基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及安全评价方法，具体涉及基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价 方法。
【背景技术】
[0002] 目前，应用检测人体各种生理电流变化来研究道路交通问题的报导不多；用医学、 心生理学方面的相关仪器和方法来研究道路线形和交通安全的事例就更少。虽然韩国学者 Chung和Chang等人应用脑电仪对道路的直线长度和交叉口的进口道进行很好了的研究， 也获得了满意的研究成果，但这些研究毕竟是局部的，罕见对公路线形设计进行实用性研 究的报导。
[0003] 发明人乔建刚在《基于驾驶员因素的山区双车道公路关键参数研究》一文中详细 分析了平曲线、纵坡、弯坡等线形对驾驶员心率的影响，并建立了相应的数学模型，接着从 人-车-路-环境方面，建立驾驶员舒适性的协同振荡模型，通过心率变化来判断所测路段 的安全性，其不足之处在于没有定量计算出环境因素对驾驶员心率变化率的影响，因此， 该模型的准确性相对较低，不能准确地确定驾驶员心率的变化率。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供一种基于驾驶舒适性的 双车道公路交通安全评价方法。该方法以现有技术中的驾驶员舒适性的协同振荡模型为基 础，根据人、车、路、环境四个因素对驾驶员心率变化率的综合影响，进一步优化，得到双车 道协同振荡模型。该模型以驾驶员心率变化率为基准，利用驾驶模拟舱分析了不同驾驶员 行驶在不同的环境条件下的心率变化率，充分考虑环境因素对驾驶员心率变化率的影响， 进而得出环境因素与驾驶员心率变化率的定量关系，准确性更高。
[0005] 本发明解决所述技术问题所采取的技术方案是：提供一种基于驾驶舒适性的双车 道公路交通安全评价方法，该方法的具体步骤是：
[0006] (1)收集试验数据收集所评估路段的道路线形数据，包括反向平曲线之间直线 长度、平曲线半径、坡度、坡长，所评估路段的设计速度为40km/h，年平均日交通量不高于 6000p CU/d;所评估路段为多种线形元素组合路段，所评估路段包括平曲线路段、反向平曲 线路段、纵坡路段和弯坡路段；目测试验时的能见度；利用摆式仪测定路面摩擦因数；使用 GPS实时记录试验车的行车速度及速度变化情况；
[0007] (2)建立环境因素与驾驶员心率的关系采用MultiGen-Creator软件建模，并导入 到驾驶模拟舱的操作系统，分别设定了不同的能见度和路面摩擦因数，通过驾驶模拟舱的 仿真实验得到了驾驶员心率变化数据，应用SPSS软件分析实验数据，得到环境因素与驾驶 员心率的定量关系式：
[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 -路面摩擦因数，正常干燥沥青路面的摩擦系数为0. 8,雨天路面摩擦系 数降为0. 4,雪天路面的摩擦系数为0. 28,结冰路面的摩擦系数为0.1 ;D-能见度（m) ;k-横 向干扰系数3. 58-4. 15,根据横向干扰密度，取值由小到大；
[0010] (3)建立双车道协同振荡模型将步骤（2)得到的环境因素与驾驶员心率的定量关 系式并入现有技术中的协同振荡模型中，进一步得到优化的双车道协同振荡模型，该模型 中选取驾驶员心理承受指标为定值，取值为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] 当路段为平曲线时，N33= N34= N35= 0 ;当路段为纵坡时，N31= N32= N35= 0 ;当 路段为弯坡时，N31 = N 32= N 33= N 34= 0 ;
[0014] 其中，所评估路段为平曲线路段时，且平曲线半径为20-700m，坡度I =-2. 5% -+2. 5%，心率变化率与平曲线半径和行车速度的关系式是：
[0015] N31= -11. 5651n (r)-0. 03565 v +96. 523 ；
[0016] 所评估路段为反向平曲线路段时，且反向平曲线之间的直线长度为10-350m，坡度 I = -2. 5% -+2. 5%，心率变化率与反向平曲线之间的直线长度和行车速度的关系式为：
[0017] N32= -10. 9291n (L ^-0. 27 ν +90. 093 ；
[0018] 所评估路段为纵坡路段时，坡度I > 2. 5%时，上坡时驾驶员心率变化率与坡度的 关系为：
[0019] N33= I. 1391+0. 581 ν +2. 730 ；
[0020] 下坡时驾驶员心率变化率与坡度的关系为：
[0021] N34= -0· 6651+0. 336 ν +〇· OllL 2+9· 427 ;
[0022] 所评估路段为弯坡路段时，且平曲线半径为60-600m，坡度I = 2. 5% -6. 5%的下 坡路，弯坡路段引起的心率变化率为：
[0023] N35= 15. 7961n (I) -2. 4481η (r) +0. 408 ν +4. 156 ；
[0024] 式中：K1N1为驾驶员心理承受指标；
[0025] [Κ2Ν2(Δ ν)+Κ3Σ ML1山，r，I，ν)+Κ4Σ N4(y，D，k)]为交通因子刺激函数， K2-速度影响系数，取值范围为0. 110-0. 143 ;K3-道路综合系数，取值范围为0. 823-1. 070 ; K4-环境影响系数，取值范围为0. 067-0. 087 ;Ν2-速度变化引起的心率变化率（％) ;Ν3-道 路线形变化引起的心率变化率（％) ;Ν4-环境变化引起的心率变化率（％) ;r-平曲线半径 (m) ;Δ ν-行车速度与设计速度的差值（km/h) ;L「反向平曲线之间直线的长度（m) ;L2-坡 长（m) ;1_ 坡度（％ );
[0026] (4)将步骤（1)中的试验数据带入步骤（3)中的模型，得到评价结果，即
[0027] F(N)X)时是安全的；
[0028] F(N) =O时是临界点；
[0029] F (N)〈0时不安全的。
[0030] 与现有技术相比，本发明对现有的协同振荡模型进行优化设计，充分考虑了环境 因素对驾驶员心率变化率影响，选定驾驶员心理承受指标K 1N1为驾驶员舒适性阈值，取定 值为30 %，对模型进行优化，使得到的双车道协同振荡模型，通过将所采集的试验数据直接 带入，就能直接得到道路是否安全的评价结果，且试验结果表明，应用本模型计算的结果与 实际事故数一致，说明本模型能对现有双车道能够准确做出安全性评价，且评价结果可信 度高，减少了双车道公路上的交通事故的数量，并增强了双车道公路的行车舒适性，同时为 道路设计提供了依据。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价方法与现有技术交通 因子刺激函数、交通事故数的对比图。
【具体实施方式】
[0032] 本发明基于驾驶舒适性的双车道公路交通安全评价方法（简称方法）的具体步骤 是：
[0033] (1)收集试验数据收集所评估路段的道路线形数据，包括反向平曲线之间直线长 度、平曲线半径、坡度、坡长，所评估路段应符合《公路设计规范》，设计速度为40km/h，年平 均日交通量不高于6000pcu/d ;所评估路段为多种线形元素组合路段，所评估路段包括平 曲线路段、反向平曲线路段、纵坡路段和弯坡路段；所述多种线形元素包括顺直、平曲线、纵 坡、弯坡和反向平曲线；目测试验时的能见度；利用摆式仪测定路面摩擦因数；使用GPS实 时记录试验车的行车速度及速度变化情况；
[0034] (2)建立环境因素与驾驶员心率的关系设计速度为40km/h，交通条件为自由流 状态，采用MultiGen-Creator软件建模，并导入到驾驶模拟舱的操作系统，分别设定了不 同的能见度和路面摩擦因数，通过驾驶模拟舱的仿真实验得到了驾驶员心率变化数据，应 用SPSS软件分析实验数据，得到环境因素与驾驶员心率的定量关系式：
[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 -路面摩擦因数，正常干燥沥青路面的摩擦系数为0. 8,雨天路面摩擦系 数降为0. 4,雪天路面的摩擦系数为0. 28,结冰路面的摩擦系数为0.1 ;D-能见度（m) ;k-横 向干扰系数3. 58-4. 15,根据横向干扰密度，取值由小到大，即k在3. 58-4. 15范围内，随横 向干扰密度的变化而变化，当道路上行驶的机动车、非机动车等对参考车辆的行驶速度无 影响时，横向干扰密度较小，k取较小值3.58 ;如果道路上行驶的机动车、非机动车等已严 重影响参考车辆的自由行驶速度，致使速度有明显的降低，横向干扰密度较大，则k取较大 值；
[0037] (3)建立双车道协同振荡模型将步骤（2)得到的环境因素与驾驶员心率的定量 关系式并入现有技术中的协同振荡模型中，进一步得到优化的双车道协同振荡模型，该模 型中选取驾驶员心理承受指标为定值，取值为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] 当路段为平曲线时，N33= N34= N35= 0 ;当路段为纵坡时，N31= N32= N35= 0 ;当 路段为弯坡时，N31 = N 32= N 33= N 34= 0 ;
[0041] 其中，所评估路段为平曲线路段时，且平曲线半径为20-700m，坡度I =-2. 5% -+2. 5%，心率变化率与平曲线半径和行车速度的关系式是：
[0042] N31= -11. 5651n (r)-0. 03565 v +96. 523 ；
[0043] 所评估路段为反向平曲线路段时，且反向平曲线之间的直线长度为10-350m，坡度 I = -2. 5% -+2. 5%，心率变化率与反向平曲线之间的直线长度和行车速度的关系式为：
[0044] N32= -10. 9291n (L ^-0. 27 ν +90. 093 ；
[0045] 所评估路段为纵坡路段时，坡度I > 2. 5%时，上坡时驾驶员心率变化率与坡度的 关系为：
[0046] N33= I. 1391+0. 581 ν +2. 730 ；
[0047] 下坡时驾驶员心率变化率与坡度的关系为：
[0048] N34= -0· 6651+0. 336 ν +〇· OllL 2+9· 427 ;
[0049] 所评估路段为弯坡路段时，且平曲线半径为60-600m，坡度I = 2. 5% -6. 5%的下 坡路，弯坡路段引起的心率变化率为：
[0050] N35= 15. 7961n (I) -2. 4481η (r) +0. 408