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原文传递基于驾驶员因素的山区双车道公路关键参数研究

论文题名：	基于驾驶员因素的山区双车道公路关键参数研究
关键词：	交通安全;线形参数;心率增长率;舒适性阈值;协同振荡;驾驶员
摘要：	道路交通事故是一种世界性的公害。交通事故是人、车、路和环境动态系统失调的结果。传统的公路路线设计理论是以汽车行驶动力学为据，总体上没有考虑人的差异性。本研究应用医学和心、生理学方面的理论方法和研究手段，通过大量的行车试验，寻找汽车行车速度、道路线形、道路环境与驾驶员行车心、生理需求的内在关系和规律。以此为基础，研究在山区双车道公路上行车，紧张与不紧张，安全与不安全的条件，研究横向力系数等的极限值。本文以山区双车道公路为研究对象，以行车试验为依据，以心率和呼吸率作为驾驶员心生理紧张的指标。通过分析驾驶员心率变化的规律，运用偏相关分析方法确定道路平纵断面线形与驾驶员心生理适应性的相关性，从而建立道路线形与其心生理变化的关系和模型。通过分析该关系模型，提出适合驾驶员心生理需求的驾驶员舒适性阈值和道路线形舒适性指标，最后结合交通事故数据构建出安全评价模型。本文通过对心生理学仪器的整合、实验设计和实施，完成如下研究：1)分析现有的可用于检测驾驶员心生理反应的仪器及其适用范围，在此基础上优化心理生理仪器的组合应用，针对驾驶员、道路环境、道路线形提出了不同的检测分类方法。2)在实验数据的基础上，从速度一致性出发，把采集的数据按照模糊聚类顺序排列分级。3)从心生理学理论分析出用心率来表达心生理反应的生理学基础，以及驾驶员行车时心生理变化与心率快慢的关系。4)通过波普分析从整体上定量地论证出驾驶员行车心率随着道路线形而变化的规律，并通过模拟舱实验初步提出紧张度的理论阈值。本文在大量行车实验数据的基础上，分析得到如下成果：1)在平曲线半径上定性、定量的分析了加速度、速度与心率增长率的变化关系和模型。2)定性分析了不同半径下，速度与心率增长率和曲线的起点、中点、终点的位置规律、特点。3)研究了反向曲线之间的短直线长度与速度和心率增长率的相互关系，并用相关性分析法分别构建了数学模型。本文在大量行车实验数据的基础上，分析得到：1)在半径大于某一定值的路段上行驶时，驾驶员的心率变化率与坡度、坡长和运行速度均有关系，其中速度对心率变化率的影响最大。2)坡度相同的条件下，速度越大，驾驶员心率变化率越大；速度相等时，坡度越大，驾驶员心率变化率越大；3)上坡时驾驶员的心率变化率与坡长关系不大，主要受坡度和速度的影响；下坡时，坡长、坡度和速度对驾驶员心率变化率都产生影响；4)长陡下坡条件下，坡度越大、坡长越长、速度越快，驾驶员的心率变化越剧烈。同时定性分析了呼吸率在坡度较小、半径大于某一定值的顺直、半径大于某一定值的纵坡路段上呼吸率与速度、坡长的关系，定量分析出纵坡上呼吸次数与纵坡长度、速度成正比的关系模型。本文在大量行车实验数据的基础上，分析得到：1)由分析横坡上心率增长率与超高值、横向力系数之间的关系和模型，得出人的心率增长率的不同感受阈值。2)通过对弯坡路段进行分析得出驾驶员的心率舒适性模型，并计算出驾驶员的舒适性阈值、安全性阈值。本文在大量行车实验数据的基础上对平、纵、横线形进行了分析，结合群体动力学分析得到：1)在人、车、路、环境所组成的系统中存在着某种协同关系，首次建立了随里程变化的速度、事故数、心率增长率的协同适性振荡方程，构建了用于评价道路安全性的关系模型—协同适性振荡评价模型(简称协同振荡模型)。2)从定性、定量分析两方面，验证了舒适性、安全性阈值；并把协同振荡模型进行了初次应用，简要分析了其优、缺点，提出了应用范围，为进一步研究指出了方向。3)通过用实际事例对协同振荡模型、阈值进行了验证，提出了基于驾驶员因素的山区双车道公路线形改造措施。课题获得国家自然科学基金-GM中国科学研究基金资助项目(NO.50122283)、教育部高等学校博士学科点专项研究基金(NO.20040005003)、交通部西部交通建设基金(NO.200331822322)和北京市教育委员会“学术创新团队计划”基金(NO.05004011200507)的资助。取得的科研成果，对于驾驶员因素在交通系统中的认识、对于驾驶员因素在行车过程的建模和优化控制，对于评价道路安全性的应用研究，体现“以人为本”的公路线形设计新理论具有积极意义和一定的参考价值。
作者：	乔建刚
专业：	交通运输规划与管理
导师：	任福田;荣建
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京工业大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文