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原文传递基于驾驶人特性的公路交叉口车速与照明方案协同优化

论文题名：	基于驾驶人特性的公路交叉口车速与照明方案协同优化
关键词：	驾驶人特性;动态照明;协同优化;交通安全;公路交叉口
摘要：	视线不良是公路交叉口夜间事故多发的重要因素。特别是在农村附近由低等级公路与两侧道路形成的交叉口处，公路上的机动车与两侧支路上的行人、骑行者等弱势道路使用者之间存在较多冲突点，导致夜间发生死亡事故的可能性更大。然而考虑到设置路灯所产生的高能耗问题，世界上大部分公路一般不安装照明设施，因此根据车流量、速度等信息设置既能提高交叉口夜间视认性也可以降低能耗的动态照明方案是解决公路交叉口夜间事故频发的有效手段。在设计公路交叉口动态照明方案时，既要考虑公路上机动车与相交道路上弱势道路使用者之间的交通冲突，还要避免车辆驶入和驶离照明区域时驾驶人的明暗适应产生安全隐患。因此本文首先将公路交叉口照明区域划分为照明均匀的交叉口段、用于明适应过渡的入口段和用于暗适应过渡的出口段三个区域；然后分别利用驾驶人的视认特性、瞳孔面积变化特性和应激反应能力建立交叉口段、入口段和出口段的车速与照明方案协同优化方法；最后利用模拟驾驶试验平台对不同区域的车速-照明动态匹配方案进行算例分析。具体研究内容如下：　　（1）模拟驾驶试验平台搭建与参数标定。首先结合UC-win/Road模拟驾驶系统与室内照明控制系统搭建模拟驾驶试验平台，用于对各照明区域的车速与照明方案协同优化方法进行数据采集和算例分析，其中室内照明控制系统由基于单片机、LED模组开发的照明单元和基于LabVIEW编程软件开发的照明控制软件两部分构成，用于模拟夜间室外路灯照度对驾驶人视觉特性的影响。其次，通过分析常见平面交叉口的几何形状和事故特点，选择由公路与乡村道路交会形成的十字形交叉口作为研究对象，并参考现行的公路设计标准和城市道路照明标准确定本文中车速和照明的研究范围。最后利用真实场景下的道路参数和照明参数对模拟试验平台进行参数标定，以增加试验环境的真实性，进而提高试验结果的准确性。　　（2）提出基于驾驶人视认特性的交叉口段车速与照明方案协同优化方法。交叉口段照明方案由交叉口段照度、公路照明区域长度和支路照明区域长度三部分组成。为降低交叉口段的照明能耗，以交叉口段照度和公路、支路照明区域长度最小作为优化目标。同时，为保障公路交叉口的夜间行车安全，首先结合间隙接受理论、驾驶人视觉识别距离分布函数和制动安全距离模型，建立交叉口段照度与车速协同优化方法；其次，以停车视距和驾驶人对交叉口的视觉搜索范围作为约束条件，分别建立交叉口段公路照明区域长度和支路照明区域长度与限速的协同优化方法。最后，分别采用机动车与行人、自行车和摩托车之间的冲突作为应激事件，以照明和车速作为影响因素，研究二者协同作用下的公路交叉口驾驶人视觉搜索范围变化规律，构建照度-限速与照明区域长度的关系模型，并根据驾驶人对于应激事件的视觉识别距离以及交叉口主支路的交通流数据计算不同时段下交叉口段照度与车速之间的最优匹配方案。　　（3）为避免明适应中驾驶人瞳孔面积的快速收缩产生安全隐患，提出基于驾驶人瞳孔变化特性的入口段车速与照明方案协同优化方法。首先以入口段长度最小作为优化目标，以瞳孔面积变化速度不超过安全阈值作为约束条件，建立以交叉口段照度和车速作为输入参数的入口段照度渐变方案优化模型；然后采集驾驶人在不同照度变化速度下的瞳孔面积数据，并建立明适应中瞳孔面积与视觉适应时间的关系模型；最后利用瞳孔面积变化模型求解交叉口段动态照明方案对应的入口段车速-照明渐变匹配方案。　　（4）针对驾驶人在暗适应中容易出现由于动态视错觉现象而导致其无法及时对应激事件做出反应的问题，提出基于驾驶人应激反应能力的出口段车速与照明方案协同优化方法。首先采用反应时间表征驾驶人的应激反应能力，并将其作为出口段的安全评价指标；然后以出口段长度最小作为优化目标，以暗适应过程不会对驾驶人的应激反应时间产生影响作为约束条件，建立以交叉口段照度和车速作为输入参数的出口段照明方案优化模型；最后以交叉口段照度、车速和出口段长度作为控制变量设计对照试验，结合方差分析和多重比较方法计算交叉口段动态照明方案对应的出口段车速-照明渐变匹配方案。
作者：	李洪涛
专业：	载运工具运用工程
导师：	王琳虹
授予学位：	博士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023