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原文传递复杂场景切换下驾驶负荷与行为感知特性研究

论文题名：	复杂场景切换下驾驶负荷与行为感知特性研究
关键词：	交通工程;复杂场景;驾驶行为感知;生存分析;障碍度模型;重复累积效应;快速路
摘要：	随着复杂艰险山区大量高速公路和山地城市过江通道的建设，在山区道路的典型场景，如桥梁-隧道-互通（群）等路段，交通事件实施救援的难度较大，交通事件影响范围广、持续时间长，为构建山区道路复杂场景路段的驾驶员驾驶行为综合评价模型，获取更完善和全面的道路复杂场景条件下的驾驶行为特性，提升道路交通管理和科学决策的智慧化水平，本文通过实地调研和资料分析，选取山区高速公路四川雅康高速公路和山地城市快速路重庆曾家岩桥隧通道等道路作为试验路段，采集不同复杂场景下的驾驶员生理数据、眼动数据和试验车辆的速度、加速度等数据，对单频/多频切换的复杂场景驾驶负荷与行为感知进行分析，根据数据变化特性对复杂场景进行分类与界定，确定出节点型、桥隧组合型、高桥隧比型和桥隧互通衔接型四类复杂场景，选取生存分析方法、耗散结构理论、概念模型和配对符号秩检验等理论方法对不同类型复杂场景的驾驶行为风险进行建模评价，得到换道风险、运行风险、系统脆弱性和重复累积效应造成的风险等评价结果，再选取相似复杂场景对本文的研究成果进行应用和验证，对案例路段的驾驶行为进行预测和提出了改善措施。主要成果如下：　　（1）结合交通场景复杂度理念，选取TOPSIS熵值法、分层聚类分析和灰色关联系数等方法对交通场景复杂度进行量化评价，考虑驾驶行为、交通运行数据、道路基础条件、交通安全设施和道路社会环境等方面的影响因素，构建了交通场景复杂度分级指标体系，按照复杂度由低到高的顺序排序，确定出四类复杂场景为本文的研究对象，即山区高速公路节点型复杂场景、山区高速公路桥隧组合型复杂场景、山区高速公路高桥隧比型复杂场景和山地城市快速路桥隧互通衔接型复杂场景。　　（2）对复杂场景单频切换下的隧道和桥梁路段的驾驶负荷与行为感知进行研究，分析了桥隧全域和隧道出入口段的驾驶员瞳孔直径变化、注视点分布和注视区域等特征，发现在单体桥梁中行驶时，当夜间视野亮度较暗时，驾驶员紧张程度最大，且相对白天而言表现更为急躁。该类山区高速公路节点型复杂场景存在的风险驾驶行为主要有跟驰和换道行为，选取生存分析方法构建了基于实车换道数据的半参数Cox比例风险模型，发现当换道位置处于隧道入口临近段时，驾驶员倾向于平稳换道，当处于毗邻互通立交特长隧道出口段时，驾驶员倾向于在更短的时间内（7.50s）完成换道。　　（3）对桥隧组合单频切换下的驾驶员驾驶负荷与行为感知进行研究，分析了该路段的车路耦合环境和驾驶员眨眼、注视和扫视等视觉行为，该类山区高速公路桥隧组合型复杂场景具有耗散结构特性，选取了4个正向指标（长度、专注度均值、注视频率和注视平均持续时间）和6个负向指标（行驶速度85%分位值、眨眼频率、眨眼平均持续时间、扫视频率、扫视平均持续时间和驾驶员瞳孔直径均值）对桥隧组合型复杂场景的行车风险进行评价，发现在桥隧组合段的隧道出口段和桥梁路段的风险等级为中等，提高桥隧组合段隧道出口段和桥梁路段的驾驶员认知性，可有效降低该路段的交通运行风险。　　（4）对“多桥多隧”多频切换下两个桥隧群路段的驾驶负荷与行为感知进行研究，分析了桥隧群路段全域、接近段、入口段、适应段、出口段和桥梁连接段的驾驶员瞳孔直径、速度和专注度等的变化，并构建了隧道出入口瞳孔直径线性拟合模型，发现驾驶员在桥隧群中行驶时，受到桥隧频繁过渡会产生烦躁感，在最后一座隧道入口时驾驶员视觉负荷最大。为此，本文选取符号秩检验对重复累积效应带来的驾驶行为差异性进行分析，对比了在1~7次重复累积效应的影响下的驾驶行为差异性。　　（5）对复杂场景多频切换下的“两桥一隧”、“两桥两隧”和“两桥三隧”路段的速度行为、瞳孔直径变化、专注度和驾驶员视觉行为感知进行分析，发现桥梁对驾驶员瞳孔直径值的影响较小，夜间驾驶员更多注意力在行驶车道近前方区域，桥梁路段和隧道进口合流区的车道不平衡及隧道出口处受到信号控制等因素，会造成常发性交通拥堵，引入脑机交互技术，在专注度较低的路段进行人为提醒干预，可降低事故发生率。因此，本文选取DPSIR概念模型从指标层和准则层两个维度，结合障碍度模型系统地评价了高桥隧比型复杂场景脆弱性的时变特性。　　本研究通过对多种复杂场景下的驾驶行为进行深入分析，定义和分类了复杂场景，并提出了适应不同复杂场景的驾驶行为评价模型，研究成果在实际道路交通管理中取得了明显效果，对山区道路的设计和管理提供有价值的参考，可以提升道路交通管理和科学决策的智慧化水平。
作者：	白婧荣
专业：	交通运输工程;道路安全理论与技术
导师：	唐伯明
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023