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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