù)3. 58-4. 15,根據(jù)橫向干擾密度，取值由小到大，即k在3. 58-4. 15范圍內(nèi)，隨橫 向干擾密度的變化而變化，當(dāng)?shù)缆飞闲旭偟臋C(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車等對(duì)參考車輛的行駛速度無(wú) 影響時(shí)，橫向干擾密度較小，k取較小值3.58 ;如果道路上行駛的機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車等已嚴(yán) 重影響參考車輛的自由行駛速度，致使速度有明顯的降低，橫向干擾密度較大，則k取較大 值；
[0037] (3)建立雙車道協(xié)同振蕩模型將步驟（2)得到的環(huán)境因素與駕駛員心率的定量 關(guān)系式并入現(xiàn)有技術(shù)中的協(xié)同振蕩模型中，進(jìn)一步得到優(yōu)化的雙車道協(xié)同振蕩模型，該模 型中選取駕駛員心理承受指標(biāo)為定值，取值為30 %，即
[0038] F(N) = ν)+Κ3Σ N3O^L2J, I，ν)+Κ4Σ N4(y，D，k)]
[0039] 其中，N2= I I. 005 I Δ v I -4· 690 I ; Σ N 3 (L1 山，r，I，v ) = N31+N32+N33+N34+N35
[0040] 當(dāng)路段為平曲線時(shí)，N33= N34= N35= 0 ;當(dāng)路段為縱坡時(shí)，N31= N32= N35= 0 ;當(dāng) 路段為彎坡時(shí)，N31 = N 32= N 33= N 34= 0 ;
[0041] 其中，所評(píng)估路段為平曲線路段時(shí)，且平曲線半徑為20-700m，坡度I =-2. 5% -+2. 5%，心率變化率與平曲線半徑和行車速度的關(guān)系式是：
[0042] N31= -11. 5651n (r)-0. 03565 v +96. 523 ；
[0043] 所評(píng)估路段為反向平曲線路段時(shí)，且反向平曲線之間的直線長(zhǎng)度為10-350m，坡度 I = -2. 5% -+2. 5%，心率變化率與反向平曲線之間的直線長(zhǎng)度和行車速度的關(guān)系式為：
[0044] N32= -10. 9291n (L ^-0. 27 ν +90. 093 ；
[0045] 所評(píng)估路段為縱坡路段時(shí)，坡度I > 2. 5%時(shí)，上坡時(shí)駕駛員心率變化率與坡度的 關(guān)系為：
[0046] N33= I. 1391+0. 581 ν +2. 730 ；
[0047] 下坡時(shí)駕駛員心率變化率與坡度的關(guān)系為：
[0048] N34= -0· 6651+0. 336 ν +〇· OllL 2+9· 427 ;
[0049] 所評(píng)估路段為彎坡路段時(shí)，且平曲線半徑為60-600m，坡度I = 2. 5% -6. 5%的下 坡路，彎坡路段引起的心率變化率為：
[0050] N35= 15. 7961n (I) -2. 4481η (r) +0. 408